淺析鋼筋混凝土在工程中的銹蝕與防護(hù)

王子安，謝東呈，李兆燦

山東科技大學(xué)

淺析鋼筋混凝土在工程中的銹蝕與防護(hù)

王子安，謝東呈，李兆燦

山東科技大學(xué)

文章提出鋼筋混凝土發(fā)生銹蝕主要是由于混凝土的碳化和氯離子的影響，分析并闡述了在一般及海洋環(huán)境下，鋼筋混凝土銹蝕開(kāi)裂的發(fā)展過(guò)程，進(jìn)而對(duì)鋼筋混凝土的銹蝕提出了一些防治措施。

鋼筋混凝土；混凝土碳化；氯離子侵蝕；防治措施

1　引言

鋼筋混凝土是在工程中被廣泛使用的材料，有著原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)輕質(zhì)耐用、施工工藝成熟等特點(diǎn)，但其銹蝕一直是一個(gè)困擾人們的問(wèn)題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年因鋼筋混凝土銹蝕直接造成的經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)國(guó)民生產(chǎn)總值的1.25%，因鋼筋混凝土銹蝕造成的工程事故更是頻發(fā)，給人們的人身和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了巨大的威脅。研究鋼筋混凝土的銹蝕機(jī)理，從各個(gè)方面進(jìn)行防治，因而具有極大的學(xué)術(shù)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

2　鋼筋混凝土銹蝕的機(jī)理

（1）混凝土的碳化

由于混凝土本身是弱堿性的，其PH值在12-13，能使鋼筋處于一個(gè)鈍化的狀態(tài)，起到一個(gè)保護(hù)層的作用。空氣中的CO2滲透到混凝土內(nèi)，會(huì)發(fā)生一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，過(guò)程如下：

Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O.

這就是混凝土的碳化作用。它會(huì)降低混凝土的堿性，使間隙中的氯離子的含量大大增加，加大鋼筋在空氣中銹蝕的程度。

（2）氯離子的侵蝕

氯離子是通過(guò)摻加含氯鹽外加劑混入或者混凝土的宏觀、微觀空隙進(jìn)入的。它會(huì)降低混凝土的堿性，破壞鋼筋表面的鈍化膜，還會(huì)對(duì)暴露的鐵基體形成腐蝕電池，形成電化學(xué)反應(yīng)，對(duì)鋼筋的危害極大，同時(shí)產(chǎn)生陽(yáng)極去極化作用。在鋼筋銹蝕過(guò)程中，氯離子在加速銹蝕速度時(shí)并不被消耗，一直參與破壞作用，增強(qiáng)混凝土的導(dǎo)電性，與水泥作用加劇鋼筋銹蝕。如何減少混凝土中游離氯離子以減緩鋼筋銹蝕，是當(dāng)前的一個(gè)重要課題。

一般來(lái)說(shuō)，混凝土碳化是鋼筋腐蝕的前提條件。鋼筋混凝土的銹蝕還與水泥的品種和摻和料、混凝土的密實(shí)性和保護(hù)層厚度、混凝土液相PH值等因素有關(guān)。

3　鋼筋混凝土銹蝕的發(fā)展過(guò)程

鋼筋混凝土保護(hù)層的開(kāi)裂是鋼筋混凝土破壞的主要原因。鋼筋銹蝕會(huì)使自身的體積增大1-5倍，當(dāng)混凝土膨脹時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面便會(huì)出現(xiàn)裂縫。內(nèi)部的鋼筋的布設(shè)和受力形式主要有箍筋和縱筋。箍筋主要是承受剪力，使構(gòu)件滿足斜截面抗剪強(qiáng)度，并聯(lián)結(jié)受力主筋和受壓區(qū)混凝土使其共同工作；縱筋一般就是指縱向的鋼筋，指與梁跨度平行或柱身平行的鋼筋。

（1）先是箍筋銹蝕較快，隨著箍筋銹蝕處體積的不斷增大，混凝土將產(chǎn)生銹脹應(yīng)力，使銹蝕處應(yīng)力較為集中，并逐漸向四周擴(kuò)展，當(dāng)混凝土的銹脹應(yīng)力大于混凝土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，表面出現(xiàn)初始裂紋，但此時(shí)的裂紋還屬于初始裂紋，肉眼無(wú)法看到。

注：傳統(tǒng)意義上的結(jié)構(gòu)開(kāi)裂指的是混凝土表面的裂縫是清晰可見(jiàn)的，但實(shí)際上初始裂紋的出現(xiàn)便說(shuō)明混凝土已經(jīng)開(kāi)裂了。

（2）之后是縱筋的銹蝕，這時(shí)的混凝土表面裂紋開(kāi)始貫通，并且失去了箍筋的支承作用，箍筋的銹蝕程度大大加快，保護(hù)層出現(xiàn)剝落，結(jié)構(gòu)最終破壞。

一般來(lái)說(shuō)，海洋環(huán)境條件下服役的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的水平承載性狀具有明顯的時(shí)變效應(yīng)，暴露條件越惡劣，其時(shí)變效應(yīng)越明顯。隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，抗剪性能和抗彎性能都有下降，對(duì)比結(jié)構(gòu)剪矩和彎矩，暴露時(shí)間對(duì)水平位移的影響更加明顯。

4　鋼筋混凝土銹蝕的防治.

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，人們急于尋找更加安全實(shí)用的新型建筑材料來(lái)滿足不斷增長(zhǎng)的建筑材料需求。鋼筋混凝土雖易銹蝕，但其高強(qiáng)耐用的工作性能和方便實(shí)用的經(jīng)濟(jì)性能仍被人們所看好。漸漸地，改良型混凝土出現(xiàn)在了人們的面前，人們發(fā)現(xiàn)，在施工和維護(hù)中通過(guò)改善配比和添加外加劑的方法，可以有效消除氯離子帶來(lái)的不利影響，緩解混凝土碳化，因而成為了改善混凝土的有利手段。

（1）配制混凝土?xí)r，根據(jù)建筑物的地理環(huán)境以及氣候環(huán)境，選用合適的水泥品種。比如說(shuō)，對(duì)于有蒸氣養(yǎng)護(hù)的構(gòu)件或地下工程以及海中工程選用粉煤灰水泥，有凍融和干濕作用的海港工程或水利工程選用抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，等。

（2）外加劑的使用，可以根據(jù)不同的需求選擇不同的品種。混凝土外加劑主要包括：粉煤灰等改善混凝土密實(shí)性的礦物摻和料；亞硝酸鹽類無(wú)機(jī)阻銹劑；新型有機(jī)高分子阻銹劑，如橡膠集料等。

①摻入一定量的粉煤灰。粉煤灰浸水后的PH大于7，一方面能與氯離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)還會(huì)填滿混凝土的孔隙，改善混凝土的顆粒級(jí)配，使雜質(zhì)難以進(jìn)入，減緩混凝土的銹蝕。

②摻入足量的NO2-，能夠加快混凝土表面鈍化膜的形成，形成保護(hù)層，進(jìn)而起到阻銹作用，工程上可摻入足量的NaNO2。若摻入NO2-過(guò)少，其本身為酸性物質(zhì)，會(huì)加速鋼筋銹蝕，因而應(yīng)該慎重使用。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于含碳量低、原電池反應(yīng)較不活躍的鋼筋，Na-NO2阻銹作用較大；對(duì)于含碳量高、原電池反應(yīng)活躍的鋼筋，NaNO2加速銹蝕的作用較大。

③新型有機(jī)高分子阻銹劑尚處于起步階段。目前使用較廣泛的是橡膠集料，這種材料和粉煤灰一樣，會(huì)充滿混凝土的空隙，減緩雜質(zhì)侵入。如何選用合適的阻銹劑減緩銹蝕，也是當(dāng)前的一個(gè)重要的研究方向。

④盡量減少鋼筋中的碳原子含量。低碳鋼的使用，不僅會(huì)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固程度，也會(huì)降低鋼筋的銹蝕速率

（3）在混凝土表面添加保護(hù)層。目前使用較廣泛的是環(huán)氧樹(shù)脂。環(huán)氧樹(shù)脂作為防腐蝕材料不但具有密實(shí)、抗水、抗?jié)B透好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，同時(shí)具有附著力強(qiáng)，常溫操作，施工簡(jiǎn)便等良好的工藝性，而且價(jià)格適中。當(dāng)混凝土受侵蝕較嚴(yán)重時(shí)，可將該部分鑿除，徹底清理內(nèi)部的雜質(zhì)，并用環(huán)氧基液填補(bǔ)。當(dāng)鋼筋混凝土所處環(huán)境較潮濕且易腐蝕時(shí)，建議直接涂上環(huán)氧基液做保護(hù)層。

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