鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕原理的研究

陳哲

【摘 要】由于混凝土具有高堿性，所以鋼筋在混凝土中容易形成鈍化膜，在相對恒定的環境中，混凝土結構中的鋼筋都能長期完好保持著其原有的物質形狀，不容易被浸蝕。但在現行的生態環境中，環境污染日益加劇和物質結構變化所形成的老化，普遍存在鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕的問題，這已成了各國工程領域研究的熱門課題之一了。本文就該問題的提出入手，介紹了鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕的過程，分析了鋼筋腐蝕的原理，最后提出了相應的防范措施。

【關鍵詞】鋼筋腐蝕；鋼筋混凝土；腐蝕原理

一、鋼筋混凝土與鋼筋腐蝕概況

（一）鋼筋混凝土簡介

借用化學物質分類的概念，鋼筋混凝土是一類混合物。它是為了改善混凝土的承受壓力等性質而在混凝土中加入鋼板、纖維或者鋼筋網等按照一定的配比組合成的混合材料。我們都知道，鋼筋混凝土的耐力抗壓能力都是十分強大的，這與它自身的材料所具有的性質是分不開的。具體地說，鋼筋與混凝土的膨脹系數比較接近，因此面對不同的環境也就產生不了過大的應力，當然，這還與他們之間的粘結力有一定關系。相對于普通的混凝土而言，鋼筋混凝土的中的鋼筋能夠承受巨大的壓力，并且混凝土本身也能承受一定的應力，最重要的是，大約在一個月左右，鋼筋混凝土的耐力耐壓強度能夠達到最大或者是設計的強度。

（二）鋼筋腐蝕概念及其種類

金屬腐蝕是指金屬的表面與它所處的環境或者周邊的介質發生電化學或者化學作用使得金屬本身被破壞的過程。因此，套用一般理論，鋼筋腐蝕就是指這樣的反應過程或者說是破壞過程是發生在鋼筋的表面上的。一般來說，金屬的腐蝕包括兩大類，化學腐蝕和電化學腐蝕。電化學腐蝕是指鋼筋的表面與周圍的空氣（一般是潮濕的空氣）或者在電解質溶液中通過發生電化學作用而引起的一類腐蝕作用。這種腐蝕區別于化學腐蝕的關鍵在于它腐蝕的過程中會產生電子也即是電荷的移動。一般情況是，在兩個電極之間存在一定的電勢差以及與金屬接觸部分存在某種電解質溶液這兩個基本條件下，才會發生電化學腐蝕。第一個條件相對來說不難，第二個條件要求腐蝕的濕度達到百分之六十以上。化學腐蝕與電化學腐燭不同，它是指與鋼筋表面接觸的物質比如氣體或者電解質溶液等能夠與鋼筋的主要成份發生化學作用而產生的腐蝕。化學腐蝕很明顯不會產生電子的移動，這也是它區別于電化學腐蝕的一個最主要因素

二、鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕問題解析

（一）電化學腐蝕

1.概念

鋼筋表面與介質如濕空氣， 電解質溶液等發生電化學作用而引起的腐蝕， 叫做電化學腐蝕。在這種腐蝕的過程中有電子的流動， 絕大部分腐蝕屬于化學腐蝕。

2.化學腐蝕

鋼筋表面與氣體或電解質溶液接觸發生化學作用而引起的腐蝕，稱為化學腐蝕。這種腐蝕其腐蝕過程沒有電子的流動，只是腐蝕現象的一小部分。

3.氯鹽的侵蝕及碳化

（二）氯鹽的侵蝕

混凝土中氯鹽的侵入有兩種途徑，一是在混凝土拌合時為了改善混凝土的某些性質如工作性、早強性等作為外加劑加入的。另外一種是在混凝土硬化以后，外界的氯離子通過滲透的作用從混凝土的毛細孔中進入的。當混凝土開裂時，氯鹽順著裂縫進入的量會增加。一般認為在混凝土拌合時加入的氯鹽，其氯離子被C-S-H膠體吸附，對鋼筋的腐蝕沒有多大的影響。但是后來進入的氯離子，等它到達鋼筋表面時，盡管它一般不改變鋼筋周圍的堿性環境，但是它降低了鋼筋作為陽極反應的活化能，使鋼筋容易發生腐蝕。

1.碳化

所謂碳化是指混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳反應，生成碳酸鈣的過程。混凝土中的氫氧化鈣使混凝土保持堿性，有利于鋼筋的鈍化。但當碳化鋒面到達鋼筋時，鋼筋周圍的堿性環境也就消失了，同時碳化使被C-S-H膠體粘結的氯離子成為自由活動的氯離子，使鋼筋容易發生腐蝕。

碳化有時候對混凝土也是有利的。在密實的混凝土中，當碳化深度較小時，碳化形成的硅、鋁、氧化鐵骨架被生成的碳酸鈣填充。使碳化后的強度比原始的混凝土的強度更高，而且具有更低的滲透性。應該注意的是，對于疏松多孔的混凝土，碳化的這種加強作用是不明顯的，碳化永遠不能使這種混凝土成為質量較好的混凝土。

三、防范措施

最常規的做法有：一，從材料自身出發：首先增加混凝土的密實度并且降低水灰比，控制鋼筋混凝土中氯離子的含量，不使用含氯離子的外加劑，最后可以通過在混凝土中使用減水劑、二甲基醇胺等，不采用亞硝酸鹽等危險緩蝕劑、且提高鋼筋的保護層厚度等；二，從外部環境來采取防護措施：涂覆有機混凝土專用防腐涂料、粘貼樹枝玻璃鋼、采用陰極保護系統等。

在一般性的防范措施中，陰極保護法是首選的根本解決辦法。陰極保護法的原理是給鋼筋增加一個負向電流，從而使其電極電位負移，就是使鋼筋表面的氯離子超過能夠使鋼筋脫鈍的一個臨界值，這就有效抑制了電化學腐蝕的過程，使鋼筋不容易發生銹蝕。通常有如下兩種做法：一，陽極犧牲法；二，外加電流陰極保護法。陽極犧牲的方法是采用電化學上比鋼還要活潑的，也就是電位更負的金屬來作為陽極，例如鋁合金、鎂合金、鋅合金等，使之與被保護的鋼筋相連，由腐蝕本身來提供自由電子，從而對鋼筋實施陰極保護。

從目前的技術條件來看，對于混凝土結構中鋼筋腐蝕的檢測方法主要有破損發和非破損法（渦流探測法、電阻棒法、交流阻抗譜法、聲發射探測法自然電位法、恒電量法、線性極化法等）；而對于混凝土中鋼筋的修復技術主要有電化學氯化物萃取技術、補丁法以及再堿化技術等。在實際的工程建設中，必須要針對具體的情況來選擇適當的檢測方法和修復技術，可以采用單一的檢測方法和修復技術，也可以將多種檢測方法和修復技術進行綜合的利用。

結 語

在建筑工程項目的質量管理越來越嚴格的今天，鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕問題也越來越引起人們的高度重視，因此，還需要通過不斷地改進和完善鋼筋的腐蝕防護技術以及檢測評價技術，深入了解鋼筋發生腐蝕的機理，才能夠針對性地采取相關的防范措施，這是保證工程建設質量的基本要求和必要前提。