混凝土中鋼筋銹蝕機理及其銹蝕測量方法

呂 婷

（重慶交通大學 河海學院， 重慶 400047）

0 引言

鋼筋混凝土材料在工程中普遍被應用，特別是水工建筑物。我國水工建筑物大都是采用的鋼筋混凝土材料，但是在水中工作的鋼筋在一定情況下會產(chǎn)生銹蝕，而銹蝕產(chǎn)物的體積比鋼筋大2-3 倍，使混凝土破裂，降低其強度，讓混凝土不能達到工作要求[1]。最近因為鋼筋銹蝕而導致混凝土結(jié)構(gòu)損壞的事故開始頻繁增多，專家們也因此開始重視起來這種銹蝕對于結(jié)構(gòu)的危害，這種銹蝕決定了混凝土的耐久性以及修復后可靠性。因此，研究銹蝕機理，了解和銹蝕與相關(guān)因素的具體關(guān)系，能靈活應用使鋼筋銹蝕帶來的危害降低到最小[2]。

1 鋼筋銹蝕機理

1.1 電化學腐蝕

自然電化學腐蝕是指①當其他一些雜質(zhì)或者CLˉ破壞了鋼筋表面的鈍化膜而引起的鋼筋銹蝕。②一些酸性物質(zhì)的介入（如硫酸）讓混凝土內(nèi)部環(huán)境的堿性降低，使鋼筋表面的鈍化膜在這種環(huán)境下慢慢消失而引起腐蝕。③混凝土中大量活性材料使其內(nèi)部環(huán)境的堿度達不到所需要的程度，使鈍化膜破壞或不能生成。

簡而言之，當鋼筋表面的鈍化膜破壞，活性程度提高，與鋼筋的內(nèi)部形成電位差，產(chǎn)生一種局部的電池回路，銹蝕就會開始。

1.2 雜散電流腐蝕

雜散電流腐蝕是指在用電設備車間或其他用電系統(tǒng)中，在用電結(jié)構(gòu)中違章用電或接觸不良而漏電引起的[4]。而這種電流直接滲入到混凝土中與鋼筋接觸，開始對鋼筋造成腐蝕破壞，也是一種電解破壞現(xiàn)象。

這種電解現(xiàn)象也分成兩類，陽極反映和陰極反映。即混凝土處于電解陽極時，鋼筋腐蝕厲害，銹蝕部分膨脹速度較快，混凝土也更容易裂開。當混凝土處于電解陰極的時候，電解的效果會變得很小甚至沒有，所以一般不會產(chǎn)生鐵銹，但當其電流較大時，陰極反映會產(chǎn)生大量的OHˉ，大量氫氣溢出，破壞了鋼筋與混凝土的粘結(jié)力。雖然陰極反映的銹蝕量很小，但是如上訴，會又脆氫危險。

1.3 應力腐蝕

應力腐蝕是一種材料晶粒間或者跨晶粒的斷裂腐蝕現(xiàn)象。由于腐蝕和拉應力的共同作用，晶粒間的作用消失斷裂。這種腐蝕多出現(xiàn)與高強鋼筋。

2 銹蝕率的測量

2.1 物理法

而混凝土鋼筋銹蝕的物理監(jiān)測方法也具有多樣化?？偟膩碚f有電阻棒法、渦流探測法、射線法、紅外熱像法和聲發(fā)射探測法。電阻棒法是通過銹蝕過后的鋼筋的電阻變化，再比較鋼筋未腐蝕前的電阻值，間接推出鋼筋的剩余截面面積。渦流法涉及到了勵磁電流和次聲波，通過研究兩者之間的一種相位關(guān)系來判斷鋼筋銹蝕的情況。射線法則是直接通過射線，如X 射線和γ射線，照出的照片，直接觀察銹蝕情況。紅外熱像法則是通過測定混凝土表面的溫度分布進而確定鋼筋的銹蝕位置。聲發(fā)射探測法是指用聲波傳感器接收混凝土中因鋼筋銹蝕而裂開的混凝土的彈性波，確定鋼筋發(fā)生膨脹的確切位置。通過上面的敘述可以看處，雖然物理方法能用各種鋼筋銹蝕后的特性來探測鋼筋的銹蝕位置以及程度，但大都是在實驗室中的結(jié)果，所以物理方法暫時還只是停留在實驗室階段。

2.2 電化學法

(1)自然電位法

自然電位法在上世紀是比較流行的測量方法。每個國家都有自己的自然電位法的測量標準，包括我國也有相應的一套標準。自然電位法主要通過比較鋼筋的電極和參比電極的電位差來測定鋼筋的銹蝕度，而且有著各種優(yōu)勢。操作簡便，價格便宜，易上手，而且在工地和實驗室都有不錯的效果。

(2)交流阻抗譜法

交流阻抗譜法需要對電極施加一個小的交流信號，并且需要記錄輸入和輸出信號的大小和測量顯示屏上的相位。這種方法是一種暫態(tài)屏譜分析技術(shù)，而且輸入的信號對腐蝕的影響小，有利于結(jié)果數(shù)字的真實性。交流阻抗技術(shù)主要用于混凝土中鋼筋銹蝕機理研究，鋼筋銹蝕影響因素分析和混凝土修復方案的有效性驗證。

3 結(jié)論

目前鋼筋銹蝕主要在各個領(lǐng)域都得到了重視。不論是在核工業(yè)、古跡保護還是在城市化不斷進展的各種大城市中，鋼筋銹蝕的監(jiān)測都又一定的涉及。在鋼筋銹蝕中，氯離子的影響應該是最大的，但在研究中，氯離子破壞鋼筋鈍化膜誘發(fā)鋼筋點蝕的機理還沒有確切的定論。雜散電流由于涉及到電，以及電流對工程結(jié)構(gòu)中鋼筋的影響，這直接涉及到工程的安全程度，所以相關(guān)的研究也越來越多。特別是雜散電流腐蝕。滕海文，楊森茂等人指出，近年來，我國的鐵路發(fā)展迅猛，無論是高鐵，動車，還是城市中的地鐵輕軌，都必須要有很高的安全保障。而影響鐵路工程結(jié)構(gòu)的耐久度的因素其中也包括了氯離子，雜散電流等。隨著鐵路服役年限的增加，雜散電流的影響也會越來越大，最終會影響鐵路正常工作。另外，鋼筋銹蝕研究中還有一項鋼筋銹蝕對于粘結(jié)力的影響。由于銹蝕所引起混凝土內(nèi)應力的加大，會影響鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力，而這種粘結(jié)力和銹蝕率又一定的關(guān)系。當銹蝕率到一定程度，粘結(jié)力會下降，影響結(jié)構(gòu)的安全性。國內(nèi)外的學者對此也一定的研究。此外，還有銹蝕鋼筋混凝土受彎承載能力研究。