浅谈混凝土结构中钢筋锈蚀的机理及其影响因素论文
浅谈混凝土结构中钢筋锈蚀的机理及其影响因素论文
浅谈混凝土结构中钢筋锈蚀的机理及其影响因素
姬河江，张坤，张红霞
(洛阳市通升筑路有限公司，河南洛阳 471000)
内容摘要：近年来，随着我国基础设施建设规模的不断扩大，钢筋混凝土结构的建筑物也越来越多，而钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀已成为钢筋混凝土结构破坏的首要因素，研究混凝土结构中钢筋锈蚀的机理及其影响因素，对于保护钢筋混凝土结构免遭破坏、延长钢筋混凝土结构的使用性命、促进我国基础设施建设步伐有重要意义。
关键词：混凝土结构;钢筋锈蚀;机理;因素 中图分类号：TB21 文献标识码：A
一、混凝土中钢筋锈蚀的原因
(一)在施工方面对钢筋保护层厚度重视不够，造成钢筋保护层厚度不足。《混凝土结构设计规范》( GB50010-2002)在构造规定中，对设计使用年限为50年的结构受力钢筋的混凝土最小保护层厚度有明确规定;只有包裹在钢筋外边的混凝土不小于规定的厚度，50年后钢筋才开始锈蚀。如果保护层厚度不足，里面的钢筋就会提前锈蚀。
(二)施工材料的不正常使用。建国十周年的十大建筑属于特级建筑，应该使用100年以上不会有问题，但在使用了50年左右翻新时发现，其中的有些25mm的钢筋锈得只有10mm了，承载力和原来相比相差甚远。问题主要就是施工材料的使用，当时冬季施工要在混凝土中加入了很多盐，以保证混凝土不冻，这样就可以加快施工进度，这种方法非常腐蚀钢筋，因此极大的影响了建筑物的使用寿命。
(三)钢筋混凝土中裂缝的影响。一般认为混凝土只要达到设计强度等级的要求就可以了，对混凝土存在的开裂却认识不足。混凝土是非匀质材料，在空气中永远呈收缩变形。有些施工单位为保护混凝土的强度，盲目加大水泥的用量;使用水化热较大的`水泥配制大体积混凝土为保证混凝土的流动性，在施工过程中随意加水或选用不合适的外加剂和掺合料;混凝土浇筑后的养护跟不上或根本不注意混凝土的养护等等，都是造成混凝土开裂的原因，混凝土裂缝的产生，就等于减小了钢筋保护层厚度，如果裂缝深度超过了保护层的厚度，就意味着钢筋从此就已经开始锈蚀了。。’…一
二、混凝土中钢筋锈蚀的机理
根据金属腐蚀的机理不同，可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。通常情况下，电化学腐蚀比化学腐蚀速度快得多，也更为普遍，因而其危害性也更大。混凝土结构中钢筋的腐蚀主要是铁与电解质之间的相互作用，属于电化学腐蚀，因而混凝土结构的钢筋锈蚀可以认为是电化学反应过程。
(一)电化学反应的发生必须具备以下四个基本条件：1.钢筋表面具有电化学不均匀性，即区分为电位较负的阳极区(A)和电位较正的阴极区(K)，它们之间具有电位差(△V)。2.在阳极区与阴极区之间，电解质溶液的电阻R较小。3.在阳极区，钢筋表面处于活化状态，钢筋易进行氧化反应，即铁离子转化为Fe2+，同时放出自由电子e，也就是阳极极化PA较小。4.在阴极区，钢筋表面上的电解质具有足够的氧化剂(通常是水和氧)，它们可与来自阳极区的自由电子e反应成氢氧根离子OH-即氧的还原反应，也就是阴极极化PK较小。
(二)钢筋的电化学腐蚀反应方程式可表示如下：阴极区：2Fe_+2Fe2+ +4e阳极反应(铁溶解并放出电子) (2.1)阳极区：02+2H0+4e-X40H-阴极反应(消耗电子和氧还原)(2.2)总的反应式：2Fe+0，+2H20-÷2Fe( OH)， (2.3)2Fe( OH)，+l/202+H20-+2Fe( OH)，(褐红色铁锈) (2.4)表述钢筋电化学反应腐蚀速率I与这四个条件的关系式为：12△V/R+PA+PK (2.5)大量研究资料表明：一般情况下，混凝土呈高碱性，PH值约在13左右。而在这种高碱性环境中，由于电化学作用，钢筋表面形成一层非常致密的、约2×l0-8mm厚的Fe30。-Fe20，(尖晶石固溶体)的薄膜。这层薄膜牢牢地吸附于钢筋表面上，抑制了阳极反应的进行。我们称这层膜为钝化膜。只有当钢筋表面的钝化膜破坏时，存在有氧化和水分的情况下，钢筋才会进一步发生锈蚀，这一过程称之为去钝化。
三、混凝土钢筋锈蚀的影响因素
(一)温、湿度对钢筋锈蚀影响。相对湿度对混凝土中钢筋锈蚀有双重作用：一方面影响混凝土中氧气的扩散速度;另一方面则影响混凝土的电导率。混凝土的湿度大时，其自由水含量高，对空气的渗透性低，碳化慢，完全饱和的混凝土不可能碳化，但是完全干燥(相对湿度不大于25%)的混凝土一般也不会碳化：大多数钢筋混凝土结构构件处于干燥环境下，服役几十年也不会发生钢筋锈蚀。而当结构构件处于湿度较大的环境下，尤其是处于干湿交替的环境或漏雨、渗水的部位，钢筋锈蚀一般较快：
(二)混凝土的密实度及保护层厚度的影响：混凝土对钢筋的保护作用主要体现为：一是混凝土的高碱性使钢筋表面形成钝化膜;二是保护层对外界腐蚀介质、氧气及水分等渗入的阻止作用。后一种作用主要取决于混凝土密实度及保护层的厚度。而水灰比及养护条件对混凝土的密实度有很大的影响，因此水灰比愈大，钢筋的锈蚀程度就愈重。混凝土保护层厚度也是影响钢筋锈蚀的一个重要因素。在相同的环境下，保护层越厚，保护层完全碳化的时间越长，钢筋的锈蚀程度越轻。
(三)混凝土液相pH值的影响。混凝土中钢筋表面钝化膜的稳定性主要取决于周围混凝土的pH值，因此钢筋锈蚀速度与混凝土液相的pH值有密切关系。当pH>10时，钢筋的锈蚀速度很小，而当pH<4时，则锈蚀速度急剧增加。由于混凝土碳化后pH值降低，因而随着碳化深度的增加，钢筋的锈蚀率相应增加。
(四)混凝土中Cl一含量的影响。混凝土中C1。含量对钢筋的影响极大。C1一侵蚀是因为Cl。是很强的去钝化剂，当C1‘进入混凝土到达钢筋表面，聚集到一定程度时，可以使钢筋表面的pH值迅速降低，从而破坏钢筋表面的钝化膜。当外界渗入的氯盐量达混凝土重量的0.1%-0.2%时即能引起钢筋的锈蚀。
(五)裂缝对钢筋锈蚀的影响。裂缝及其宽度对钢筋锈蚀是有影响的，而且裂缝宽度不同其影响程度也不同。首先，裂缝加快了锈蚀的发生。裂缝宽度对钢筋锈蚀影响较大，因为钢筋失去钝化时间取决于裂缝的宽度，然而锈蚀一旦开始，其影响程度大大降低。这时，锈蚀速度取决于未开裂处混凝土保护层的质量和渗透性，混凝土保护层的质量越好，渗透性越小，氧气及水分的供给量也越少，锈蚀速度越慢，随着碳化进程的深入，毛细孔将逐渐被堵塞，使混凝土渗透性逐步降低，锈蚀速度也随之下降。
参考文献：
[1]罗向荣.混凝土结构
[2]王春阻建筑材料
[3]董卫华.钢结构