影響混凝土結構鋼筋銹蝕的因素及措施探討

李松瀅

（南康市建筑勘察設計院，江西 贛州 341000）

鋼筋銹蝕是引起混凝土結構耐久性劣化的主要原因之一。如今鋼筋銹蝕已被公認為混凝土結構耐久性劣化最主要的原因，不少國家為此遭受了巨大的經濟損失。混凝土中銹蝕鋼筋的粘結性能隨銹蝕率的變化而變化，并與多種其它因素有關。

1 鋼筋腐蝕的主要影響因素

混凝土中鋼筋銹蝕的影響因素有：混凝土的密實度、混凝土保護層厚度、混凝土碳化、環境濕度、氯離子侵入等。在這些因素中，混凝土保護層的碳化和氯離子侵入是造成鋼筋銹蝕的主要原因。

1.1 混凝土中C1-含量對鋼筋銹蝕的影響

一方面，C1-可能是隨混凝土組成材料（水泥、砂、石、外加劑）進入的如在冬季施工，為提高混凝土抗凍性而摻入氯鹽、海砂拌制混凝土等；另一方面，C1-是在混凝土硬化后經其孔隙由外界滲入的，如遭受海水侵蝕的海岸混凝土構筑物，冬季在混凝土路面上噴灑鹽水防止路面冰凍，游泳池用氯氣消毒等。

當混凝土構件長期處于上述環境時，氯離子就會通過混凝土中的氣孔，隨水進入混凝土的內部，最終會接觸鋼筋并開始積累。當氯離子達到臨界濃度后，在足夠的氧氣和水分條件下引起腐蝕的發生（氯離子臨界濃度與力筋周圍混凝土的堿度有關，堿度愈高，氯離子臨界濃度值愈大，通常用氯離子和氫氧根離子的濃度比值來表示氯離子臨界濃度）。反應最終產物氫氧化鐵Fe（OH）3即是鐵銹。

1.2 混凝土不密實或有裂縫存在

混凝土密實不良和構件上產生的裂縫，往往是造成鋼筋腐蝕的重要原因，尤其當水泥用量偏小，水灰比不當和振搗不良，或在混凝土澆筑中產生露筋、蜂窩、麻面等情況，都會加速鋼筋的銹蝕。

調查資料表明：混凝土的碳化深度和混凝土密實度有很大關系。密實度好的混凝土碳化深度僅局限在表面；而密實度差的混凝土，則碳化深度就大。

1.3 與環境濕度密切相關

混凝土的碳化和鋼筋腐蝕與環境濕度有直接關系。在十分潮濕的環境中，其空氣相對濕度接近于100%時，混凝土孔隙中充滿水分，阻礙了空氣中的氧向鋼筋表面擴散，二氧化碳也難以透入，所以，使鋼筋難以腐蝕。

當相對濕度低于60%時，在鋼筋表面難以形成水膜，鋼筋幾乎不生銹，碳化也難以深入。而空氣相對濕度在80%左右時，有利于碳化作用，混凝土中的鋼筋銹蝕發展很快。由于環境中濕度往往隨氣候和生產情況而變化，因而混凝土在氣侯或生產環境變化中會遭到碳化，鋼筋會腐蝕。

1.4 混凝土碳化、侵蝕氣體和介質的侵入

碳化是介質與混凝土相互作用的一種很廣泛的形式，最典型的例子是空氣中的CO2滲入，與孔隙中的Ca（OH）2反應，生成CaCO3，使pH值下降。當pH值＜11.5時，鈍化膜就開始不穩定；當pH值降低到9左右時，鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞，鋼筋開始腐蝕。

理論分析和實驗分析表明，在大氣環境下，混凝土的碳化深度與時間的關系為：

式中，χ-碳化深度；

Dk-CO2的擴散系數；

C-混凝土表面的濃度；

B-單位體積混凝土碳化所需的CO2量；

K-混凝土碳化系數，與結構所處的自然環境和使用環境、水泥品種、結構混凝土質量及混凝土早期養護條件有關；

T-混凝土暴露時間（年）。

2 鋼筋銹蝕對混凝土粘結性能的影響

鋼筋與混凝土之間形成的鐵銹層，削弱了變形鋼筋與混凝土的膠結作用；鐵銹的膨脹將導致混凝土開裂，降低了混凝土對鋼筋的約束作用；鋼筋變形肋銹蝕使變形鋼筋與混凝土之間失去了機械咬合作用。

2.1 混凝土中鋼筋銹蝕的產物是一種結構疏松的氧化物，它在鋼筋與混凝土之間形成一層疏松隔離層，明顯地改變了鋼筋與混凝土的接觸面積，從而降低了鋼筋與混凝土之間的粘結作用。

2.2 鋼筋的銹蝕產物比銹蝕前鋼材占據的體積更大，從而對包圍在鋼筋周圍的混凝土產生徑向膨脹力，當徑向膨脹力達到一定程度時，會引起混凝土的開裂。混凝土開裂導致混凝土對鋼筋的約束作用減弱。

2.3 變形鋼筋銹蝕后，鋼筋變形肋將逐漸退化。在鋼筋銹蝕較嚴重的情況下，變形肋在混凝土之間的機械咬合作用基本消失，其結果是導致鋼筋與混凝土之間的粘結性能退化。

3 鋼筋腐蝕對結構受力的影響

在鋼筋混凝土結構內，鋼筋受到周圍混凝土的保護，一般不腐蝕。但當保護層破壞或保護層厚度不足時，鋼筋在一定條件下將產生腐蝕。

由于鋼筋與混凝土交界面上鋼筋銹脹力的存在，導致混凝土產生順筋裂縫，甚至使混凝土保護層剝落，使構件截面有效面積減小，更重要的是使鋼筋與混凝土間粘接性能退化；同時，由于鋼筋銹損，其截面面積減少，嚴刑降低，力學性能退化，使結構或構件受到不同程度的損傷。混凝土中鋼筋銹蝕會使構件的承載力下降，使結構的性能劣化。

4 防止混凝土結構鋼筋腐蝕的措施

混凝土中鋼筋的腐蝕是一種自然規律，無論采取何種手段都無法完全避免。采取下列防腐措施既可保證鋼筋混凝土必要的耐久性，又經濟可行。

4.1 降低水灰比。混凝土是由水泥、粗、細骨料和水拌制而成，根據水泥完全水化的理論，需水量只有水泥重量的25%左右，但在拌制混凝土時，為了獲的必要的流動性，滿足施工要求，常用較多的水，即較大的水灰比w/c。當混凝土硬化后，多余的水就會蒸發掉，形成毛細孔。用水量越大，水泥水化后留下的毛細孔越多，滲透系數也越大。所以在拌制混凝土時，在滿足設計要求和施工要求的情況下，盡量降低水灰比，減少用水量，增加密實度，提高混凝土的抗滲性。

4.2 摻外加劑。一是摻引氣型的減水劑，一方面使混凝土內部產生均勻、穩定、互不連通的微小氣泡，阻止液體的滲透，另一方面也大大減少混凝土的用水量，增加混凝土的密實度，提高抗滲性；二是摻抗滲劑，摻抗滲劑在混凝土內形成膠體洛合物，填充、堵塞了混凝土內部的毛細孔縫，從而增加混凝土的密實度，提高抗滲性；三是摻膨脹劑，通過摻膨脹劑發生化學反應，使混凝土產生膨脹，在外力約束下，增加混凝土的密實度，也可提高抗滲性。

4.3 選擇合適的材料。應選用顆粒細、水化熱低的水泥。因為越細，凝結越快，泌水越少，抗滲性能越好。水泥標號一般不低于425號；并摻用適量優質摻合料；細骨料要求砂的顆粒均勻、圓滑、質地堅硬、平均粒徑為0.4mm左右的河砂，含泥量＜3%，并含適量的粉砂；選用粗骨料，除大體積外，一般情況下粒徑5～30mm為宜，最大粒徑不超過40mm。含泥量＜1%，要求組織細密、顆粒整齊、質地堅硬，另外級配要優良，以改善混凝土的和易性，增加密實度，提高抗滲性。

4.4 加強養護。如混凝土早期養護不好，水泥得不到正常水化，會降低混凝土的密實度，繼而影響抗滲性。所以一定要加強混凝土的早期濕潤養護，時間不得少于14d，以保證水泥正常水化，增加密實度，提高抗滲性。

4.5 防止裂縫。在開裂出現前，主要是由于腐蝕性的物質由混凝土擴散到鋼筋導致其腐蝕，因此，應嚴格控制混凝土的施工質量，以保證其密實度。裂縫出現后由于腐蝕氣體可以直接腐蝕混凝土中的鋼筋，而由于普通混凝土結構允許帶裂縫工作，因此，必須對結構采取有效的防腐措施。

5 結語

雖然鋼筋銹蝕會給混凝土建筑物帶來嚴重的危害，但在實際施工中，只要加強領導，嚴格管理，精心施工，并根據環境的特點和材料的性質，采取相應的措施，是完全能夠防止和推遲混凝土中鋼筋的銹蝕，從而提高混凝土的使用性和耐久性。

[1]李田，劉西拉.混凝土結構耐久性分析與設計[M].北京：科學出版社，1999.

[2]牛荻濤.混凝土結構耐久性與壽命預測[M].北京：科技出版社，2003年2月.