淺析鋼筋砼結構中鋼筋的腐蝕原因及防護措施

陳文建,季秋媛,李薇

（四川職業技術學院建筑與環境工程系，四川遂寧 629000）

淺析鋼筋砼結構中鋼筋的腐蝕原因及防護措施

陳文建,季秋媛,李薇

（四川職業技術學院建筑與環境工程系，四川遂寧 629000）

本文通過對鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕的原因進行分析，提出了相應的防護措施，能有效地提高鋼筋混凝土結構的耐久性，延長使用壽命.

混凝土；鋼筋；腐蝕；防護

1 混凝土中鋼筋腐蝕的原因

1.1 混凝土碳化

一般情況下，混凝土中孔溶液的高堿性（PH值大于12.5）在鋼筋表面形成鈍化層，使得腐蝕侵蝕降低到可以忽略的程度.然而混凝土的碳化，導致混凝土早期開裂與剝落，常常伴隨著鋼筋銹蝕，使截面積相對減小，影響鋼筋混凝土結構的耐久性.

1.1.1 腐蝕條件

腐蝕的發生與持續必須滿足四個條件：①陽極反應時，需實現的條件是：鋼筋保護層的破壞，鋼筋去鈍化發生，這是混凝土碳化與氯離子擴散混凝土達到一定臨界值時造成.②陰極反應時，需實現的條件是：作為腐蝕過程的驅動力的氧氣在鋼筋界面處達到適當的量.③陽極反應部位與陰極反應部位之間形成離子流時，需實現的條件是：陽極反應與陰極反應部位之間的環境或電解質傳導良好.④形成電子流時，需實現的條件是：陽極反應與陰極反應部位之間有金屬連接.對于整個鋼筋混凝土結構，這個條件通常很容易實現.

1.1.2 腐蝕的引發和發展

早期混凝土結構中的鋼筋是完全受到保護的：孔溶液的pH值比較高，且如果在混凝土生產過程中沒有受使用氯離子污染組分（如含氯離子的水、集料或外加劑）的影響，混凝土中僅含少量的氯離子.

對給定的混凝土品種，腐蝕發生后的腐蝕速率主要取決于下列因素：①水分含量與混凝土的電阻；②溫度；③氧氣可獲性；④孔溶液的pH值；⑤氯離子的含量.

1.2 混凝土中水分含量的影響

空氣中的氧氣含量或多或少是恒定的，但氧氣在混凝土中局部隨時間會有幾個數量變化.混凝土中的氧氣含量與擴散系數主要取決于混凝土的品質、滲透性與混凝土的水分含量.除了這些，混凝土表面與空氣的通路、鹽含量與溫度也有一些影響.對高水分含量的混凝土，氧氣的擴散系數非常小，這主要因為氧氣只能通過孔中水擴散，而這個過程比在空的、充氣的空隙中要慢得多.

水中的擴散系數相對于空氣中的要小得多.由于缺乏水分含量對擴散系數的系統研究，人們進行了混凝土中氧氣擴散系數作為水分含量的函數的計算嘗試.

1.2.1 氧氣衰減

當混凝土完全水飽和時（例如長期與液態水接觸的混凝土，除了大的氣孔與封閉孔隙，所有孔隙中都充滿水），這使氧氣與鋼筋表面的通道下降到非常低的值.隨著氧氣的衰減，混凝土中鋼筋腐蝕電位也從高降到很小的負值.

1.2.2 混凝土作為電解質

多孔材料，如混凝土，會從空氣中吸附水或水又脫附到空氣中.混凝土會在雨天吸收水分，當溫度干燥時，混凝土隨后又失去水分.對吸附與脫附過程，其決定性的因素是孔結構、孔溶液組成與空氣相對溫度.

混凝土中孔結構與孔溶液組分受許多參數影響.其中最主要四個因素是：①水泥類型與用量，化學外加劑與礦物摻合料；②水灰比；③養護條件；④齡期.

1.2.3 相對濕度的影響

毛細管吸力與擴散過程中對氯離子的吸收量與碳化反應非常重要，對腐蝕過程也是如此.毛細管吸力對于干燥混凝土比對濕或潮濕混凝土更有效.離子擴散系數隨著混凝土水分含量的增長而增長，而對于氣體來說，則下降.

1.3 氯離子誘導腐蝕

氯離子對鋼筋混凝土有四種負面作用：①破壞鋼筋鈍化膜，引起鋼筋腐蝕侵蝕的可能；②因降低了Ca（OH）2的溶解度，從而降低了孔溶液的PH值；③因混凝土中鹽的吸濕性能而引起水分含量的增大；④增大了混凝土電導率.

氯離子在混凝土中擴散的最快方式是通過含氯離子的水的毛細血管吸收作用（如海水、含溶解的去洗鹽的水、含氯離子的地板如鎂地板），其或多或少會造成更深的氯離子分布.混凝土的干濕循環也會加速氯離子的侵入.

2 鋼筋混凝土結構的腐蝕監測

2.1 監測目的

對鋼筋混凝土結構的腐蝕進行監測有各種不同的目的，它取決于結構的狀況和為保護結構所要采取的具體措施：

①新建結構：鋼筋開始腐蝕的時間和引起腐蝕的原因（氯離子濃度，pH值，混凝土的濕度）.

②已修復過的結構：修復工作的有效性和持久性；特殊的修復方法或使用產品的經驗；產生腐蝕的原因（氯離子濃度，pH值，混凝土的濕度）.

③即有結構：腐蝕速率；產生腐蝕的原因（氯離子濃度，pH值，混凝土的濕度）.

另外，通過監測可以獲得用于評估腐蝕風險的間接信息.如抑制劑或阻誘劑等腐蝕保護措施是否有效，可以效率和耐久性作為評判標準，其可用于研究表面保護的有效性.適當進行憎水處理減少混凝土對水的吸附，從而降低混凝土的濕度，但如果沒有監測信息，也不能確定這種浸漬處理能否充分降低腐蝕速率.

對于混凝土來說，要得到量化的結果是不容易的.然而，在很多情況下，掌握一些重要參數相對變化的信息就足以幫助人們對腐蝕發展趨勢作出合理的評價.

確定監測系統的類型和所要研究的參數，應考慮以下因素：①結構的重要性（靜力學，美學，使用性能等）；②產生腐蝕的原因（氯離子，碳化等）；③結構所有者是否愿意安裝監測系統，以及所需成本.需要說明的是，鋼筋混凝土結構腐蝕監測的有效信息十分有限，尤其是考查修補辦法的耐久性時，情況更是如此.

2.2 監測技術的類型

在線監測就是把傳感器裝置植入混凝土結構中，對需要的參數進行連續監測.在較短的時間間隔（幾分鐘內），且有規律的重復的情況下，可將短期內和長期內各參數的變化全部監測到.

2.3 未來的信息資源和建議

腐蝕監測是鋼筋混凝土結構耐久性方面研究的重要課題之一，所以關于腐蝕監測的文獻數量很多.在腐蝕檢測中，要做到認真、仔細檢查.做好準備工作，在任何一項工作中，都不得馬虎，要認真對待.腐蝕監測是一項復雜的工作，未來的發展不可預測，要做好也是要一定的技術含量.

3 混凝土組成對鋼筋腐蝕的影響

3.1 抗碳化性能

混凝土的孔結構依賴于混凝土的組成和養護條件.混凝土與環境條件（主要是周圍濕度和溫度）相互作用時，孔結構決定了去鈍化介質（氯離子與二氧化碳）在混凝土中的性能.抵抗介質侵入的能力取決于混凝土的滲透性及其侵入孔隙內介質的結合能力.在許多實際情況下，后續的腐蝕過程則由混凝土電解質電阻率控制，在進行結構損傷劣化預測時，這些性質一般整合成可測的輸入參數.

對于碳化過程，使用粉煤灰和中等摻量的硅灰能提高混凝土的抗碳化性能，而摻用大摻量高爐礦渣的混凝土的抗碳化性能明顯減小.對于抗氯離子滲透性能，使用粉煤灰、硅灰和高爐礦渣能改善混凝土的抗氯離子滲透性能，主要是由于細化了孔隙結構.但是使用摻石灰石的水泥會減小其抗碳化性能和抗氯離子滲透性能.回顧鋼筋抗腐蝕的全過程，使用復合水泥總體來說可改善混凝土內的鋼筋抗腐蝕性能.然而，必須注意，摻粉煤灰和高爐礦渣的水泥需要足夠的養護.此外，也必須考慮其他的破壞機理如凍融或除冰鹽的侵蝕作用，因此此時這些水泥的抗侵蝕能力一般都比較低.

3.2 水膠比的影響

一般而言，水膠比（w/b）增大會引起混凝土孔隙率增大和孔結構粗化.混凝土的碳化阻抗隨著w/b值的增大呈指數關系減小，這種影響對由膠凝材料種類造成碳化性能差的混凝土更為顯著.

4 腐蝕的防護

4.1 混凝土鋼筋防腐蝕的主要原理和方法

混凝土的腐蝕可由以下方面的原因造成：①混凝土保護層的物理損失；②因碳化引起的堿度損失；③促進腐蝕的物質對混凝土的污染；④鄰近電路安裝引入到鋼筋的雜散電流.

混凝土碳化以及伴生的間隙溶液的PH值下降導致鋼筋表面鈍化層的破壞.

4.2 基層處理

修補措施的持久效果與基層的細心處理密切相關.每種基層處理方法的目的都是為了獲得基層（混凝土、砂漿、鋼筋）與所采用的修補材料之間最大的粘結力.

根據具體給定的情況，基層處理追求不同的目標：①涂層與膜層的除去（如油漆、養護膜、污液）；②薄、脆膜層的除去；③混凝土與砂漿的除去；④鋼筋的除銹；⑤清洗.

基層所有的疏松的部分都必須除去.另外，氯離子含量太高或者鋼筋必須暴露時，也必須除去固體物質如舊混凝土.為提高表面粗糙度，基層也應處理從而獲得更大的表面區域，這樣可增強隨后修補層的粘結力.

5 結論與建議

5.1 結論

綜上所述，鋼筋混凝土作為重要的建筑材料已在當今建筑行業中占有舉足輕重的作用.以上就是對鋼筋混凝土結構的腐蝕原理及防護措施的淺析，鋼筋混凝土結構的研究還有很多方面，在對混凝土結構進行修補與維護之前，必須進行狀態評估.

5.2 存在的問題及建議

建筑物的主要承重構件就是鋼筋混凝土結構，鋼筋承受著拉力，混凝土承受著壓力，具有堅固、耐久、防火性能好的優點，但是由于環境與它本身因素的影響，造成很大的損失.鋼筋的腐蝕通常會改變正常配筋混凝土的破壞類型.

在建筑修建過程中，鋼筋混凝土占著重要的承載荷載的作用，在中國甚至是在全世界的建筑建設中都占著舉足輕重的作用.所以對于鋼筋混凝土結構的腐蝕要更加的重視，目前并沒有找到一種合理的解決措施，所以對于腐蝕現象，只能長時間的養護和保養，多觀測環境與溫度的變化.

不銹鋼是用來防止早期破壞，不銹鋼比普通黑色、鍍鋅或環氧涂層鋼筋具有更好的抗腐蝕性.盡管材料成本較高，但它們可以作為保護高腐蝕風險的混凝土構件的適當的附加措施.對于碳化過程中，建議使用粉煤灰和中等摻量的硅灰能提高混凝土的抗碳化性能.

提高混凝土質量，增大混凝土保護層的厚度是到目前為止最經濟的保護措施，但這些措施并不總是夠用.而有關環氧樹脂涂層鋼筋的實際應用經驗得到了矛盾的結果.對阻誘劑的應用也一樣.

[1]高瓊英.建筑材料[M].第二版.武漢：武漢理工大學出版社，2009.

[2]王志清.混凝土結構與砌體結構[M].北京：冶金工業出版社，2010.

[3]張譽.混凝土結構耐久性概論[J].上海：上?？茖W技術出版社，2003.

[4]漢斯·博尼.鋼筋混凝土結構的腐蝕[M].北京：機械工業出版社，2009.

[5]王振武，張偉.混凝土結構[C].上海：科學出版社，2010.

[6]金菊順，莊新玲.混凝土結構的基本原理[M].武漢：武漢理工大學出版社,2009.

[7]湖南大學，天津大學，同濟大學,等.建筑材料[M].第四版.北京：中國建筑工業出版社，2001.

責任編輯：張隆輝

TU755

A

1672-2094(2013)05-0150-03

2013-08-12

陳文建（1970-），男，四川蓬溪人，四川職業技術學院建筑與環境工程系副教授，碩士.研究方向：建筑工程.季秋媛（1986-），女，上海市人，四川職業技術學院建筑與環境工程系助教.研究方向：建筑工程.