鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕原理的研究

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1 基本概況

鋼筋混凝土的組成材料為混凝土和鋼筋，該物質(zhì)結(jié)構(gòu)同時(shí)具備了鋼筋和混凝土強(qiáng)度高、韌性好的功能，同時(shí)充分發(fā)揮了這兩種物質(zhì)的之間結(jié)合所具有的較好粘結(jié)力，不僅如此，鋼筋和混凝土的溫度線膨脹系數(shù)也十分接近，基于這些優(yōu)點(diǎn)，鋼筋混凝土已經(jīng)成為了現(xiàn)代土木結(jié)構(gòu)的主體。但是，伴隨著混凝土中鋼筋的腐蝕，會(huì)造成這項(xiàng)粘結(jié)力的改變，這一改變會(huì)隨著受重力的變化使得鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)遭到破壞，嚴(yán)重的會(huì)引起結(jié)構(gòu)的坍塌。由此可見(jiàn)，鋼筋的腐蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最重要的因素，鋼筋的腐蝕問(wèn)題不容忽視。

2 鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕問(wèn)題解析

以下從兩個(gè)方面分析鋼筋腐蝕，一是由于電極反應(yīng)交換電流而造成的腐蝕。鋼鐵在酸性溶液中的溶解就屬于這一類。另外就是由擴(kuò)散速度控制的腐蝕過(guò)程。鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕大多就屬于這種情況。混凝土中鋼筋的腐蝕大多屬于金屬電化學(xué)腐蝕，發(fā)生這種腐蝕主要有以下兩種情況:第一，鋼筋表面的一層氧化鐵保護(hù)膜被破壞，鋼筋失去了保護(hù)層;第二，腐蝕過(guò)程中有水和氧氣的參與。具體的表現(xiàn)如下。

2.1 對(duì)于氯鹽在混凝土中的作用

使用氯鹽作為早強(qiáng)防凍劑的歷史很長(zhǎng)，至今仍然有些工程在使用。在混凝土中摻入一定量的氯鹽，能夠有效的提高混凝土早期強(qiáng)度。一般采用的氯鹽是氯化鈣，由于氯化鈣分子結(jié)構(gòu)是鈣離子和氯離子，氯離子在一定的情況下會(huì)破壞鋼筋保護(hù)膜氧化鐵，從而導(dǎo)致導(dǎo)致鋼筋形成腐蝕層。此外，所使用氯化鈣的量過(guò)多，會(huì)使混凝土的干縮度加快，容易形成干縮裂縫。另外氯鹽具有一定的吸濕性，這就更加速了鋼筋的腐蝕過(guò)程。

2.2 不密實(shí)或存在裂縫給混凝土帶來(lái)的影響

導(dǎo)致鋼筋腐蝕最重要的原因就是混凝土的密實(shí)度不夠以及構(gòu)件上產(chǎn)生的裂縫。如果水泥的配比量不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致水灰比不達(dá)標(biāo)，同時(shí)在澆筑混凝土的過(guò)程中再振搗不實(shí)，就會(huì)導(dǎo)致露筋和裂縫的產(chǎn)生，這就給侵蝕性介質(zhì)創(chuàng)造了滲透的機(jī)會(huì)，加速了鋼筋的腐蝕。

2.3 “碳化”過(guò)程給混凝土帶來(lái)的損傷

“碳化”是混凝土表層的氫氧化鈣堿性溶液對(duì)空氣中的二氧化碳進(jìn)行不斷的吸收，最后生成碳化鈣的現(xiàn)象或者碳化的結(jié)果，這個(gè)過(guò)程中混凝土的PH 值不斷的下降，并且不斷地向內(nèi)部深化。

2.4 應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象

應(yīng)力作用所產(chǎn)生的腐蝕，會(huì)給鋼筋表面的氧化鐵保護(hù)膜造成破壞性作用，從而使的裂縫活化，且導(dǎo)致陽(yáng)極形成表面腐蝕。而且鋼筋具有較高的拉應(yīng)力以及高強(qiáng)鋼筋具有的低變形性能，應(yīng)力和腐蝕同時(shí)作用，不斷加快了裂縫的加劇，使鋼筋在看不到明顯腐蝕的情況下突然發(fā)生斷裂。

3 鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕原理

3.1 電化學(xué)腐蝕

鋼筋腐蝕的主要形式就是電化學(xué)腐蝕。但是要形成電化學(xué)腐蝕必須要具備以下兩個(gè)條件:第一，鋼筋表面要形成電位差。也就是說(shuō)，在鋼筋表面的不同電位區(qū)分別形成陽(yáng)極和陰極;第二，鋼筋表面形成的陰極的部位必須處于活化的狀態(tài)，能夠釋放一定量的自由電子，并且在陰極部位的鋼筋表面必須要存在足夠的氧氣和水，由此可見(jiàn)，在潮濕的環(huán)境下，鋼筋就能夠發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而遭受腐蝕。因?yàn)殇摻罡g的產(chǎn)物體積不斷地增大，而這些腐蝕產(chǎn)物又幾乎不具有強(qiáng)度，所以很大程度上削弱了混凝土之間的握裹，并且使有效截面大大減小了。

3.2 化學(xué)腐蝕

鋼筋的化學(xué)腐蝕主要包括了:堿腐蝕、酸腐蝕、鹽腐蝕。而鋼筋的化學(xué)腐蝕的主要形式是酸腐蝕。

3.3 應(yīng)力腐蝕

鋼筋的電化學(xué)腐蝕以及應(yīng)力復(fù)合作用的結(jié)構(gòu)就稱為應(yīng)力腐蝕。影響鋼筋的應(yīng)力腐蝕的主要因素包括:鋼筋的應(yīng)力水平、腐蝕介質(zhì)、鋼筋的材料情況。由于鋼筋受到化學(xué)腐蝕等原因，造成了鋼筋表面形成大小不一，分布分散的腐蝕坑，這些腐蝕坑會(huì)在鋼筋受到拉力時(shí)引起應(yīng)力分布不均勻，導(dǎo)致應(yīng)力集中而引起鋼筋的早期斷裂。對(duì)于高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋來(lái)說(shuō)，應(yīng)力腐蝕帶來(lái)的危害尤其嚴(yán)重。

4 防范措施

最常規(guī)的做法有:一，從材料自身出發(fā):首先增加混凝土的密實(shí)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(guò)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(xiǎn)緩蝕劑、且提高鋼筋的保護(hù)層厚度等;二，從外部環(huán)境來(lái)采取防護(hù)措施:涂覆有機(jī)混凝土專用防腐涂料、粘貼樹(shù)枝玻璃鋼、采用陰極保護(hù)系統(tǒng)等。

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

目前所應(yīng)用最為廣泛的是外加電流陰極保護(hù)法。通過(guò)將直流電源與難溶性陽(yáng)極接通，發(fā)射保護(hù)電流，然后使負(fù)極與被保護(hù)的鋼筋相連接，陽(yáng)極和鋼筋處于連續(xù)的電解質(zhì)中，這樣能夠使鋼筋的全部表面都能夠均勻并且充分地接受電子，從而實(shí)現(xiàn)鋼筋的陰極保護(hù)。外加電流陰極保護(hù)法成功的基本因素就是陽(yáng)極的布置方式，因?yàn)樗軌蚴闺娏魍ㄟ^(guò)整個(gè)結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程對(duì)于高阻率的混凝土介質(zhì)來(lái)說(shuō)是十分重要的。

從目前的技術(shù)條件來(lái)看，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕的檢測(cè)方法主要有破損發(fā)和非破損法(渦流探測(cè)法、電阻棒法、交流阻抗譜法、聲發(fā)射探測(cè)法自然電位法、恒電量法、線性極化法等);而對(duì)于混凝土中鋼筋的修復(fù)技術(shù)主要有電化學(xué)氯化物萃取技術(shù)、補(bǔ)丁法以及再堿化技術(shù)等。在實(shí)際的工程建設(shè)中，必須要針對(duì)具體的情況來(lái)選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法和修復(fù)技術(shù)，可以采用單一的檢測(cè)方法和修復(fù)技術(shù)，也可以將多種檢測(cè)方法和修復(fù)技術(shù)進(jìn)行綜合的利用。

5 總結(jié)

在建筑工程項(xiàng)目的質(zhì)量管理越來(lái)越嚴(yán)格的今天，鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕問(wèn)題也越來(lái)越引起人們的高度重視，因此，還需要通過(guò)不斷地改進(jìn)和完善鋼筋的腐蝕防護(hù)技術(shù)以及檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)，深入了解鋼筋發(fā)生腐蝕的機(jī)理，才能夠針對(duì)性地采取相關(guān)的防范措施，這是保證工程建設(shè)質(zhì)量的基本要求和必要前提。

［1］陳合成，葛倍華.鋼筋混凝土的腐蝕與防護(hù)［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2003，20(6):10 -13.

［2］許清風(fēng)，張晉.應(yīng)關(guān)注混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕問(wèn)題初探［J］.四川建筑科學(xué)研究，2005.