淺談鋼筋銹蝕的危害與防治

陳瑞明

【摘要】鋼筋混凝土在現代建筑工程中大量使用，在滿足結構承載力要求時混凝土耐久性同樣不容忽視。鋼筋銹蝕是影響混凝土結構耐久性最主要的因素，造成混凝土性能劣化、鋼筋銹蝕、鋼筋與混凝土之間粘結退化，導致鋼筋混凝土結構耐久性降低而提前發生破壞。本文通過對鋼筋銹蝕的介紹，來探討鋼筋銹蝕的主要機理、危害及防治對策。

【關鍵詞】鋼筋銹蝕；銹蝕機理；危害；預防措施

引言

隨著鋼筋混凝土被廣泛的應用于工程的各個領域，混凝土結構的耐久性隨之成為人們的高度重視和普遍關心的問題，而混凝土結構中的鋼筋銹蝕是影響混凝土結構耐久性的重要因素之一，所以鋼筋銹蝕問題在工程界引起了高度重視。對于一些重大工程如大型鋼筋混凝土橋梁、大壩、高層建筑等設計使用年限超過百年的工程，其必須滿足耐久性要求，對鋼筋的抗銹蝕能力也提出更高的要求。

1、鋼筋銹蝕的機理

混凝土內水泥水化后會在鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜，故在正常情況下鋼筋不會銹燭，但當外界環境中的有害介質侵入至鋼筋表面致使鈍化膜遭到破壞，并且存在足夠水和氧氣的條件下，鋼筋會電化學腐燭。自然狀態下的鐵基體具有還原為氧化鐵（與鐵基體相比，氧化鐵處于低能量狀態）的銹蝕趨向。但是優質混凝土結構中的鋼筋是不易發生銹蝕的，這是因為混凝土孔溶液中的高堿性（PH值為 12～13），會使鋼筋表面形成一層致密的 膜。該層膜可阻止鋼筋進行陽極反應，通常被稱為鋼筋鈍化膜，原因是緊密吸附在鋼筋表面

膜具有極強的抗銹蝕能力能使鋼筋由電化學上的活化態轉變為鈍化態。

在無雜散電流的環境中，造成鋼筋鈍化膜破壞有兩方面的可能因素：（1）混凝土碳化使鋼筋處的pH值降低；（2）足夠濃度的氯離子侵入到鋼筋表面。氯離子侵燭的機理：氯離子是很強的去鈍劑，當 到達鋼筋表面并聚集到一定的程度時，可以使鋼筋表面的pH值迅速降低，從而破壞鈍化膜。脫鈍后，混凝土內鋼筋處于活化狀態，在水和氧氣充足的條件下，鋼筋發生電化學繡燭。一方面，氯離子破壞純化膜使鋼筋發生繡燭；另一方面，在高減性狀態下，鋼筋表面重新生產鈍化膜以保護鋼筋，因此決定鋼筋是否繡燭的關鍵因素是 比值。通常認為氯離子對鋼筋銹燭的加速作用主要表現在以下幾個方面：（1）破壞鋼筋表面的鈍化膜；（2）由于鋼筋表面氣離子濃度的不均勾性造成鋼筋各點的電位差，加速鋼筋銹燭；（3）在鋼筋的銹燭過程中，起到構成電流回路的作用。綜合上述說法，其作用機理可以簡單描述為：

從這個反應式可以看出：氣離子量隨著反應的進行沒有任何減少，但是混凝土中的鋼筋轉化為鐵離子，雖然反應過程中有 產生，但其濃度仍不足以產生新的鈍化膜。這表明在氧氣和水分子充足的情況下，一旦混凝土內侵入氯離子使得鋼筋發生誘燭，若不采取措施加以抑制，鋼筋將持續銹燭至混凝土保護層開裂，結構失效。

2、鋼筋銹蝕的危害

鋼筋銹蝕通常表現在混凝土表面沿受力鋼筋方向出現裂縫，并帶有銹斑。這種裂縫表明，膨脹的鐵銹足以使混凝土開裂。鋼筋銹蝕不僅能削減截面面積，使構件承載能力下降，還會降低鋼筋與混凝土的握裹力，影響兩者共同工作的性能。同時，由于鋼筋銹蝕后體積膨脹，造成混凝土保護層破裂，甚至脫落，從而降低了結構的受力性能和耐久性能，嚴重的甚至影響結構的安全性能。

鋼筋繡燭是導致鋼筋混凝土結構耐久性下降的一個主要原因，對結構可靠性、使用壽命等均有較大的影響。鋼筋繡燭導致鋼筋截面積減少，同時由于銹燭的不均勻性使得鋼筋的了抗拉強度大打折扣，而且鋼筋銹燭后，降低了鋼筋與混凝土之間的粘結力，使得結構承載力下降。所以，鋼筋銹燭是鋼筋混凝土結構和構件

耐久性研究中的重要課題，其危害性遠超過人們的預計現有研究表明，鋼筋繡燭后其銹燭產物的體積將增大2～6倍。鋼筋體積膨脹使混凝土環向產生拉應力，當拉應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土開裂。如任其發展，混凝土開裂后周圍環境介質中的有害化學物將更容易侵入到混凝土內部與鋼筋反應，加劇混凝土的開裂程度，形成惡性循環，最終導致混凝土保護層剝落，結構破壞。國內外研究表明，由于鋼筋銹燭而導致混凝土結構破壞的案例屢見不鮮，涉及到多個工程領域，給國家的經濟和人民財產安全造成了巨大的損失。由于我國海岸線長為1.8萬公里，島嶼海岸線長達1.4 萬公里。在1994 年統計報告顯示，病害鐵路橋梁共6137座，其中鋼筋混凝土橋梁 2675 座；2003年底，危險等級橋梁10443座，計378439延米；在北方，受除冰鹽影響，鋼筋銹蝕嚴重，1997年，北京市市政工程設計研究總院調查發現，北京城市立交橋梁普遍受到鋼筋銹蝕影響，其中北京西直門立交橋投入使用僅19 年就由于鋼筋銹蝕嚴重，于兩年之后重建。2009 年，根據廣州橋梁耐久性論壇的資料報道，我國一般民用建筑的平均壽命約為35年左右，工業廠房建筑的平均壽命為25年左右。

3、鋼筋銹蝕的預防措施

針對鋼筋銹蝕產生的原因，保證混凝土的高堿度和防止有害離子的人侵便是預防鋼筋銹蝕的基本出發點，提高混凝土自身的防護能力便是最基本的措施，但在特別惡劣的腐蝕環境下，還應采取特別措施：

（1）、提高混凝土自身的防護能力提高混凝土自身的防護能力主要靠提高混凝土的密實性，降低有害離子人侵和減緩堿度損失。施工時應選擇優質材料，嚴格把好材質、水灰比、水泥用量、夕肋口劑的種類及摻量、混凝振搗和養護等關鍵工序，確保混凝土的密實度，必要時可適當士勤口保護層厚度。需要強調的是，混凝土中氯鹽類外加劑的應用應慎重，禁止使用氯鹽的結構，絕對不能使用。

（2）、外涂隔離層這種方法能夠提高混凝土防水性及耐久性，隔離腐蝕環境可延緩碳化速度，起到保護混凝土的作用。施工時，首先應清除混凝土表面附著物，用水沖洗后令其充分干燥，在構件外表涂抹砂漿或絕緣層，如瀝青漆、環氧樹脂涂料等進行防腐。

（3）、特種鋼筋在混凝土中使用耐腐蝕鋼筋、鍍鋅鋼筋和環氧涂層鋼筋，能有效地隔離滲人混凝土內的有害離子與鋼筋接觸，從而保護鋼筋不受銹蝕。

（4）、鋼筋阻銹劑在混凝土中加人鋼筋阻銹劑，阻止有害離子對鋼筋造成銹蝕或減緩其銹蝕速度。

4、結語

本文詳細的介紹了在服役中的鋼筋混凝土結構由于自然環境和自身裂縫等原因導致鋼筋銹蝕，闡述了鋼筋銹蝕的產生機理、對建筑物的危害以及其預防生銹的措施。國內外的學者對鋼筋銹蝕的研究已進行了很長時間，同是也取得了許多有價值的可以運用于工程實踐的科研成果，做出了卓越的貢獻。但是，隨著世界工業化進程的不斷推進，人類面臨鋼筋銹蝕這一問題越來越嚴重，給世界各國帶來了極其嚴重的經濟損失，然而現有的研究理論還不能完全徹底的解決這一問題，需要各國的專家和學者繼續進行深入的研究和探索。

參考文獻

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