鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕原理的研究

竇超

摘要：目前鋼筋混凝土是各類建設工程中最常見的建筑主體結構，其在使用中結合了兩種材料的使用優點，使工程整體結構更加穩定。目前在此種結構中最常見的問題就是鋼筋的腐蝕，而造成其腐蝕的因素較多且原理各不相同，以下則以此角度來探索其腐蝕的原理，并結合鋼筋混凝土的使用環境、情況、用途等方面提出具體可采用的防范措施，從而延長整個鋼混結構的使用壽命及使用的安全性、穩定性。

關鍵詞：鋼筋混凝土 鋼筋腐蝕 原理

根據鋼筋砼的配比及實際結構來看，其主要是通過將鋼筋以網、板、纖維的形式融入砼中來提高砼的整體強度，從而改善結構原有的力學性質，由于兩種材料在實際中膨脹系數之間相差不大，因此可以制成兩種材料聯合使用的混合物。同時鋼筋與砼之間的粘合力決定了整個結構的穩固性，但是在鋼筋發生腐蝕情況時其內部粘合力會下降，致使其出現開裂等現象，嚴重時還會導致結構出現變形的情況。

一、基本概況

混凝土作為一種膠凝材料在使用中通常呈堿性，其與鋼筋混用的時候會在鋼筋外部形成一層保護膜，在相對溫度、濕度、氣體結構都處于恒定時，鋼筋砼結構的使用較為穩定。但是現今氣候環境較為復雜，再加上混凝土其結構特質就屬于多孔類材料，因此在使用中外部的各類物質可能會穿過這些孔隙與鋼筋發生反應，從而影響鋼筋砼結構的應力性質，在腐蝕部位出現局部變形，并且鋼筋腐蝕反應的范圍會在時間作用下不斷擴大推移，致使建筑物主體結構出現變形、開裂的情況。目前在鋼筋發生腐蝕情況的主要影響因素有H2O、CL-、SO42-等，以下通過電化學反應、化學反應等方式探討鋼筋砼中鋼筋的腐蝕原理。

二、鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕問題解析

（一）對于氯鹽在混凝土中的作用

為了保證鋼筋混凝土的使用效果，在進行混凝土的配制時會在其中添加一定量的氯化鈣進行防凍及早強，從而使砼快速的提高強度。而在制作鋼筋砼的結構體時，氯化鈣與鋼筋會產生一定的接觸，氯的離子式為CL-，屬于陰離子，其會與鋼筋產生電解從而使鋼筋中的鐵出現氧化還原反應，此時的電化學反應為原電池反應，同時需要注意的是此時鋼筋表面陽性電子必須屬于活性電子且氯化鈣分解成氯離子及鈣離子才會產生反應。由于氯鹽屬于早強劑，因此其在使用中會加快砼的干縮速度，從而產生裂縫，擴大鋼筋與空氣及水分接觸的面積。

（二）不密實或存在裂縫給混凝土帶來的影響

在砼的配制過程中最重要的一項就是其水灰比的確定，水灰比直接影響砼后續使用效果，若是在密度的確定及搗實的過程中操作不到位將會使砼體出現裂縫漏筋的情況，而空氣中的水分或是具有腐蝕性的物質會與鋼筋直接進行接觸，造成氧化鐵保護層受到破壞，露出筋體，致使鋼筋腐蝕。

（三）“碳化”過程給混凝土帶來的損傷

在“碳化”的過程中其主要是由H2O2與砼中的堿產生化學反應，從而使混凝土結構的PH值不斷的下降，在PH值下降到11以下后堿的活性會提高，因此會加速與H2O2的反應，形成酸性物質，并且在混凝土的空隙中其碳酸物質的形成會加速鋼筋腐蝕情況，長時間作用下形成惡性的“碳化”循環，其可以稱為碳酸化反應。

三、鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕原理

（一）電化學腐蝕

在鋼筋的表面上排列著極多的原電池，而電化學腐蝕的發生主要是帶有陰極的分子或是離子與鋼筋表面的陽極原電池接觸，產生電子流動情況，其在表面的反應帶走了鋼筋中的Fe，出現銹蝕情況。同時在發生反應的過程中，鋼筋表面的電子必定處于一種較為活躍的狀態從而可以與陰極產生電化學作用。

根據鋼筋砼使用特點來看，若是其發生反應需要有兩種條件，氧氣及水，具體為在共軛陰極的作用下出現氧化還原反應而造成鋼筋出現腐蝕溶解。因此可以得出在濕度及氣溫較高的條件下更易發生電化學腐蝕反應。

（二）化學腐蝕

根據鋼筋的分子結構可以看出在實際使用中其與受酸、堿、鹽發生反應，但是由于鋼筋會在混凝土堿性特質的作用下形成特殊的保護膜，起到保護的作用，因此堿在砼中與鋼筋發生反應的程度較小，可以忽略不計，最主要的化學腐蝕因素為酸與鹽所造成的。

（三）應力腐蝕

鋼筋的電化學腐蝕以及應力復合作用的結構就稱為應力腐蝕。影響鋼筋的應力腐蝕的主要因素包括：鋼筋的應力水平、腐蝕介質、鋼筋的材料情況。由于鋼筋受到化學腐蝕等原因，造成了鋼筋表面形成大小不一，分布分散的腐蝕坑，這些腐蝕坑會在鋼筋受到拉力時引起應力分布不均勻，導致應力集中而引起鋼筋的早期斷裂。

四、防范措施

（一）常規的做法

首先，需要精準的制定砼的水灰比，并做好搗實工作，盡量減少混凝土結構中存在的孔隙，減少外界介質與鋼筋接觸的渠道；其次，為避免氯離子破壞鋼筋的氧化鐵保護層盡量減少含有氯離子早強劑的使用；最后，為了增強鋼筋砼結構的穩固性可在其外部涂一層具有防腐性質的保護層，從而使鋼筋砼結構表面可以形成密封性的涂層，從而避免H2O2與堿之間的反應及水分、空氣等侵蝕性物質的進入。

（二）一般性的防范措施

在發生電化學反應的過程中陰極電子會帶走鋼筋表面的陽極電子，因此可以采用陰極保護法進行解決。陰極保護法的原理是給鋼筋增加一個負向電流，從而使其電極電位負移，就是使鋼筋表面的氯離子超過能夠使鋼筋脫鈍的一個臨界值，這就有效抑制了電化學腐蝕的過程，使鋼筋不容易發生銹蝕。通常有如下兩種做法：第一，陽極犧牲法；第二，外加電流陰極保護法。陽極犧牲的方法是采用電化學上比鋼還要活潑的，也就是電位更負的金屬來作為陽極，由腐蝕本身來提供自由電子，從而對鋼筋實施陰極保護。

五、結語

由于鋼筋腐蝕的原理較為復雜，因此在防范中應結合其產生的腐蝕反應進行措施的選擇。而在鋼筋砼結構的使用中，鋼筋的腐蝕反應需要有氧氣及水分的參與才會產生，若是只在恒定的干燥環境中其出現腐蝕的幾率極低。因此在對腐蝕問題進行防治時要結合現有的技術降低混凝土中水分的含量及氧氣的活躍度，從而使鋼筋的腐蝕速度可以有效降低。

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（作者單位：長春新星宇房地產開發有限責任公司）