城市建筑鋼材的銹蝕與防護

付 坤

（云南元強經貿有限公司，云南 昆明 650000）

根據住建部門的統計，近十年來，我國城鎮地區建筑鋼材使用量大幅增加，在深層次滿足鋼材建筑需求的基礎上，也導致了各種鋼筋銹蝕等問題的出現，給城市鋼材建筑帶來了很大困擾。從全國范圍內來看，鋼材建筑在不斷增多，非常著名的有鳥巢等，而且鋼材建筑與民用建筑工程也有了非常深入的結合。隨著人們對于質量、安全等要求的不斷提高，對于建筑鋼材結構的可靠性及耐久性都提出了更高的要求。在建筑鋼結構當中，設計人員將更多的精力用到了結構設計理念與方法上，突出了建筑結構對地震等的防范應對，沒有對鋼材銹蝕給予應有的重視，沒有將銹蝕與結構抗震性能的弱化相聯系。同時，鋼材結構對于空氣當當中的水分等防范能力較為有限，長時間處于被侵蝕的狀態，這些都增加了建筑鋼材銹蝕的規模與程度。研究發現，鋼材銹蝕不僅會削弱鋼結構構件截面的基本性能，而且還會導致鋼材力學性能指標的持續性衰減，這樣整體鋼材建筑的可靠性就會大打折扣。所有，對城鎮建筑鋼材銹蝕與防護進行有效研究具有非常重要的意義。

1 鋼筋銹蝕的危害

在建筑鋼材投入使用后，受到水分等的持續性作用，混凝土當中的鋼筋銹蝕問題會逐步顯現出來。研究發現，對于直接暴露在自然環境尤其是潮濕等惡劣環境中的鋼材，會受到更為嚴重的侵蝕。以往，曾經發生多多起建筑工程傾斜、坍塌等的事故，仔細分析原因，不難發現，這些都與鋼筋銹蝕存在著直接或者間接性的聯系，在鋼筋被大面積的侵蝕后，會讓混凝土結構性能出現一定的裂化與破壞，這種損害主要表現在以下幾個方面：首先，由于銹蝕面積的增大，截面積會明顯減少，對于鋼筋自身力學性能的維持不利。從以往的一些試驗分析，如果鋼筋表面的截面積實際損失達到了5%～10%，會嚴重影響鋼筋的延伸率、屈服強度等，如果截面積損失超過了10%，但是腐蝕強度小于60%，會對鋼筋力學指標構成嚴重的影響。例如，在鋼筋截面積損失率達到了1.2%、2.4%和5%的時候，與之相對應的鋼筋混凝土板表現出的承載力會直接下降8%、17%、和25%，在鋼筋截面積損失率達到甚至超過60%的時候，鋼筋構件的基本作用就接近于0。再次，在鋼筋出現了銹蝕，鋼筋與混凝土的結合強度會不斷下降，這樣鋼筋受到的拉伸強度就不能向混凝土進行有效的傳遞。再次，鋼筋在持續銹蝕作用下，會產生大量的腐蝕產物，這些腐蝕產物的體積超過了基體體積2倍～4倍，隨著時間的推移，會導致大量的腐蝕產物在鋼筋與混凝土之間聚集，這樣混凝土最終會受到更大的擠壓力作用，受到這種擠壓力的持續性作用，混凝土保護層所體現出的拉應力會明顯的增大，在達到一定的極限情況下，會導致起鼓、開裂等現象的出現。在混凝土的保護層受到了一定程度破壞后，會對鋼筋和混凝土之間的結合強度構成直接的影響，有的甚至會出現結合強度為0的情況，這對于結構物的有效使用不利，也容易導致建筑物整體層面的損壞，建筑工程其原有的價值目標就難以實現，實際造成的經濟損失也是無法挽回的[1]。所以，對于鋼筋銹蝕的危害性，一定要給予足夠的重視，切實將其與社會安全、人民群眾根本利益維護結合起來，這樣才能確保當前不斷增多的城市鋼材建筑工程的安全，減少各類鋼材建筑安全事故的發生。

2 鋼筋銹蝕的原因分析

在全球化的進程中，使用鋼筋進行施工建設的建筑工程數量非常多，鋼材銹蝕也是一個世界性的問題，無論是國內還是國外，圍繞著鋼材銹蝕的研究逐步增多，相繼形成了各種類型的研究成果。結合大量的研究，導致鋼筋銹蝕的原因可以歸結為兩個方面：首先，是鋼筋保護層出現了一定程度的碳化，導致這種碳化情況出現的原因非常多，混凝土密實度不夠是最為重要的影響因素，降低了基本的抗滲性。如果混凝土出現了較為嚴重的碳化，水泥水化，就會導致大量氫氧化鈣的產生，pH值＞12，這樣在鋼材的表面就會出現一層保護膜，這層保護膜具有非常強的穩定性、致密性。但是，當這種密實度不夠的混凝土被放置到空間等當中的時候，會受到二氧化碳持續的作用影響，二氧化碳就會和混凝土當中的氫氧化鈣產生反應，生成碳酸鈣等物質，這樣堿性會不斷的降低，這就是混凝土的碳化。在混凝土PH值＜12的時候，鋼筋自身的鈍化膜就表面出了一定的活潑性，而在pH值＜n.5的時候，鋼筋表面原有的鈍化膜會被嚴重的損壞，這種情況下鋼筋的銹蝕就開始出現了。二是氯離子的含量，結合大量的試驗發現，如果PH值較高，例如超過了13，這種情況下如果氯離子的含量是4mg/L～6mg/L，也會對鋼筋的鈍化膜構成嚴重的破壞，鋼筋表面的鈍化性會一步步降低，受到氧氣與水分等的持續作用，就會不斷出現鋼筋銹蝕的情況。

3 鋼筋銹蝕的防護措施

研究發現，導致鋼筋出現不同程度銹蝕因素主要集中在自然環境的濕度、溫度、侵蝕介質、鋼材的質量等方面上，導致鋼材出現銹蝕的原因較為復雜。理論上，一般將鋼材腐蝕分成為兩個種類：化學腐蝕和電化學腐。所以，在防范鋼材出現腐蝕情況上，需要對鋼材自身的易腐蝕性進行有效防控，將可能對鋼材形成侵蝕的介質因素予以有效防范，并且對鋼材表面的電化學過程做到有效改變，這是防范鋼筋銹蝕的三個重要方面。

3.1 采用耐候鋼

所謂耐候鋼就是在低合金鋼與碳素鋼當中放入一定量的銅、鉻、鎳、鉬等合金元素而制成。這種類型的鋼材在自然大氣環境中可以形成一種成效性非常好的保護層，具有非常強的保護作用，在滿足鋼材的高質量焊接上也有著重要作用。從強度級別上看，耐候鋼和低合金鋼等是相同的，相應的技術指標也具有明顯的相似性，但是在抗腐蝕性能上卻表現相當突出。

3.2 涂覆保護膜

通過使用涂覆保護膜，可以將鋼材與周圍的環境介質形成有效隔離，可以防范氧化銹蝕反應的發生，也消除了原電池被腐蝕的可能性。例如，在當前常見的有在建筑鋼材上涂刷塑料、防銹涂料等，或者噴鍍鋁等形成專門的保護層。

3.3 電化學防腐

當前，一般將電化學防腐分成為陰極保護與陽極保護兩個種類，這種防腐主要是應用到難以涂抹保護膜的鋼結構上。陰極保護就是在被保護的鋼材表面按照相應的尺寸焊接一塊更為活潑的金屬材料，常見的材質類型有鎂、鋅等，使金屬成為腐蝕電池的陽極被腐蝕，鋼材為陰板得到保護。陽極保護，就是在鋼材周邊設置一定量的難熔金屬，將直流電源從外部與其進行連接，而將負極與被保護的鋼材結構相連接，通電后難熔金屬成為陽極而被腐蝕，鋼材成為陰極得到保護[2]。

3.4 混凝土中鋼筋防腐

在鋼筋混凝土當中，會應用到非常多的鋼筋，在水泥水化過程中會形成數量相當多的氫氧化鈣，PH值會＞12，這是一種非常理想的堿性環境，可以形成良好的鈍化膜，從而對鋼筋進行有效的防腐蝕。但是，隨著混凝土碳化情況的嚴重，PGH值會逐步下降，鋼筋表面原來形成的鈍化膜會被嚴重的損壞，在水分等持續作用下，鋼筋就會出現大面積的電化學腐蝕情況。

3.5 控制保護層厚度

從實際來看，通過使用不銹鋼等進行鋼筋防腐蝕，雖然具有非常好的成效性，但是對于大型的建筑工程，實際成本開支非常大，這往往是難以有效落實的。為此，在實際建筑鋼材應用上，需要對混凝土保護層的基本厚度進行有效控制，從而實現對碳化的有效控制，減緩鋼筋出現腐蝕的速度[3]。

3.6 將高效減水劑摻入到混凝土當中

隨著當前建筑工程越來越復雜，每一個環節當中實際使用到的混凝土數量在不斷增多，對于混凝土性能的控制，是影響鋼筋使用壽命的一個重要影響因素。大量的試驗發現，可以將一定數量的減水劑摻入到混凝土當中，通過減水劑與混凝土發生一定的反應，這樣可以將混凝土當中的水分進行有效的吸收與減少，所使用混凝土的密實度可以得到顯著提升，這樣用到混凝土當中的鋼筋發生銹蝕的可能性會大大減少，從而最大限度延長了鋼筋類型建筑的使用壽命。結合住建部門的相關調查發現，在當前二線以上城市的高層與城高層建筑當中，對于減水劑的使用已經較為普及，在當前建筑工程施工當中，占比超過了60%以上，由此可以看出減水劑對于建筑工程鋼筋防銹蝕的重要性。

3.7 將硅酸鹽水泥或者普通品質的硅酸鹽水泥有效的應用到二氧化碳濃度偏高的地區

結合對工業區、居民區等不同環境區域的試驗發現，工業區周邊及上空大氣當中的二氧化碳含量非常高，高含量的二氧化碳對混凝土當中的鋼筋具有非常強的腐蝕性作用，能夠增加鋼筋與大氣當中的水分等進行反應的可能性。從有效防范鋼筋銹蝕的角度出發，可以在二氧化碳濃度高的工業區采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，這樣可以有效應對高濃度的二氧化碳空氣環境，降低二氧化碳對混凝土鋼筋等的不利影響。

3.8 對應用到建筑工程當中的鋼筋質量進行嚴格把關

在當前形勢下，各地城鎮化發展步伐不斷加快，各種形式的高層、超高層建筑工程不斷增多，實際應用到的鋼筋混凝土數量直線增多，對于滿足便捷高質量建筑工程施工需要具有重要作用，尤其是通過鋼筋的應用，可以縮短施工工期，對于提高建筑工程當中的經濟效益也有著重要作用。但是，通過以往的建筑施工可以看出，鋼筋混凝土對于建筑工程有著非常直接的質量、安全影響。如果在建筑工程施工之前，沒有充分把握鋼筋的質量，選擇了一些存在著銹蝕情況的鋼筋，就會增加鋼筋大面積出現銹蝕的可能性。為此，在建筑工程施工過程中，需要嚴格把握應用到建筑工程當中的鋼筋質量，對于建筑工程而言，需要組織專門的技術人員對鋼筋質量、數量等進行專業把關，確保所選用的鋼筋質量符合建筑工程施工特點及行業基本要求，這樣才能從源頭上對鋼筋出現銹蝕等的可能性進行有效防控。按照國家有關規范規定，明顯銹蝕的鋼筋不宜使用，有浮銹的鋼筋在使用前必須進行除銹處理，這對于保障建筑工程整體質量安全都有著深刻的影響。

4 結語

隨著社會的發展，各地在城市建筑工程上的投入不斷加大，各種類型的建筑工程不斷增多，實際應用到的鋼筋等施工材料越來越多，通過使用鋼筋施工材料，可以提高建筑工程的施工進度，對于保障施工企業的經濟效益也發揮著重要作用。但是，由于鋼筋等施工材料的特殊性，在建筑工程施工及后續竣工使用當中，容易受到自然空氣、水分等的侵蝕影響，鋼筋會出現不同程度的銹蝕情況，從而會嚴重危害到建筑工程的質量安全。所以，本篇文章從城市建筑鋼材的角度切入，對鋼材出現銹蝕的危害進行了分析，介紹了鋼材出現銹蝕的原因，進而對怎樣更好對銹蝕進行防護進行了科學探討，這對于城市現代建筑的保護性應用具有重要意義。