淺談混凝土結構中鋼筋銹蝕的機理及其影響因素論文
淺談混凝土結構中鋼筋銹蝕的機理及其影響因素
姬河江，張坤，張紅霞
(洛陽市通升筑路有限公司，河南洛陽 471000)
內容摘要：近年來，隨著我國基礎設施建設規模的不斷擴大，鋼筋混凝土結構的建筑物也越來越多，而鋼筋混凝土結構中鋼筋銹蝕已成為鋼筋混凝土結構破壞的首要因素，研究混凝土結構中鋼筋銹蝕的機理及其影響因素，對于保護鋼筋混凝土結構免遭破壞、延長鋼筋混凝土結構的使用性命、促進我國基礎設施建設步伐有重要意義。
關鍵詞：混凝土結構;鋼筋銹蝕;機理;因素 中圖分類號：TB21 文獻標識碼：A
一、混凝土中鋼筋銹蝕的原因
(一)在施工方面對鋼筋保護層厚度重視不夠，造成鋼筋保護層厚度不足�！痘炷两Y構設計規范》( GB50010-2002)在構造規定中，對設計使用年限為50年的結構受力鋼筋的混凝土最小保護層厚度有明確規定;只有包裹在鋼筋外邊的混凝土不小于規定的厚度，50年后鋼筋才開始銹蝕。如果保護層厚度不足，里面的鋼筋就會提前銹蝕。
(二)施工材料的不正常使用。建國十周年的十大建筑屬于特級建筑，應該使用100年以上不會有問題，但在使用了50年左右翻新時發現，其中的有些25mm的鋼筋銹得只有10mm了，承載力和原來相比相差甚遠。問題主要就是施工材料的使用，當時冬季施工要在混凝土中加入了很多鹽，以保證混凝土不凍，這樣就可以加快施工進度，這種方法非常腐蝕鋼筋，因此極大的影響了建筑物的使用壽命。
(三)鋼筋混凝土中裂縫的影響。一般認為混凝土只要達到設計強度等級的要求就可以了，對混凝土存在的開裂卻認識不足。混凝土是非勻質材料，在空氣中永遠呈收縮變形。有些施工單位為保護混凝土的強度，盲目加大水泥的用量;使用水化熱較大的水泥配制大體積混凝土為保證混凝土的流動性，在施工過程中隨意加水或選用不合適的外加劑和摻合料;混凝土澆筑后的養護跟不上或根本不注意混凝土的養護等等，都是造成混凝土開裂的原因，混凝土裂縫的產生，就等于減小了鋼筋保護層厚度，如果裂縫深度超過了保護層的厚度，就意味著鋼筋從此就已經開始銹蝕了。�！�
二、混凝土中鋼筋銹蝕的機理
根據金屬腐蝕的機理不同，可以分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩大類。通常情況下，電化學腐蝕比化學腐蝕速度快得多，也更為普遍，因而其危害性也更大�；炷两Y構中鋼筋的腐蝕主要是鐵與電解質之間的相互作用，屬于電化學腐蝕，因而混凝土結構的鋼筋銹蝕可以認為是電化學反應過程。
(一)電化學反應的發生必須具備以下四個基本條件：1.鋼筋表面具有電化學不均勻性，即區分為電位較負的陽極區(A)和電位較正的陰極區(K)，它們之間具有電位差(△V)。2.在陽極區與陰極區之間，電解質溶液的電阻R較小。3.在陽極區，鋼筋表面處于活化狀態，鋼筋易進行氧化反應，即鐵離子轉化為Fe2+，同時放出自由電子e，也就是陽極極化PA較小。4.在陰極區，鋼筋表面上的電解質具有足夠的氧化劑(通常是水和氧)，它們可與來自陽極區的自由電子e反應成氫氧根離子OH-即氧的還原反應，也就是陰極極化PK較小。
(二)鋼筋的電化學腐蝕反應方程式可表示如下：陰極區：2Fe_+2Fe2+ +4e陽極反應(鐵溶解并放出電子) (2.1)陽極區：02+2H0+4e-X40H-陰極反應(消耗電子和氧還原)(2.2)總的反應式：2Fe+0，+2H20-÷2Fe( OH)， (2.3)2Fe( OH)，+l/202+H20-+2Fe( OH)，(褐紅色鐵銹) (2.4)表述鋼筋電化學反應腐蝕速率I與這四個條件的關系式為：12△V/R+PA+PK (2.5)大量研究資料表明：一般情況下，混凝土呈高堿性，PH值約在13左右。而在這種高堿性環境中，由于電化學作用，鋼筋表面形成一層非常致密的、約2×l0-8mm厚的Fe30。-Fe20，(尖晶石固溶體)的薄膜。這層薄膜牢牢地吸附于鋼筋表面上，抑制了陽極反應的進行。我們稱這層膜為鈍化膜。只有當鋼筋表面的鈍化膜破壞時，存在有氧化和水分的情況下，鋼筋才會進一步發生銹蝕，這一過程稱之為去鈍化。
三、混凝土鋼筋銹蝕的.影響因素
(一)溫、濕度對鋼筋銹蝕影響。相對濕度對混凝土中鋼筋銹蝕有雙重作用：一方面影響混凝土中氧氣的擴散速度;另一方面則影響混凝土的電導率。混凝土的濕度大時，其自由水含量高，對空氣的滲透性低，碳化慢，完全飽和的混凝土不可能碳化，但是完全干燥(相對濕度不大于25%)的混凝土一般也不會碳化：大多數鋼筋混凝土結構構件處于干燥環境下，服役幾十年也不會發生鋼筋銹蝕。而當結構構件處于濕度較大的環境下，尤其是處于干濕交替的環境或漏雨、滲水的部位，鋼筋銹蝕一般較快：
(二)混凝土的密實度及保護層厚度的影響：混凝土對鋼筋的保護作用主要體現為：一是混凝土的高堿性使鋼筋表面形成鈍化膜;二是保護層對外界腐蝕介質、氧氣及水分等滲入的阻止作用。后一種作用主要取決于混凝土密實度及保護層的厚度。而水灰比及養護條件對混凝土的密實度有很大的影響，因此水灰比愈大，鋼筋的銹蝕程度就愈重�；炷帘Ｗo層厚度也是影響鋼筋銹蝕的一個重要因素。在相同的環境下，保護層越厚，保護層完全碳化的時間越長，鋼筋的銹蝕程度越輕。
(三)混凝土液相pH值的影響�；炷林袖摻畋砻驸g化膜的穩定性主要取決于周圍混凝土的pH值，因此鋼筋銹蝕速度與混凝土液相的pH值有密切關系。當pH>10時，鋼筋的銹蝕速度很小，而當pH<4時，則銹蝕速度急劇增加。由于混凝土碳化后pH值降低，因而隨著碳化深度的增加，鋼筋的銹蝕率相應增加。
(四)混凝土中Cl一含量的影響。混凝土中C1。含量對鋼筋的影響極大。C1一侵蝕是因為Cl。是很強的去鈍化劑，當C1‘進入混凝土到達鋼筋表面，聚集到一定程度時，可以使鋼筋表面的pH值迅速降低，從而破壞鋼筋表面的鈍化膜。當外界滲入的氯鹽量達混凝土重量的0.1%-0.2%時即能引起鋼筋的銹蝕。
(五)裂縫對鋼筋銹蝕的影響。裂縫及其寬度對鋼筋銹蝕是有影響的，而且裂縫寬度不同其影響程度也不同。首先，裂縫加快了銹蝕的發生。裂縫寬度對鋼筋銹蝕影響較大，因為鋼筋失去鈍化時間取決于裂縫的寬度，然而銹蝕一旦開始，其影響程度大大降低。這時，銹蝕速度取決于未開裂處混凝土保護層的質量和滲透性，混凝土保護層的質量越好，滲透性越小，氧氣及水分的供給量也越少，銹蝕速度越慢，隨著碳化進程的深入，毛細孔將逐漸被堵塞，使混凝土滲透性逐步降低，銹蝕速度也隨之下降。
參考文獻：
[1]羅向榮.混凝土結構
[2]王春阻建筑材料
[3]董衛華.鋼結構
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