钢筋锈蚀对混凝土耐久性的影响原理研究

时间：2015-12-20 23:49:38 所属分类：金属学与金属工艺 浏览量:

摘 要：通过列举钢筋锈蚀对混凝土结构造成的危害，明确了钢筋锈蚀研究的必要性。综合阐述了钢筋锈蚀的发生条件以及其对混凝土耐久性影响的作用机理，为混凝土结构耐久性措施的改进，提供了理论基

摘　要：通过列举钢筋锈蚀对混凝土结构造成的危害，明确了钢筋锈蚀研究的必要性。综合阐述了钢筋锈蚀的发生条件以及其对混凝土耐久性影响的作用机理，为混凝土结构耐久性措施的改进，提供了理论基础。

关键词： 钢筋锈蚀，耐久性,影响原理
1.钢筋锈蚀对混凝土结构造成的危害
　　我国幅员辽阔，气候地质条件差异很大，某些地区环境污染相当严重，给建筑物造成的影响和侵害很大。据估计，我国1999年底一年内由腐蚀造成的损失约在1800～3600亿元之间，其中钢筋腐蚀约占其中的40%。2003 年出版的《中国腐蚀调查报告》一书表明，我国年腐蚀损失约为5000亿元（600亿美元）占GDP的6%。
　　新建建筑物的设计离不开耐久性研究，否则可能会给建筑物在将来的使用阶段留有安全性和耐久性隐患。在役建筑物的加固改造也离不开耐久性研究，否则就没有可靠的设计、施工和维护方法进行加固改造。
　　2.钢筋锈蚀对混凝土产生的破坏状况
　　钢筋锈蚀使混凝土的结构遭到严重破坏，造成了巨大的直接和间接的经济损失。据2007年出版的有关文献记载，大量调查结果表明。自然环境中钢筋混凝土结构由于钢筋腐蚀造成破坏的情况遍及海港工程、水利工程、公路与桥梁、公共和民用建筑等各种设施。
　　在海港工程中，历年来，我国对沿海港口破坏情况调查表明，海港工程结构破坏现象十分普遍和严重，一般使用数十余年处于浪溅区的上层结构就因钢筋锈蚀而开裂；钢筋锈蚀愿意主要是氯盐侵蚀而引起的。如20世纪60年代南京水利科学研究院调查的华南、华东地区27座海港钢筋混凝土结构中，70%因钢筋腐蚀而导致结构破坏；1985年对连云港第一和第二码头混凝土上部结构调查也发现，具有不同程度的钢筋锈蚀破坏的纵梁分别占58%和84%，主筋截面最大损失率达24%。
　　在水利工程中，据不完全统计，我国病险水利工程约占工程总量的50%，钢筋锈蚀是水利工程的主要病害之一，沿海水利工程钢筋锈蚀主要是氯盐污染引起的。如1964年-1987年据江苏省水科所许冠绍等对61座挡潮闸进行耐久性调查，发现钢筋腐蚀导致上部结构破坏的占87%，其中严重破坏的占54%，主筋界面损失率达40%;1988年对40座内陆地区但水闸的调查表明，因混凝土碳化引起的钢筋锈蚀而导致62%的上部结构破坏。
　　在公路和桥梁工程中，随着我国高速公路和城市立交桥的大量建设，钢筋腐蚀引起的桥梁破坏问题已经显露出来，受氯盐污染的沿海地区、盐渍土地区和广大撤除冰盐地区的高速公路桥和市政桥梁破坏已十分严重，并已成为一个非常突然的灾害性问题。
　　在公共、民用建筑工程，由于在建造时，掺加了氯盐防冻剂或使用海砂，建成不久就出现钢筋腐蚀破坏问题。如1985年建造的西安某教学楼，由于加氯盐作为防冻剂，梁、柱等混凝土构件中钢筋腐蚀严重，不得不在次年进行加固修复；深圳和舟山的某些建筑，由于滥用海砂，尚未使用就已发生钢筋锈蚀破坏。
　　3.混凝土中钢筋腐蚀的条件
　　钢筋未被腐蚀的混凝土是呈高碱性的，其pH值一般在12.5左右，当混凝土中含有少量的Na2O、K2O时，pH值可能会大于13。在高碱性环境中，钢筋很容易发生氧化作用，表面生成一层很薄的氧化膜。其厚度为 ，主要成分为水化氧化物nFe2O3?mH2O。它是一种致密、稳定的共格结构，水和氧气不能渗透过去，使混凝土中钢筋处于钝化状态，能够有效阻止混凝土中钢筋的锈蚀，因此被称为钝化膜。混凝土中钢筋锈蚀只有在这层钝化膜遭到破坏的情况下才可能实现。钢筋表面钝化膜破坏的原因有两个：一是混凝土中性化；二是足够浓度的游离Cl－扩散到钢筋表面。当钝化膜发生破坏后，混凝土中钢筋锈蚀是一个电化学过程。
　　3.1 混凝土中性化作用
　　碳化使混凝土孔溶液中的Ca(OH)2含量逐渐减少，pH值逐渐降低，当pH值下降到11.5 左右时，钝化膜不再稳定；当pH值降至9～10时，钝化膜的作用完全被破坏，钢筋处于脱钝状态，锈蚀就有条件发生了。一般大气环境下混凝土中性化的过程非常缓慢，视保护层厚度等因素不同，一般要数年甚至数十年才能达到钢筋表面。由于部分碳化区的存在，钢筋经历了从钝化状态经逐步脱钝转化为完全脱钝状态的过程。
　　3.2 Cl－作用
　　当钢筋表面的混凝土孔溶液中的游离Cl－浓度超过一定值时，即使在碱度较高，pH值大于11.5时，Cl－也能破坏钝化膜，从而使钢筋发生锈蚀。因为Cl－的半径小，活性大，溶液吸附在位错区，晶界区等氧化膜有缺陷的地方。Cl－有很强的穿透氧化膜的能力，在氧化物内层（铁与氧化物界面）形成易溶的FeCl2，使氧化膜局部溶解，形成坑蚀现象。如果Cl－在钢筋表面分布比较均匀，这种坑蚀现象便会广泛地发生，点蚀坑扩大、合并，发生大面积的腐蚀。
　　3.3混凝土中钢筋锈蚀的电化学机理
　　混凝土中钢筋锈蚀的发生必须具备三个条件：
　　(1) 钢筋表面存在电位差，构成腐蚀电池；
　　(2) 钢筋表面钝化膜遭到破还，处于活化状态；
　　(3) 钢筋表面有电化学反应和离子扩散所需的水和氧气。
4.钢筋锈蚀的防御措施
　　通过大量的调查研究证明，钢筋锈蚀的原因正是由于混凝土保护层的碳化和氯离子的侵入而造成的，为了防止钢筋锈蚀，必须防止混凝土的碳化或减慢碳化速度和防止氯离子的侵入。
　　4.1 混凝土碳化是由于混凝土抗渗性能不足引起的，所以为防止碳化，必须提高混凝土的抗渗性。其方法有
　　降低水灰比。混凝土是由水泥、粗、细骨料和水拌制而成，根据水泥完全水化的理论，需水量只有水泥重量的25%左右，但在拌制混凝土时，为了获得必要的流动性，满足施工要求，常用较多的水，即较大的水灰比。当混凝土硬化后，多余的水就会蒸发掉，形成毛细孔。用水量越大，水泥水化后留下的毛细孔越多，渗透系数也越大。所以在拌制混凝土时，在满足设计要求和施工要求的情况下，尽量降低水灰比，减少用水量，增加密实度，提稿混凝土的抗渗性。
　　掺加外剂。一是掺引气型的减水剂，一方面使混凝土内部产生均匀、稳定、互不连通的微小气泡，阻止液体的渗透。另一方面也大大减少混凝土的用水量，增加混凝土的密实度，提稿抗渗性；二是掺抗渗剂，掺抗渗剂在混凝土内形成胶体洛合物，填充、堵塞了混凝土内部的毛细孔缝，从而增加混凝土的密实度，增加抗渗性；三是掺膨胀剂，通过掺膨胀剂发生化学反应，使混凝土产生膨胀，在外地约束下，增加混凝土的

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