钢筋锈蚀对混凝土结构的影响

陈鑫

摘要：钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性的主要病害之一，所以防止钢筋锈蚀对提高混凝土耐久性尤为重要。本文阐述了混凝土中钢筋锈蚀的原理及造成的严重影响，并提出了防止钢筋锈蚀相应措施，希望对相关工程具有一定借鉴意义。

关键词：混凝土结构；钢筋锈蚀；原理与影响；措施

中图分类号： TU37文献标识码： A

引言

结构腐蚀是影响混凝土结构耐久性、可靠性的至关重要的因素。钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的耐久性和安全性影响极大。混凝土结构中钢筋锈蚀源于在多种因素作用下(如碳化、氯离子侵蚀等)，钢筋原先在碱性介质中生成的钝化膜被渐渐破坏而失去保护作用，导致锈蚀生成的铁锈，其体积是被腐蚀掉的金属体积大3-4倍，使混凝土保护层沿钢筋纵向开裂。钢筋锈蚀引起的裂缝一旦产生，钢筋锈蚀速度将大大加快，结构构件的承载力与可靠性劣化的速度大大加快，有的甚至发展到钢筋锈断，危及结构的安全。1991年在法国召开的第二届混凝土耐久性国际学术会议上，美国加州大学Mehta教授的主题报告“混凝土耐久性50年进展”中提出，目前钢筋锈蚀已经成为钢筋混凝土构件破坏的最主要的原因。基于此，对钢筋锈蚀对混凝土的影响研究势在必行[1-2]。

1 腐蚀原理与影响

钢筋锈蚀的原因有两个方面[3]：一是钢筋保护层的碳化，其碳化的原因是混凝土不密实，抗渗性能不足。硬化的混凝土，由于水泥水化，生成氢氧化钙，故显碱性，pH值＞12，此时钢筋表面生成一层稳定、致密、钝化的保护膜，使钢筋不生锈。当不密实的混凝土置于空气中或含CO2环境中时，由于CO2的侵入，混凝土中的氢氧化钙与CO2反应，生成碳酸钙等物质，其碱性逐渐降低，当混凝土的pH值＜12时，钢筋的钝化膜就不稳定，当pH值＜11.5时，钢筋的钝化保护膜就遭破坏，钢筋的锈蚀便开始进行；二是氯离子的含量。据有关试验证明，即便是pH值较高的溶液(如pH值＞13)，只要有4～6mg/L的氯离子含量，就足可以破坏钢筋的钝化膜，使钢筋失去钝化，在水和氧气的作用下导致钢筋锈蚀。

资料表明，钢筋锈蚀引起钢筋混凝土结构的过早破坏已成为世界各国普遍关注的一大灾害。混凝土中钢筋锈蚀的影响因素有：混凝土的密实度、混凝土保护层厚度、混凝土碳化、环境湿度、氯离子侵入等。在这些因素中，混凝土保护层的碳化和氯离子侵入是造成钢筋锈蚀的主要原因。钢筋锈蚀主要对混凝土结构造成影响存在以下几方面：

（一）钢筋腐蚀对结构受力的影响

在钢筋混凝土结构内，钢筋受到周围混凝土的保护，一般不腐蚀，但当保护层破坏或保护层厚度不足时，钢筋在一定条件下将产生腐蚀。总的说来，由于钢筋与混凝土交界面上钢筋锈胀力的存在，导致混凝土产生顺筋裂缝，甚至使混凝土保护层剥落，使构件截面有效面积减小，更重要的是使钢筋与混凝土间粘接性能退化；同时由于钢筋锈损，其截面面积减小，延性降低,力学性能退化，使结构或构件受到不同程度的损伤。混凝土中钢筋锈蚀会使构件的承载力下降，使结构的性能劣化。

（二）钢筋锈蚀对混凝土粘结性能的影响

钢筋与混凝土之间形成的铁锈层，削弱了变形钢筋与混凝土的胶结作用；铁锈的膨胀将导致混凝土开裂，降低了混凝土对钢筋的约束作用；钢筋变形肋锈蚀使变形钢筋与混凝土之间失去了机械咬合作用。

(1)混凝土中钢筋锈蚀的产物是一种结构疏松的氧化物，它在钢筋与混凝土之间形成一层疏松隔离层，明显地改变了钢筋与混凝土的接触表面，从而降低了钢筋与混凝土之间的粘结作用。

(2)钢筋的锈蚀产物比锈蚀前钢材占据的体积更大，从而对包围在钢筋周围的混凝土产生径向膨胀力，当径向膨胀力达到一定程度时，会引起混凝土的开裂。混凝土开裂导致混凝土对钢筋的约束作用减弱。

(3)变形钢筋锈蚀后，钢筋变形肋将逐渐退化。在钢筋锈蚀较严重的情况下，变形肋在混凝土之间的机械咬合作用基本消失，其结果是导致钢筋与混凝土之间的粘结性能退化。

2 改善措施

（1）增加保护层厚度。《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)在构造规定中，对设计使用年限为50年的结构受力钢筋的混凝土最小保护层厚度有明确规定；例如：在室内正常环境中，混凝土强度等级在C25-C45之间的板、墙、壳，混凝土最小保护层厚度为15毫米；梁为25毫米；柱为30毫米。保证必需的保护层厚度。增加混凝土保护层厚度可显著地推迟腐蚀因子渗透到钢筋表面的时间，也可提高对钢筋锈蚀膨胀的抵抗力。混凝土碳化达到钢筋表面的时间与保护层厚度的平方成正比。增大保护层厚度能有效地推迟碳化时间。

（2）控制混凝土拌和物中的氯离子含量。某些化学离子（如C1－）对钝化膜有特殊的破坏作用。它们在钢筋保护层不被碳化或中性化的情况下也可以破坏钢筋钝化膜，发生锈蚀现象。氯离子是这一类离子中最常遇到的。氯离子半径很小，穿透力强，很容易吸附在钢筋阳极区的钝化膜上，取代钝化膜中氧离子，使钢筋起保护作用的氢氧化铁变为无保护作用的氯化铁。由于氯离子到达钢筋表面的不均匀性，特别是氯离子作用在钢筋局部区域时，则局部区域为阳极，形成了大阴极小阳极的腐蚀。因此必须严格控制氯离子的总量，即应对混凝土拌和物中的氯盐含量加以控制。 拌合混凝土时只允许使用清水。禁止使用盐来为混凝土路面除冰。

（3）提高混凝土密实性。提高混凝土的密实性，减少内部微细孔函隙和毛细管通首是加强钢筋防腐蚀能力的最根本途径。首先要严格控制水灰比。施工时就要均匀振捣，严格控制振捣时间“防止偏振和漏振”还要认真加以养护。这样才能保证保护层的密实，并使水泥浆完全覆盖住钢筋以形成一层有效的隔离层，同时还要注意合理的混凝土骨料级配。

（4）加强养护与防止开裂。如混凝土早期养护不好，水泥得不到正常水化，会降低混凝土的密实度，继而影响耐久性。所以一定要加强混凝土的早期湿润养护，时间不得少于14d，以保证水泥正常水化，增加密实度，提高抗渗性防止结构开裂。

3 结论

随着建设工程规模的越来越大，人们对耐久性的关注程度越来越高，耐久性已经成为混凝土结构的重要指标。钢筋锈蚀是混凝土工程耐久性的主要病害之一，所以防止钢筋锈蚀对提高混凝土耐久性尤为重要。本文论述了混凝土中钢筋锈蚀的原因及造成的严重危害，并提出了防止钢筋锈蚀相应措施，为减少危害、提高混凝土的耐久性提供了重要研究依据，希望对相关工程具有一定借鉴意义。

参考文献：

[1] 覃维祖.混凝土的收缩开裂及其评价与防治[J]. 混凝土,2001(1)

[2] 满传军. 钢筋锈蚀对混凝土结构耐久性的影响[J]. 山西建筑,2008(27)

[3] 李淮江. 浅析钢筋锈蚀对混凝土结构的影响[J]. 科技风,2010,(14)