浅析钢筋混凝土的腐蚀

陶俊凯　石俊峰

摘 要 钢筋混凝土作为一种结构材料，广泛地应用在桥梁、建筑物、高架桥、堤坝、海底隧道和大型海洋平台等结构中。实际情况表明，钢筋混凝土的腐蚀情况越来越严重，研究钢筋混凝土的腐蚀显得尤为重要。本文论述了钢筋混凝土腐蚀的基本过程及其影响因素。

关键词 钢筋混凝土 腐蚀过程 影响因素

中图分类号：TU528 文献标识码：A

0引言

钢筋混凝土结构具有材料来源容易、价格低廉、坚固耐用等特点，它已成为现代生活中最普遍的建筑结构。钢筋混凝土是以硅酸盐水泥的水化物作为粘结剂，并结合一定级配的骨粒如碎石和钢筋而制成的一种复合材料。通常条件下，钢筋在混凝土的高碱性环境中呈现钝态而不受腐蚀，但是随着建筑物老化和环境污染的加重，目前钢筋混凝土结构的腐蚀已成为一个世界性的严重问题。因此，钢筋混凝土腐蚀破坏问题已引起国内外的重视，目前正积极开展这方面的工程调查及科学研究工作。

1钢筋混凝土的腐蚀过程

钢筋混凝土的腐蚀过程大致可分为两类：一类是由于混凝土受到腐蚀性介质的作用，混凝土被腐蚀，失去了对钢筋正常保护，在腐蚀性介质的作用下遭受腐蚀直至丧失承载能力；另一类是混凝土虽未遭受明显的腐蚀，但由于混凝土保护层的中性化或其它原因使混凝土中的钢筋遭受腐蚀，而钢筋表面的锈蚀产物的体积为生锈前的1.5—2倍，对混凝土保护层产生相当大的应力，从而导致混凝土产生沿钢筋方向的裂缝，裂缝的产生更加剧了钢筋的腐蚀，如此循环直至结构遭到破坏。

1.1混凝土的腐蚀

（1）化学溶蚀

化学溶蚀即腐蚀介质与混凝土相互作用生成可溶性化合物或无胶结性能产物的过程，它有以下几种形式：

第一种：酸的溶蚀。强无机酸如硫酸、盐酸、硝酸与混凝土中游离的氢氧化钙、铝酸三钙、硅酸二钙反应生成水溶性的钙盐、铝盐、硅胶。混凝土与有机酸如乳酸、油酸的反应较慢，腐蚀较小。另外，各种酸性气体如氯气、氯化氢、二氧化硫、二氧化氮等遇到水蒸气冷却后，会形成相应的盐酸、硫酸、硝酸腐蚀性液体，包括平时说的酸雨对建筑物的腐蚀，本质上都属于酸的溶蚀。

第二种：碱的溶蚀。碱对混凝土的腐蚀较轻，但混凝土中的铝酸盐能与Na0H反应生成可溶性的铝酸氢钙，对混凝土有腐蚀作用，所以要求耐碱混凝土中的氧化铝含量要小于3%，而要求硅酸三钙和硅酸二钙含量要高，因为其耐碱性能很强。最耐碱混凝土材料为氧化铁含量7%—8%，氧化铝含量2%—3%的铁矿混凝土。

（2）膨胀腐蚀

介质与混凝土中的氢氧化钙发生化学反应，生成体积膨胀的新生成物，因而在混凝土中产生内应力，使混凝土结构遭到破坏；或盐溶液渗入混凝土的空隙中积聚尔后脱水结晶，结晶水化物体积膨胀，同样也产生内应力而使混凝土结构破坏。以上两种现象通称膨胀腐蚀。盐类对混凝土的破坏主要属于膨胀腐蚀。

1.2钢筋在特殊条件下的电化学腐蚀

通常在浇注的混凝土中的毛细孔隙里含有大量的氢氧化钙饱和水溶液，其pH值在12以上。在上述环境中钢筋处于钝态，不会发生腐蚀。

钢筋在混凝土中的腐蚀过程一般通过两条途径进行：一是混凝土与腐蚀性介质作用，使其中的氢氧化钙减少，造成其碱度的降低，即所谓“混凝土的中性化”。当其碱度降低到pH值小于10时，钢筋表面的钝化膜遭到破坏，钢筋恢复了活性状态，在水分、氧或腐蚀介质的作用下，钢筋便开始受到腐蚀而生锈，而铁锈的体积是原来的铁体积的1.5—2倍，产生的膨胀力高达30MPa，从而造成混凝土保护层沿钢筋开裂，这就是“先蚀后裂”。

另一条途径是由于构件受载荷后产生裂缝或混凝土本身的一些缺陷，使腐蚀介质通过裂缝或缺陷渗入到混凝土内部，使裂缝或缺陷处的混凝土迅速中性化，从而导致钢筋的腐蚀，即通常所谓的“先裂后蚀”。

2影响混凝土中钢筋腐蚀的因素

2.1钢筋自身的影响

钢筋的不均匀性，将会导致存在电位差，从而有可能形成腐蚀电池。这些不一致性有可能是由于其化学组成不同，晶格结构上的差异，钝化膜的不连续，受力程度不同，或由于表面被盐类等污染程度不同等造成。

2.2混凝土和环境介质

（1）氯化物的影响

氯化物是破坏钢筋混凝土中钢筋的最主要因素。氯离子能加速钢筋锈蚀，已在大量工程实践中得到证实。

氯离子主要是通过扩散过程进入混凝土而到达钢筋表面的，其扩散过程与周围介质中氯离子浓度、混凝土的渗透性有关，也受到混凝土的毛细孔结构及孔隙被水饱和程度等因素的影响。

（2）混凝土碳化的影响

碳化作用是通过破坏混凝土保护层而使钢筋发生腐蚀的。碳化作用不但可以降低混凝上的原始碱度，而且还会导致混凝土粉化，使之失效，失去其对钢筋的保护作用。同时碳化作用还能使更多的自由氯离子从只有在高pH值才能稳定的氯化铝酸盐中释放出来，使得孔隙液中氯离子浓度增加，这样就使得钢筋腐蚀速度增加并在氯化物较小量时就发生腐蚀。

（3）氧气和水的影响

钢筋表面的钝化膜被破坏之后，就需要持续地供给氧气，以维持阴极反应，因而钢筋被腐蚀先决条件是所接触水中含有溶解态的氧。含氧量和混凝土的电阻控制腐蚀反应的速度，而混凝土的电阻值大小又直接受制于混凝土中含水量的多少。

一般情况下，混凝土中的钢筋由于在表面形成钝化膜而不同于大气或土壤中的钢筋，水含量对腐蚀速率的影响不很大。但当有氯化物存在或混凝土发生碳化作用而使钢筋发生腐蚀时，腐蚀区域的PHJ值降低，以至于与大气或土壤中的钢腐蚀相类似，此时腐蚀速率与混凝土的水含量有很大关系。当湿度逐渐提高时，混凝土的孔隙中充满水，当金属表面都被水溶液浸润时，腐蚀速度达到最大值，混凝土的电阻达到最低值，此时腐蚀速率的控制过程主要受氧的扩散控制。若混凝土密实性好，渗透性低，则可抑制氧气和水分的进入，从而防止钢筋锈蚀。