刍议混凝土中钢筋的腐蚀与防护措施

沈训锦

摘要：建筑工程中钢筋混凝土施工技术得到了广泛的应用，然而以钢筋混凝土结构为主的基础设施的耐久性问题，是当今世界的一大难题。受到环境的影响，混凝土中钢筋的腐蚀问题逐渐受到了业界的重视。如何防护提高建筑的耐久性已成为建筑行业一个正待解决的问题。文章主要简要分析钢筋混凝土中腐蚀并结合实践工作经验提出自己的一些看法。

关键词：混凝土；钢筋；腐蚀；防护

一、腐蚀的危害

加筋混凝土和预应力混凝土过早破坏的原因很多，其中钢筋腐蚀是一个极其重要的原因，对混凝土的危害很大。研究发现，钢筋发生腐蚀后生成的产物体积可增大1倍以上。这种体积膨胀可以使钢筋周围的混凝土因受到很高的局部拉应力而產生开裂，而裂缝又进一步为腐蚀性介质的渗入提供了通道，促进了钢筋腐蚀的加速进行。另一方面，钢筋腐蚀后与混凝土的粘结遭到破坏，失去了正常的增强作用，从而使混凝土结构的承载能力显著下降。

二、钢筋腐蚀的原因

混凝土孔隙中总是存在部分水分，尤其是与海水、河水接触的钢筋混凝土结构及车间地面，混凝土中的水分甚至达到饱和。正是这些孔隙水的存在，使钢筋混凝土中埋置的钢筋处于一种类似于电解质溶液的环境中，因此，钢筋腐蚀主要属于电化学腐蚀的范畴。

混凝土在水泥的水化过程中一般呈现高碱性的特征（pH>12以上），从而在钢筋表面产生了一层钝化保护膜。如果这层保护膜能完全覆盖钢筋表面并能长期保持完好，则钢筋是不易发生腐蚀的。但是，如果钢筋保护膜的钝化条件遭到破坏，混凝土中的钢筋就将发生腐蚀。以下就几种钢筋腐蚀的影响因素分别进行讨论。

1、大气中CO2的作用

空气中含有大量的CO2气体，尤其是在工业区，空气中的CO2含量更高。当CO2渗入混凝土后，与混凝土中的Ca（OH）2结合生成CaCO3，而饱和CaCO3溶液的pH=9。据报道，当pH<11.5时，钢筋就不能保持钝态。因此，混凝土的高碱性被酸性气体中和，是造成钢筋钝态破坏的重要原因之一。在这一变化过程中，结构的边角部位会先于其他部位产生裂纹，并不断向钢筋扩散。

2、氧与水的作用

饱和了水的混凝土并不一定造成钢筋的腐蚀，因为在这种碱性环境中，腐蚀的阴极反应主要是氧分子的还原，氧分子穿过混凝土层到达钢筋表面只能靠扩散过程，如果混凝土很密实，渗透性很低，氧的扩散是十分困难的。倘若混凝土存在缝隙，则水和氧的进入便很容易，在溶有氧的水的侵蚀下，与混凝土的缝隙相接和粘结不良处的钢筋将成为腐蚀电池的阳极，而钢筋的其余部位成为腐蚀电池的阴极，氧主要承担阴极去极化作用，水起电解质的作用，使钢筋的腐蚀速度加快。腐蚀产物会造成较大的体积膨胀，并沿混凝土主筋方向出现开裂，使上述反应过程加速进行。

3、氯离子的影响

Cl-离子是一种很强的活化剂，它可透过混凝土到达钢筋表面，破坏钝化膜而导致活化腐蚀。美国联邦公路局的调查表明，当混凝土中的Cl-离子浓度达到1.18kg/m3时，就足以促进钢筋的活化腐蚀。

氯化物引起的腐蚀有两种侵入途径。一种是施工浇注时掺入的，二是在凝结硬化后通过外界扩散渗入的，其侵蚀是一个简单的吸入过程，通过混凝土内的微孔通道，靠毛细管的虹吸作用向混凝土内部传输。一旦发生氯化物侵蚀是很难进行补救的，在建设新的建筑物或构筑物时，应对其地下腐蚀性进行分析判断，以便预先采取必要的防护措施。

三、钢筋混凝土结构的防护对策

1、混凝土的防护

钢筋混凝土结构的腐蚀破坏，总是先从外界有害介质对混凝土的腐蚀开始，继而发展到钢筋受腐蚀而导致结构破坏。混凝土结构的好坏与钢筋腐蚀有着极为密切的关系。因此，控制混凝土质量、建造优质混凝土结构，是防止混凝土中钢筋腐蚀的有效方法。主要有以下控制措施：

（1）选择优质水泥、骨料等材料，并适当提高水泥的强度等级或增加水泥用量。

（2）控制合理的水灰比，以提高混凝土的密实度。

混凝土是一种多孔性材料，气相介质主要是通过孔隙渗入到混凝土内部进行腐蚀的，而高密实度的混凝土的渗透性很低，能阻止腐蚀性介质的渗入。在无裂缝的情况下，水泥石的渗透性取决于水灰比和水泥的水化程度，水灰比越低，水泥的水化程度越高，其密实度越高。提高水泥石的密实度，使其腐蚀仅限于构件表面，则会大大提高构件的耐蚀性。

（3）应尽量避免使用CaC2l掺合剂，如果必须添加CaC2l，其用量应保持最低，最好同时使用防锈剂。对于预应力混凝土及高湿度环境中的混凝土，则不允许使用CaC2l掺合剂。

（4）加厚混凝土保护层。混凝土保护层厚度与和钢筋尺寸之间有确定的关系，世界各国都制定了这方面的标准，但在设计中常因为强调节省材料和减轻质量而采用了较小的厚度，这种做法是错误的。

（5）钢筋排列应考虑有利于控制裂缝，钢筋不能太密集，以免造成施工时填充混凝土困难而留下孔洞和孔隙。

（6）混凝土的浇注、修整、养护等各个环节都应精心施工，严格控制质量。要尽量采用浇水养护，以促进混凝土的水化反应，防止干缩开裂。

2、钢筋的防护

（1）在混凝土表面覆盖不透水的薄膜，如使用液体状的马蒂脂或薄膜片，将混凝土与外界环境隔离是一种有效的方法。为保护薄膜免于损坏，可在不透性薄膜表面再覆盖一层沥青混凝土。

另一种方法是在混凝土结构表面覆盖一层用乳胶改性的水泥灰浆。添加到混凝土灰浆中的乳胶封闭了微观裂缝和孔隙，形成了不透性的灰浆覆盖层。此外，在混凝土结构表面涂刷油漆层，也有一定的保护效果。

（2）钢筋涂层保护

钢筋表面涂层包括金属镀层和非金属涂层。金属镀层主要是镀锌层，非金属涂层以环氧树脂最为有效。钢筋表面镀锌不仅起到与环境隔离的作用，而且还具有阴极保护的作用，这是应用最多的金属镀层，已有多年的历史。

非金属涂层的作用在于将钢筋与环境隔离。试验结果表明，环氧树脂涂层有良好的耐腐蚀性能，能够保护钢筋不受腐蚀。相比较而言，以静电涂覆的粉末环氧树脂比液态环氧树脂具有更好的综合性能，它们在混凝土中有一定的结合强度和蠕变性能，保护层可以维持50年以上。自1973年以来，美国已有几百座桥面推广使用了环氧树脂涂覆钢筋。

（3）缓蚀剂

缓蚀剂主要用于含氯盐的环境中，例如亚硝酸钙就是一种有效的缓蚀剂。试验表明，在混凝土中加入2%～4%亚硝酸钙（按水泥质量计）的试件，在饱和氯化钠溶液中浸泡90d，其钢筋腐蚀率比未加缓蚀剂的试件至少降低15倍，目前这一技术已在一些建筑工地得到了应用。

（4）阴极保护

阴极保护的原理是利用外加直流电源（或牺牲阳极———锌块）使被保护设备成为腐蚀电池的阴极，从而使其受到保护，抑制腐蚀。这是一种有效的防护方法，有牺牲阳极和外加电流两种应用方式，而以外加电流的方式较多，已成功地用于地下混凝土管道、公路桥梁、海上钻井平台等。

参考文献：

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