钢筋混凝土中钢筋锈蚀原理的研究

马俊涛　刘晓江

摘 要：钢筋混凝土材料是现在建筑中运用最广泛的材料，然而混凝土中钢筋的锈蚀大大减少的钢筋混凝土材料的寿命，本文对钢筋混凝土材料中钢筋的锈蚀原理做出的详细的说明，并且给出了混凝土中防止钢筋锈蚀的措施，有效保护钢筋。

关键词：混凝土；钢筋；锈蚀

1 引言

混凝土有很强的抗压强度，然而抗拉强度却很低，大约是抗拉强度的0.1倍。钢筋具有很强的抗拉强度，而且与混凝土的温度线膨胀系数十分接近，并且它们之间有很好的粘结作用，钢筋混凝土结构能很好的发挥出这两种材料的性能，因此钢筋混凝土构件广泛应用于现在的工程建筑中。但是钢筋会发生锈蚀，铁锈不具备铁的力学性能，使得所配置钢筋的有效截面减小。而且铁锈相对于铁来说，体积增大了2-6倍，导致混凝土保护层发生开裂破坏，严重的话会导致混凝土保护层发生脱落，从而降低原钢筋混凝土构件的耐久性，造成巨大的经济损失。

2 钢筋混凝土中钢筋锈蚀机理的研究

钢筋的锈蚀是指其表面与周围介质发生化学反应而遭到的破坏过程。混凝土结构中的钢筋锈蚀可分为自然电化学服饰和杂散电流腐蚀，对于预应力混凝土结构，还可能发生应力腐蚀（腐蚀与拉应力作用下钢筋产生晶粒间或跨晶粒断裂现象）或氢脆腐蚀（由于与铁作用或杂散电流阴极腐蚀产生氢原子或氢气的腐蚀现象）。 总的来说钢筋的锈蚀可分为化学锈蚀与电化学锈蚀。

2.1 化学锈蚀

化学锈蚀是指钢材直接与周围的介质发生化学反应生成铁锈的过程。多数是钢材本身与氧气和水反应生成或者的过程。

2.2 电化学锈蚀

电化学锈蚀是钢材发生锈蚀的最主要的形式。它是指由于钢筋和电解质溶液（主要是水）组成原电池而引起的钢筋的锈蚀。潮湿环境中钢筋被一层电解质水所包围，而钢材中含有铁、碳等多种成分，由于这些成分的电极电位不同，从而钢的表面层在电解质溶液中构成也铁素体为负极，以渗碳体为正极的原电池。在负极发生的负极反应

在正极发生正极反应

然后与在正极附近生成不溶于水的，并进一步被氧化成为疏松易剥落的红棕色铁锈。

3 引起混凝土中钢筋发生锈蚀的原因和防护方法

引起钢筋发生锈蚀的原因也很多，如：钢筋本身的组织成分、混凝土的碳化、碱-集料反应、混凝土的氯离子侵蚀等都可以直接或间接的导致钢筋锈蚀或加快钢筋的锈蚀。接下来我来一一说明。

3.1 钢筋本身的组织原因

钢材中含有铁、硅、碳、锰、硫、磷、氧、氮等元素。假设钢筋中的碳元素是均匀分布的，则随着碳元素含量的增加，则钢筋形成原电池的数目也相应的会变多，导致钢筋的锈蚀速度大大加快，因此建筑中一般都选用低钢筋。

3.2 混凝土的碳化

大气中的与水泥石中的碱性物质发生反应，使混凝土的pH值下降的过程称为混凝土的碳化。由于空气中的能与混凝土中的发生反应生成，从而消耗掉，而导致混凝土的pH值下降。在常温，钢材表面能形成起保护作用的氧化膜（FeO）薄层，称为钝化膜，可以防止钢材进一步锈蚀。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，钝化膜对钢筋的保护作用完全破坏。这时钢筋就很容易发生前文所说的电化学锈蚀和化学锈蚀。所以减慢混凝土的碳化可以放慢钢筋锈蚀的速度。减慢混凝土碳化的措施有使用低渗透性混凝土或在混凝土表面使用涂层隔离二氧化碳。

3.3 碱-集料反应

碱-集料反应是指混凝土中的碱活性的集料间发生的膨胀性反应，引起明显的混凝土体积膨胀和开裂。导致空气中的水分和氧气能轻易的进入混凝土中，减弱了混凝土对钢筋的保护作用，使得钢筋直接暴露在空气中，从而加速了钢筋的锈蚀。因此如果能避免混凝土碱-集料反应则可以有效的减少钢筋的锈蚀。预防碱-集料反应的措施有采用低碱水泥、避免使用活性集料、摻用引气剂以及减少水灰比及掺加火山灰质混合材料。

3.4 混凝土的氯离子侵蚀

氯离子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，是氧化膜局部溶解并遭受到破坏，形成坑蚀现象 。从而在有电解质溶液的情况下形成原电池，使得钢筋发生电化学锈蚀。沿海混凝土结构及海洋工程混凝土结构容易受到氯离子的侵蚀。因此如要减缓氯离子的侵蚀，能采取的措施是增加钢筋混凝土结构的保护层厚度。

4 结语

本文主要讲述的是在钢筋混凝土制作阶段的钢筋的防锈蚀措施。随着钢筋混凝土在人类生活中被广泛使用，如何预防钢筋的锈蚀将成为人类的关注点。做好钢筋的防锈蚀，将使人们节省大量的维修费用和增加钢筋混凝土构件的耐久性，我相信在未来会有更加方便和有效的方法来预防钢筋混凝土的锈蚀。

参考文献

[1] 郑娟荣.土木工程材料[M].北京：化学工业出版社，2014 . 81，124

[2] 郝志超.钢筋混凝土锈蚀机理研究[J]. 城市建设理论研究，2013，05