城市建筑钢材的锈蚀与防护

付 坤

（云南元强经贸有限公司，云南 昆明 650000）

根据住建部门的统计，近十年来，我国城镇地区建筑钢材使用量大幅增加，在深层次满足钢材建筑需求的基础上，也导致了各种钢筋锈蚀等问题的出现，给城市钢材建筑带来了很大困扰。从全国范围内来看，钢材建筑在不断增多，非常著名的有鸟巢等，而且钢材建筑与民用建筑工程也有了非常深入的结合。随着人们对于质量、安全等要求的不断提高，对于建筑钢材结构的可靠性及耐久性都提出了更高的要求。在建筑钢结构当中，设计人员将更多的精力用到了结构设计理念与方法上，突出了建筑结构对地震等的防范应对，没有对钢材锈蚀给予应有的重视，没有将锈蚀与结构抗震性能的弱化相联系。同时，钢材结构对于空气当当中的水分等防范能力较为有限，长时间处于被侵蚀的状态，这些都增加了建筑钢材锈蚀的规模与程度。研究发现，钢材锈蚀不仅会削弱钢结构构件截面的基本性能，而且还会导致钢材力学性能指标的持续性衰减，这样整体钢材建筑的可靠性就会大打折扣。所有，对城镇建筑钢材锈蚀与防护进行有效研究具有非常重要的意义。

1 钢筋锈蚀的危害

在建筑钢材投入使用后，受到水分等的持续性作用，混凝土当中的钢筋锈蚀问题会逐步显现出来。研究发现，对于直接暴露在自然环境尤其是潮湿等恶劣环境中的钢材，会受到更为严重的侵蚀。以往，曾经发生多多起建筑工程倾斜、坍塌等的事故，仔细分析原因，不难发现，这些都与钢筋锈蚀存在着直接或者间接性的联系，在钢筋被大面积的侵蚀后，会让混凝土结构性能出现一定的裂化与破坏，这种损害主要表现在以下几个方面：首先，由于锈蚀面积的增大，截面积会明显减少，对于钢筋自身力学性能的维持不利。从以往的一些试验分析，如果钢筋表面的截面积实际损失达到了5%～10%，会严重影响钢筋的延伸率、屈服强度等，如果截面积损失超过了10%，但是腐蚀强度小于60%，会对钢筋力学指标构成严重的影响。例如，在钢筋截面积损失率达到了1.2%、2.4%和5%的时候，与之相对应的钢筋混凝土板表现出的承载力会直接下降8%、17%、和25%，在钢筋截面积损失率达到甚至超过60%的时候，钢筋构件的基本作用就接近于0。再次，在钢筋出现了锈蚀，钢筋与混凝土的结合强度会不断下降，这样钢筋受到的拉伸强度就不能向混凝土进行有效的传递。再次，钢筋在持续锈蚀作用下，会产生大量的腐蚀产物，这些腐蚀产物的体积超过了基体体积2倍～4倍，随着时间的推移，会导致大量的腐蚀产物在钢筋与混凝土之间聚集，这样混凝土最终会受到更大的挤压力作用，受到这种挤压力的持续性作用，混凝土保护层所体现出的拉应力会明显的增大，在达到一定的极限情况下，会导致起鼓、开裂等现象的出现。在混凝土的保护层受到了一定程度破坏后，会对钢筋和混凝土之间的结合强度构成直接的影响，有的甚至会出现结合强度为0的情况，这对于结构物的有效使用不利，也容易导致建筑物整体层面的损坏，建筑工程其原有的价值目标就难以实现，实际造成的经济损失也是无法挽回的[1]。所以，对于钢筋锈蚀的危害性，一定要给予足够的重视，切实将其与社会安全、人民群众根本利益维护结合起来，这样才能确保当前不断增多的城市钢材建筑工程的安全，减少各类钢材建筑安全事故的发生。

2 钢筋锈蚀的原因分析

在全球化的进程中，使用钢筋进行施工建设的建筑工程数量非常多，钢材锈蚀也是一个世界性的问题，无论是国内还是国外，围绕着钢材锈蚀的研究逐步增多，相继形成了各种类型的研究成果。结合大量的研究，导致钢筋锈蚀的原因可以归结为两个方面：首先，是钢筋保护层出现了一定程度的碳化，导致这种碳化情况出现的原因非常多，混凝土密实度不够是最为重要的影响因素，降低了基本的抗渗性。如果混凝土出现了较为严重的碳化，水泥水化，就会导致大量氢氧化钙的产生，pH值＞12，这样在钢材的表面就会出现一层保护膜，这层保护膜具有非常强的稳定性、致密性。但是，当这种密实度不够的混凝土被放置到空间等当中的时候，会受到二氧化碳持续的作用影响，二氧化碳就会和混凝土当中的氢氧化钙产生反应，生成碳酸钙等物质，这样碱性会不断的降低，这就是混凝土的碳化。在混凝土PH值＜12的时候，钢筋自身的钝化膜就表面出了一定的活泼性，而在pH值＜n.5的时候，钢筋表面原有的钝化膜会被严重的损坏，这种情况下钢筋的锈蚀就开始出现了。二是氯离子的含量，结合大量的试验发现，如果PH值较高，例如超过了13，这种情况下如果氯离子的含量是4mg/L～6mg/L，也会对钢筋的钝化膜构成严重的破坏，钢筋表面的钝化性会一步步降低，受到氧气与水分等的持续作用，就会不断出现钢筋锈蚀的情况。

3 钢筋锈蚀的防护措施

研究发现，导致钢筋出现不同程度锈蚀因素主要集中在自然环境的湿度、温度、侵蚀介质、钢材的质量等方面上，导致钢材出现锈蚀的原因较为复杂。理论上，一般将钢材腐蚀分成为两个种类：化学腐蚀和电化学腐。所以，在防范钢材出现腐蚀情况上，需要对钢材自身的易腐蚀性进行有效防控，将可能对钢材形成侵蚀的介质因素予以有效防范，并且对钢材表面的电化学过程做到有效改变，这是防范钢筋锈蚀的三个重要方面。

3.1 采用耐候钢

所谓耐候钢就是在低合金钢与碳素钢当中放入一定量的铜、铬、镍、钼等合金元素而制成。这种类型的钢材在自然大气环境中可以形成一种成效性非常好的保护层，具有非常强的保护作用，在满足钢材的高质量焊接上也有着重要作用。从强度级别上看，耐候钢和低合金钢等是相同的，相应的技术指标也具有明显的相似性，但是在抗腐蚀性能上却表现相当突出。

3.2 涂覆保护膜

通过使用涂覆保护膜，可以将钢材与周围的环境介质形成有效隔离，可以防范氧化锈蚀反应的发生，也消除了原电池被腐蚀的可能性。例如，在当前常见的有在建筑钢材上涂刷塑料、防锈涂料等，或者喷镀铝等形成专门的保护层。

3.3 电化学防腐

当前，一般将电化学防腐分成为阴极保护与阳极保护两个种类，这种防腐主要是应用到难以涂抹保护膜的钢结构上。阴极保护就是在被保护的钢材表面按照相应的尺寸焊接一块更为活泼的金属材料，常见的材质类型有镁、锌等，使金属成为腐蚀电池的阳极被腐蚀，钢材为阴板得到保护。阳极保护，就是在钢材周边设置一定量的难熔金属，将直流电源从外部与其进行连接，而将负极与被保护的钢材结构相连接，通电后难熔金属成为阳极而被腐蚀，钢材成为阴极得到保护[2]。

3.4 混凝土中钢筋防腐

在钢筋混凝土当中，会应用到非常多的钢筋，在水泥水化过程中会形成数量相当多的氢氧化钙，PH值会＞12，这是一种非常理想的碱性环境，可以形成良好的钝化膜，从而对钢筋进行有效的防腐蚀。但是，随着混凝土碳化情况的严重，PGH值会逐步下降，钢筋表面原来形成的钝化膜会被严重的损坏，在水分等持续作用下，钢筋就会出现大面积的电化学腐蚀情况。

3.5 控制保护层厚度

从实际来看，通过使用不锈钢等进行钢筋防腐蚀，虽然具有非常好的成效性，但是对于大型的建筑工程，实际成本开支非常大，这往往是难以有效落实的。为此，在实际建筑钢材应用上，需要对混凝土保护层的基本厚度进行有效控制，从而实现对碳化的有效控制，减缓钢筋出现腐蚀的速度[3]。

3.6 将高效减水剂掺入到混凝土当中

随着当前建筑工程越来越复杂，每一个环节当中实际使用到的混凝土数量在不断增多，对于混凝土性能的控制，是影响钢筋使用寿命的一个重要影响因素。大量的试验发现，可以将一定数量的减水剂掺入到混凝土当中，通过减水剂与混凝土发生一定的反应，这样可以将混凝土当中的水分进行有效的吸收与减少，所使用混凝土的密实度可以得到显著提升，这样用到混凝土当中的钢筋发生锈蚀的可能性会大大减少，从而最大限度延长了钢筋类型建筑的使用寿命。结合住建部门的相关调查发现，在当前二线以上城市的高层与城高层建筑当中，对于减水剂的使用已经较为普及，在当前建筑工程施工当中，占比超过了60%以上，由此可以看出减水剂对于建筑工程钢筋防锈蚀的重要性。

3.7 将硅酸盐水泥或者普通品质的硅酸盐水泥有效的应用到二氧化碳浓度偏高的地区

结合对工业区、居民区等不同环境区域的试验发现，工业区周边及上空大气当中的二氧化碳含量非常高，高含量的二氧化碳对混凝土当中的钢筋具有非常强的腐蚀性作用，能够增加钢筋与大气当中的水分等进行反应的可能性。从有效防范钢筋锈蚀的角度出发，可以在二氧化碳浓度高的工业区采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，这样可以有效应对高浓度的二氧化碳空气环境，降低二氧化碳对混凝土钢筋等的不利影响。

3.8 对应用到建筑工程当中的钢筋质量进行严格把关

在当前形势下，各地城镇化发展步伐不断加快，各种形式的高层、超高层建筑工程不断增多，实际应用到的钢筋混凝土数量直线增多，对于满足便捷高质量建筑工程施工需要具有重要作用，尤其是通过钢筋的应用，可以缩短施工工期，对于提高建筑工程当中的经济效益也有着重要作用。但是，通过以往的建筑施工可以看出，钢筋混凝土对于建筑工程有着非常直接的质量、安全影响。如果在建筑工程施工之前，没有充分把握钢筋的质量，选择了一些存在着锈蚀情况的钢筋，就会增加钢筋大面积出现锈蚀的可能性。为此，在建筑工程施工过程中，需要严格把握应用到建筑工程当中的钢筋质量，对于建筑工程而言，需要组织专门的技术人员对钢筋质量、数量等进行专业把关，确保所选用的钢筋质量符合建筑工程施工特点及行业基本要求，这样才能从源头上对钢筋出现锈蚀等的可能性进行有效防控。按照国家有关规范规定，明显锈蚀的钢筋不宜使用，有浮锈的钢筋在使用前必须进行除锈处理，这对于保障建筑工程整体质量安全都有着深刻的影响。

4 结语

随着社会的发展，各地在城市建筑工程上的投入不断加大，各种类型的建筑工程不断增多，实际应用到的钢筋等施工材料越来越多，通过使用钢筋施工材料，可以提高建筑工程的施工进度，对于保障施工企业的经济效益也发挥着重要作用。但是，由于钢筋等施工材料的特殊性，在建筑工程施工及后续竣工使用当中，容易受到自然空气、水分等的侵蚀影响，钢筋会出现不同程度的锈蚀情况，从而会严重危害到建筑工程的质量安全。所以，本篇文章从城市建筑钢材的角度切入，对钢材出现锈蚀的危害进行了分析，介绍了钢材出现锈蚀的原因，进而对怎样更好对锈蚀进行防护进行了科学探讨，这对于城市现代建筑的保护性应用具有重要意义。