公路工程钢筋混凝土结构物中钢筋锈蚀与保护分析

公路工程钢筋混凝土结构物中钢筋锈蚀与保护分析

杨发军

青海省海西公路桥梁工程有限责任公司青海西宁810000

摘要：为了对进一步研究钢筋混凝土中钢筋的腐蚀与防护提供参考，本文通过查阅相关文献，对钢筋锈蚀时钢筋混凝土力学特性的影响、钢筋锈蚀的影响因素、钢筋锈蚀的检测与评定方法以及钢筋锈蚀的防护与修复技术进行了论述。

关键词：公路工程；钢筋混泥土；结构物；钢筋锈蚀；保护；分析

1导言

钢筋锈蚀对钢筋混凝土力学特性的影响有三个方面；氛化物、混凝土碳化、硫酸盐、水和氧气、环境温度、混凝土裂缝是影响钢筋锈蚀的因素；钢筋锈蚀的检测与评定方法有电位图法、电位梯度法、交流阻抗法、恒电流脉冲法、极化曲线法、线性极化法、光纤监刚法。指出完善混凝土中钢筋锈蚀的智能检刚方法，建立更符合工程实际的混凝土结构失效评估指标体系，研完具有实际应用价值的混凝土中钢筋锈蚀的防护方法及混凝土中已锈蚀钢筋的修复方法是今后研究的发展方向。

2钢筋锈蚀对钢筋混凝土力学特性的影响

（1）钢筋与混凝土粘结力下降、钢筋有效截面变小，降低了结构的承载能力；（2）钢筋锈蚀体积膨胀，使得混凝土产生顺筋胀裂，从而降低了结构的刚度，增大了变形，甚至使得混凝土层脱落，影响结构的正常使用；（3）钢筋锈蚀在混凝土中产生相当大的拉应力，使得混凝土承受双向或三向应力，结构的延性降低。

3钢筋锈蚀的基本原理

3.1氯化物的作用

氯化物是一种钢筋的活化剂，当其浓度不高时，亦能使处于碱性混凝土有害物质中钢筋的钝化膜破坏。这与氯离子的高吸附性有直接关系。它置换吸附的氧破坏钝化膜而导致钢筋发生溃烂锈蚀。

3.2钙盐的作用

当含卤气体，如氯化氢、氯气、二氧化氯、溴和碘的蒸气渗入混凝土孔隙时，溶解在其液相中形成酸，该酸又与水泥石中的氢氧化钙、硅酸盐、铝酸盐及其它化合物发生反应生成相应钙盐、硅酸凝胶等水化物，于是混凝土被中和而导致水泥石变质，逐渐丧失钝化钢筋的能力。这种钙盐具有可溶性、吸湿性，在高湿度的条件下其对钢筋的溶蚀作用也是强烈的。

3.3PH值大小

混凝土的碱性及其孔隙中的PH值为12～13的氢氧化钙饱和溶液有利于形成和保持钢筋的钝化膜，则钢筋处于高抗腐蚀状态。当混凝土的PH值由于各种原因降至11.8或更低时，由于不能保存钝化膜，则钢筋的钝化变得不稳定，甚至被破坏。

4钢筋混凝土钢筋锈蚀机理及其影响因素

钢筋混凝土中钢筋锈蚀主要是电化学锈蚀。混凝土中的钢筋在水泥水化反应时所生成的强碱作用在钢筋表面形成一层致密的氧化层，即钝化膜，它能有效地隔绝钢筋与有害成分的相互接触，延缓或阻止钢筋的锈蚀。当混凝土的碱性降低或碱性化合物碳化或Cl-侵入混凝土，钝化膜将遭到破坏，在有水和氧气的条件下，就会发生锈蚀。影响钢筋锈蚀的因素很多，主要有以下几种：

4.1氯化物

钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的，氯化物的浸入，Cl-的局部酸化作用使钢筋表面PH值下降，从而钝化膜遭到破坏。

4.2PH值

研究认为当钢筋处在PH值低于11.5以下的混凝土中时，才会锈蚀。

4.3碳化

混凝土碳化是指大气中的CO2不断向混凝土内部扩散，并与其中的碱性水化物发生化学反应的过程。碳化使混凝土的碱性降低，破坏钢筋的钝化保护膜，当有水和氧存在时，钢筋锈蚀。混凝土的碳化过程和碳化速度与所处环境的CO2浓度、相对湿度和混凝土本身的抗碳化能力有关。

4.4应力

几乎所有的钢筋锈蚀都是发生在受力状态下的。根据钢筋混凝土锈胀力学及金属力学化学原理分析计算认为在混凝土完好的条件下应力因素对钢筋锈蚀速度无显著影响。若在应力状态下钢筋表面有微小裂纹，会加速钢筋的锈蚀和破坏。

4.5钢筋混凝土的组分

钢筋的材质和混凝土的组分对钢筋的锈蚀有一定的影响。同一环境中，混凝土强度等级越低，钢筋锈蚀越严重；混凝土的密实度越小，氧气、腐蚀介质及水等就容易渗入混凝土进而加速对混凝土的锈蚀；混凝土的外加剂有的对钢筋锈蚀有影响，有的无影响甚至对钢筋有保护作用；混凝土的湿度越大，越易锈蚀；钢筋的不均匀性会导致存在电位差和形成腐蚀电池，从而对钢筋产生锈蚀。

4.6氧气的扩散

孔隙水中氧气的存在是钢筋锈蚀的必要条件。即使钢筋钝化膜遭破坏，若氧气未能扩散到钢筋表面，就不会发生钢筋锈蚀现象。

4.7环境温度

研究认为随着温度的增加钢筋的锈蚀率也增加。研究认为在40℃以下时，随着温度的增加钢筋的锈蚀率增加，但在40℃以上时，反而会延缓钢筋的锈蚀。

4.8裂缝

混凝土裂缝的产生往往是多种因素综合作用的结果，但主要还是由于荷载、温度、干缩、地基变形、钢筋锈蚀、地基冻胀、碱骨料反应、混凝土质量差等原因引起的。构件的裂缝会降低混凝土对钢筋的保护作用，加速钢筋锈蚀。认为垂直裂缝对钢筋锈蚀的影响远小于纵向裂缝、混凝土碱度、碳化等其它因素。研究了钢筋在裂缝状态下的腐蚀机理，认为初期，裂缝及其宽度对钢筋腐蚀影响较大；后期，影响较小，锈蚀速度主要取决于未开裂处混凝土的质量和渗透性。

5预防钢筋锈蚀的措施

5.1设计、施工方面

第一，在工程设计中采取切实可行措施，预防有害有害物质对钢筋的侵蚀。一是采取通风措施排除、过滤有害气体，净化建筑物的使用环境；二是在建筑物发生有害有害物质的一面做保温、隔热、隔气层，避免主体结构物受高温、冷冻或湿汽的作用，保护钢筋混凝土结构物始终处于不发生钢筋锈蚀的限度以内。第二，在结构物中设置可靠的钢筋保护层。第三，严格控制混凝土中氯化物的含量。我国公路工程规定：“在钢筋混凝土中不得掺用氯化钙、氯化钠等氯盐。位于温暖和严寒地区、无侵蚀性有害物质影响及与土直接接触的钢筋混凝土构件，混凝土中的氯离子含量不宜超过水泥用量的0.3%……”建筑工程《钢筋混凝土工程施工及验收规范》中对氯的含量也作了严格规定。第四，在工程中使用高效减水剂。减水剂掺入混凝土拌合物中对水泥颗粒有强烈的分散作用，能显著降低水灰比，提高混凝土的密实度，增强其抗渗能力，阻碍有害物质的侵入。第五，在混凝土中掺加亚硝酸钠、亚硝酸钙等阻锈剂，可有效地提高混凝土的保护性能，但在掺加前应进行配合比试验，确定其最佳掺量。

5.2对钢筋、混凝土进行防护

第一，对钢筋进行保护。一是开发钢筋新品种，如在钢材中加入微量元素，从而提高其防锈蚀能力；二是给钢筋涂覆保护层，如镀锌、涂覆环氧层、特种涂料或特种漆等，能有效防护有害有害物质的侵入。第二，对混凝土进行防护。一是可以在混凝土表面涂刷防水膜，能隔断含有氯离子的水、汽侵入混凝土中对钢筋造成腐蚀；二是对混凝土结构物用聚合物浸渍，填充已硬化混凝土的一些孔隙，使混凝土变为高强、耐久，而且几乎不透水；亦可用聚合物混凝土或乳液改性混凝土做构件的覆盖层，不仅有较好的力学性能和耐久性，其隔离性也很强。第三，采取阴极保护法。由前所述我们可以看到，如果减小电位差，即减少电子在金属中移动的电动力和减小金属表面阳极与阴极之间电解质中离子移动的电动力（即锈蚀电流），就可能使锈蚀过程减慢。

6结论

钢筋混凝土结构物是公路工程中广泛应用的结构物形式之一。这些钢筋混凝土结构物物由于恶劣的自然环境或生产工艺的制约，长期受着有害有害物质的侵蚀作用，造成了钢筋混凝土结构物的腐蚀性破坏，其损失是惊人的。因此，钢筋混凝土结构物中钢筋的锈蚀与保护是一个十分重要的课题，必须引起工程界技术人员的广泛重视。

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