水工钢筋混凝土结构的钢筋锈蚀破坏和防控

水工钢筋混凝土结构的钢筋锈蚀破坏和防控

纪长庆 白平厚

中国水利水电第一工程局有限公司 吉林长春 130033

摘要：钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要问题之一，在水工建筑物使用过程中，常遇到大坝、水闸、渡槽等钢筋混凝土结构由于钢筋锈蚀而引起的混凝土膨胀开裂、混凝土保护层脱落等问题，造成水工混凝土结构承载力下降，使用寿命降低，危及安全。水利水电科学研究院对全国70余座水工建筑物进行的一项调查显示，仅由碳化引起钢筋锈蚀而导致水工建筑物破坏的工程就有10余座，由其它原因引起钢筋锈蚀从而危及建筑物安全的现象则更为普遍。因此，防止水工混凝土结构中钢筋的锈蚀，已成为确保水工建筑物安全使用过程中亟需解决的棘手问题。

关键词：水工；钢筋混凝土；钢筋锈蚀破坏；防控措施

引言

水利水电工程中，钢筋混凝土是建筑物结构构件的重要组成部分。在不利外部环境作用下如出现比较严重的钢筋锈蚀现象，会使水工钢筋混凝土结构遭受破坏，使用年限缩短，安全性、可靠性降低，轻度危及建筑物安全的，必须进行除险加固建设，严重破坏无法使用的，甚至要报废工程。水工钢筋混凝土结构钢筋锈蚀破坏除要投入巨额资金维修外，还严重威胁人民生命财产安全，无论是水利水电工程设计、施工、建设和运行管理，都应深刻认识其形成机理、原因并掌握其基本防治措施。

1钢筋锈蚀破坏机理及主要影响因素

1.1钢筋锈蚀机理

水工钢筋混凝土结构中存在Ca(OH)2及其它碱性物，pH值约为12.5，钢筋在混凝土的强碱性环境中，表面形成的钝化膜可阻止钢筋腐蚀，因而质量良好、没有裂缝的钢筋混凝土，钢筋基本上不发生腐蚀。

当钢筋表面的钝化膜受到破坏，组成钢筋的Fe元素就容易腐蚀，钢筋表面有溶解氧的水分存在时，产生电化学反应过程，发生Fe(钢筋)电离的阳极反应和溶解氧还原的阴极反应:阳极:2Fe—4e－=2Fe2+阴极:O2+2H2O+4e－=4OH－若溶氧量有限，较容易产生含亚铁离子的产物，在钢筋表面析出化学反应物Fe(OH)2，若溶解氧充足，Fe(OH)2可被继续氧化:Fe+3O2+6H2O=4Fe(OH)3，Fe(OH)3可在空气中脱水形成疏松的Fe2O3·xH2O。

钢筋锈蚀即为钢筋中的Fe元素发生电化学反应，在钢筋表面形成由Fe的多种氧化物及水合物组成的铁锈混合物的过程。

1.2钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构的破坏

钢筋混凝土结构中的钢筋发生锈蚀以后，铁锈的体积是钢筋体积的2～4倍，在钢筋与四周混凝土交界面上产生钢筋锈胀力，混凝土保护层因受拉而出现开裂，进一步加剧锈蚀，钢筋的有效面积减小、强度降低导致结构承载力下降。当预应力钢筋局部受损发生坑锈蚀时，由于结构截面小而钢筋工作应力高，极有可能发生突然断裂，对结构安全造成极大威胁。另一方面，锈蚀钢筋的抗滑移能力降低，有可能导致结构出现滑移破坏。

2水工混凝土结构中钢筋锈蚀的防护措施

防止钢筋锈蚀的关键是保护钢筋表面生成的氧化膜保护层不被破坏，隔绝有害介质通过混凝土向钢筋渗透。目前，在各类水工建筑物中，普遍采用的防止钢筋锈蚀的措施主要有以下几种。

2.1在混凝土表面涂防护涂料

氧和水是钢筋锈蚀的必要条件，在绝对干燥和缺氧的情况下，即使有氯离子等有害离子的存在，钢筋也不会锈蚀，因此，对混凝土表面用涂层进行封闭，防止腐蚀介质的侵入，是简便而有效的防止钢筋锈蚀的措施。近年来广泛应用在混凝土表面的防护涂料呋喃环氧树脂涂料、改性多元胺环氧涂料等由于具有粘附性能好、气密性好、施工方便等优点，而在水工建筑物混凝土表面防护方面得到了广泛的应用推广。

2.2在混凝土中添加钢筋阻锈剂

钢筋阻锈剂是指加入混凝土中，阻止或减缓钢筋腐蚀的某种化学物质，属于混凝土外加剂的一种。将钢筋阻锈剂掺入混凝土中能提高混凝土自身的保护能力，使钢筋表面的氧化膜保护层更为完整、致密。混凝土结构中钢筋一旦遭受氯离子的侵蚀使氧化膜受到局部破坏，阻锈剂便可及时修复氧化膜保护层，从而扩大有害离子的容许限量。如果钢筋表面已经形成了腐蚀微电池，阻锈剂还能降低阴阳极效率，提高极间阻抗，使锈蚀速度大幅度降低，从而延长结构寿命。根据作用机理不同，钢筋阻锈剂可分为阳离子型、阴离子型和混合型三种类型。

（1）阳极型：混凝土中钢筋腐蚀通常是一个电化学过程。凡能够阻止或减缓阳极过程的物质被称作阳极型阻锈剂。典型的阳极型钢筋阻锈剂有铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐等。它们能在钢筋表面形成钝化膜。阳极型阻锈能力强，用量省，使用较为普遍，但单独或过量使用时，可能会刺激钢筋局部腐蚀或对混凝土性能产生不利影响，故常与阴极型等其他类型的阻锈剂复合使用。

（2）阴极型：通过吸附成膜，能够阻止或减缓阴极过程的物质被称作阴极型阻锈剂。如锌酸盐、某些磷酸盐以及一些有机化合物等。阴极型阻锈剂单独作用时，其阻锈效能不如阳极型明显。

（3）混合型：为防止上述各种阻锈剂单独使用的不足，发挥每一种类的长处，可将阴极型、阳极型等两种或两种以上的阻锈剂混合使用而形成混合型阻锈剂。阻锈剂一般在混凝土拌和时直接加入，其掺入量依据工作环境及混凝土中氯离子含量而定，一般为水泥用量的1%~2%。在水工构筑物混凝土构件中掺入阻锈剂，成本低、施工简单、不增加额外设备、不受施工条件限制，因此，被广泛应用。

2.3在钢筋表面涂环氧树脂等防腐涂层

在钢筋表面涂抹环氧树脂来直接保护钢筋，是近年来发展起来的一项防止钢筋锈蚀的新技术。其工艺简单、性能优良，既可用于新建建筑物钢筋的防腐，也可用于对因钢筋锈蚀而损坏的老建筑物中钢筋的处理，在水工构筑物构件混凝土钢筋防腐领域也有着广泛的应用。环氧树脂是一种合成高分子材料，具有良好的化学稳定性，不与酸碱等发生反应，能有效地防止钢筋与外界介质的接触。由于环氧树脂分子两端有极活泼的环氧基能与其它材料表面的游离键起反应而形成环氧键，因此，它与钢筋的表面及混凝土都具有极佳的粘附性。

同时，环氧树脂还有延展性大、干缩性小等特点，所以，采用环氧涂覆钢筋也基本不影响钢筋与混凝土的粘结力。另外，目前有一种市售的环氧树脂涂层钢筋成品，它是在工厂生产条件下，采用静电喷涂方法，将环氧树脂粉末喷涂在普通带肋钢筋和普通光圆钢筋的表面生产的一种具有涂层的钢筋。环氧树脂涂层钢筋有很好的耐蚀性，适用于处在潮湿环境或侵蚀性介质中的钢筋混凝土结构中，使用方便，应用广泛。

结语

钢筋锈蚀现象在水利水电工程实践中很常见，水工钢筋混凝土结构往往因钢筋锈蚀破坏开始而引起工程和建筑物的安全问题，随之带来工程维修养护或除险加固的资金大量投入，对人民生命财产安全构成威胁、给生产管理带来不利影响。本文结合工程建设实践，系统深入分析水工钢筋混凝土结构钢筋锈蚀破坏的机理、原因，意在引起重视，并总结提出防控措施，为类似问题提供参考。

参考文献:

［1］张誉，蒋利学，张伟平，等.混凝土结构耐久性概论［M］.上海:上海科学技术出版社，2003:59－61.

[2]LiuHong.Qualitycontrolofconcreteconstructioninhydraulicstructures[J].ChinaNewTechnologyandNewProducts,2010(07):109.