混凝土结构中钢筋腐蚀的分析

陈剑飞

辽宁新中诚建筑有限公司 辽宁 123000

摘要：混凝土结构中钢筋的腐蚀行为对结构的耐久性具有很大的影响，分析了钢筋腐蚀的原因以及混凝土结构中钢筋腐蚀的影响因素，提出了混凝土结构中钢筋的腐蚀防护措施。

关键词：混凝土；钢筋腐蚀；危害；防护

一、前言

混凝土结构中钢筋腐蚀导致结构物破坏或失效，已成为当今世界关注的重大课题之一，它在影响结构物耐久性因素中，占主导地位。通常混凝土为其内钢筋提供一个高碱性，使钢筋能在数十年乃至上百年内仍保持钝化状态。但是，在某些环境条件下，混凝土中钢筋可能在数年内即发生钝化破坏，钢筋腐蚀发展导致混凝土开裂剥落、承载力下降，甚至发生倒塌事故。

二、混凝土结构中的钢筋腐蚀的因素

造成钢筋腐蚀破坏的原因是多方面的，除先天因素（如设计、选材、施工质量等）外，主要是使用环境的影响。工业环境中的酸、碱盐的液态、气态和固态的作用等，是造成混凝土中钢筋腐蚀的普遍因素，其中以氯盐为主的“盐害”是公认的主导因素。

1、钢筋表面氧原子数量和混凝土湿度。混凝土具有相当的湿度，氯离子的存在，都能显著增加导电性，加快钢筋的电化学腐蚀。阴极反应过程的要求有足够的氧扩散到阴极活化钢筋表面。在深水下混凝土的钢筋不会锈蚀或锈蚀缓慢，就是由于水下供氧困难。

2、通常情况下，施工技术和环境条件是造成混凝土結构中钢筋过早出现腐蚀破坏的主要诱因。这是在分析腐蚀原因时的第一直觉。但应当指出，我国设计规范的不完善和设计者局限的设计观念也是一个重要因素。首先，旧规范侧重于以安全性作为混凝土结构设计的标准，较少考虑对耐久性的设计，混凝土对钢筋的保护能力仅取决于保护层厚度，然而在一定条件下，加大保护层未必能实现对钢筋的良好保护。新修订的规范引进了“耐久性设计”的概念，这对结构设计提出了更为合理的标准。其次，设计者要逐步强化“耐久性设计”的思想，在满足承载力极限状态要求的同时，还应保证结构长期的正常使用。比如，根据结构所处环境的腐蚀程度，在设计中采取相应的技术措施来实现结构的耐久性功能。以往，有关规范的欠完善以及人们对钢筋腐蚀的危害性和耐久性设计认识不足间接导致了结构中过早的出现钢筋腐蚀。

3、空气中的二氧化碳气体。在混凝土表层中逐渐被氢氧化钙的碱性溶液所吸收，产生化学反应生成碳酸钙，这种现象称为混凝土的碳化，碳化的速度除与二氧化碳浓度有关外，还取决于相对湿度；生成的碳酸钙很难溶解，其饱和溶液的PH值为9，因此混凝土碳化的结果，就是PH值不断下降，并不断向内部深化，当碳化深度达到或超过钢筋保护层时，钢筋表面的钝化膜遭到局部破坏，钢筋开始腐蚀；当大气中遇有工业废气，如氯化氢、氯等酸性气体，将同样被混凝土吸收而与氢氧化钙结合，从而使混凝土碱度迅速下降，使钢筋遭受腐蚀。

4、为了提高混凝土早期强度和防冻，在混凝土内掺一定量的氯盐，如氯化钙、氯化钠是有效的。但氯盐掺量过大，会加速钢筋的腐蚀。

5、细菌作用。细菌可能引起混凝土物理化学性质的不均匀性，从而造成氧浓差腐蚀。细菌在生命活动中产生硫化氢、二氧化碳和酸，腐蚀金属。像氧化硫杆菌，排硫杆菌，厌氧菌等。

6、混凝土的碳化和钢筋腐蚀与环境湿度有直接关系，在十分潮湿的环境中，其空气相对湿度接近于100%时，混凝土孔隙中充满水分，阻碍了空气中的氧向钢筋表面扩散，二氧化碳也很难透入，钢筋难以腐蚀；当相对湿度低于60%时，在钢筋表面难以形成水膜，钢筋几乎不生锈，碳化也难以深入；而空气相对湿度在80%左右时，有利于碳化作用，混凝土中的钢筋锈蚀发展很快。由于环境中湿度往往随气候和生产情况而变化，因而混凝土在气体或生产环境变化中会遭到碳化，钢筋会腐蚀。

7、最后，施工质量在任何情况下钢筋混凝土的施工质量始终起着关键作用。一般环境条件下钢筋过早被锈蚀很大程度上与工程质量欠佳有关，这是因为质量好坏受众多人为因素影响，波动较大，同时也存在一些目前难以解决的技术问题，如混凝土各种宏观和微观缺陷，对钢筋的保护都十分不利。此外，当前特别强调建设进度，施工上设法使混凝土早强，结果密实性得不到保证，为使用阶段的钢筋锈蚀埋下隐患，并使结构的长期强度与耐久性受到不良影响。总之，施工质量不好，即使有防腐措施也难以奏效，故正确的设计、良好的施工、精心的维护和科学的管理是工程质量的保证，也是有效解决钢筋腐蚀问题的基本措施。

三、混凝土结构中的钢筋腐蚀的防护措施

钢筋锈蚀削弱了钢筋的受力截面积，致使混凝土结构构件的承载力不足，易使结构发生局部破坏或过大变形。尤其是预应力混凝土结构内的高强度钢丝，使用应力高，而混凝土构件截面积小，一旦发生预应力钢丝锈蚀，则危险性更大，严重时会导致构件断裂。因此，我们应该做好防护工作。

1、混凝土外涂层。水泥砂浆层对于很轻微的腐蚀环境，在混凝土表面涂抹5～ 20mm厚的普通水泥砂浆层，能减缓混凝土的碳化作用，这是最简单、经济的方法。为了提高砂浆的密实性和黏结力，将一些聚合物以乳液形式注入水泥砂浆中，制成聚合物改性水泥砂浆，这对钢筋的保护更强，可用于各种盐类（氯盐、硫酸盐）的腐蚀环境中，如工业建筑、盐碱地建筑、海洋工程等，现已大量用于已有建筑物的修复工程。

2、钢筋外涂层。目前，镀锌钢筋、包铜钢筋已很少使用，合金钢钢筋（耐蚀钢筋）得到一定发展，特别是环氧涂层钢筋，被认为是钢筋防腐蚀的有效措施之一。环氧粉末的独特性能与静电喷涂工艺技术的发展，能保证涂层与基体钢筋的良好黏结，抗拉、抗弯（短半径180 b弯曲仍不出现裂缝），这些是其他涂层难以达到的。环氧树脂粉末涂层还具有极强的耐化学侵蚀的性能，并且涂层具有不渗透性，因而能阻止腐蚀介质如水、氧、氯气等化学成分与钢筋接触，有效地保护钢筋，使其抗氧气腐蚀寿命至少延长50a。环氧树脂粉末涂层还能长期经受混凝土的高碱性环境而不被破坏。然而，环氧涂层钢筋的主要问题集中在钢筋表面涂层的完整性上。如果涂层不完整，有孔洞、龟裂等缺陷，在腐蚀环境下，钢筋就会被腐蚀。因此，环氧涂层钢筋的关键问题，是在生产和使用过程中如何消除涂层质量缺陷。

3、预防措施。在材料方面，要降低水灰比，掺合料要合乎标准，集料中的含盐量要严格限制，设计和施工要保证混凝土的密实性。

4、修复措施。1）当钢筋腐蚀尚不严重时，混凝土表面仅有细小裂缝或个别破损较小时，则可采用在构件外表面涂抹砂浆或涂抹绝缘层，如沥青漆，过氯乙烯漆、环氧树脂涂料等进行防腐。2）当钢筋腐蚀严重时，应对结构作认真检查和修补。若混凝土大面积是完好的，只要凿去与钢筋衔接部分混凝土，清除混凝土深度应超过钢筋20mm，使修补材料能很好地包围着钢筋和混凝土，腐蚀的钢筋应彻底清除铁锈。若有效面积减少，应增焊相应面积钢筋予以补强。浇筑混凝土之前，用压力水冲洗旧混凝土表面，且使旧混凝土水分饱和，但不能积水。修补用的混凝土应比混凝土高一个强度标号的细石混凝土，浇筑必须密实，并要有良好的养护。

5.利用渗透性涂层。大致可分为沥青、煤焦油类，油漆类，树脂类。渗透性涂层在混凝土表面涂覆后，可与混凝土组分起化学作用并堵塞孔隙或自行聚合形成连续性憎水膜。渗透性涂层材料可深入混凝土内部3～ 5mm，形成一个特殊的防护层，能有效地阻止外界环境中腐蚀介质进入混凝土中，从而保护钢筋免受腐蚀。

6.利用隔离性涂层。在特别强烈的腐蚀环境中（如化工厂）可设置隔离性涂层，如玻璃鳞片覆层、玻璃钢隔离层、橡胶衬里层等。

四、结束语

目前，国内外正致力于混凝土结构中钢筋的腐蚀防护的微观研究，以期增强其紧密度，减少内部微缺陷，但仍难使多孔性材料的混凝土完全密实，也无法彻底解决施工中产生的裂纹，故附加措施在设计中是十分重要且必不可少的。在腐蚀较重的环境里，仅依赖于混凝土自身的性能不足以实现对钢筋的耐久保护，基本措施与附加措施的相互搭配、有机结合才是最佳方案。

混凝土结构中的钢筋腐蚀是混凝土耐久性研究中的一个难点。在处理混凝土结构中的钢筋腐蚀问题时，必须从具体情况出发，根据工程特点、环境条件、使用功能、结构设计、构件制作以及施工技术和管理等方面，全面分析引起钢筋腐蚀的各种外部和内部因素及它们之间的主次关系，采取有效、经济的防护措施，从根本上消除钢筋腐蚀对混凝土结构带来的危害。所以，处理钢筋腐蚀问题需要着眼于整体，要以保证结构耐久性为最终目的。

参考文献：

[1]朱彦鹏主编.混凝土结构设计原理[M].重庆：重庆大学出版社，2002.

[2]冯保成.模糊数学实用集粹[M].北京：中国建筑工业出版社，1999

[3]罗福花，战兴伟，邢振海.砌体结构房屋裂缝原因及防治措施研究[J].中国建材科技，2006（01）.

[4]GB50119- 2003，混凝土外加劑应用技术规范[S].

[5]钱易，屠孝炎.环境保护与可持续发展[M].北京：高等教育出版社.2000，7：60- 61.

[6]赵蓉（译）.对于部分埋入水下的柱脚实施阴极防腐的高等计算模型[ J].四川建筑，2005，25（2）：69.