钢筋混凝土中钢筋腐蚀原理的研究

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1 基本概况

钢筋混凝土的组成材料为混凝土和钢筋，该物质结构同时具备了钢筋和混凝土强度高、韧性好的功能，同时充分发挥了这两种物质的之间结合所具有的较好粘结力，不仅如此，钢筋和混凝土的温度线膨胀系数也十分接近，基于这些优点，钢筋混凝土已经成为了现代土木结构的主体。但是，伴随着混凝土中钢筋的腐蚀，会造成这项粘结力的改变，这一改变会随着受重力的变化使得钢筋混凝土的结构遭到破坏，严重的会引起结构的坍塌。由此可见，钢筋的腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性最重要的因素，钢筋的腐蚀问题不容忽视。

2 钢筋混凝土中钢筋的腐蚀问题解析

以下从两个方面分析钢筋腐蚀，一是由于电极反应交换电流而造成的腐蚀。钢铁在酸性溶液中的溶解就属于这一类。另外就是由扩散速度控制的腐蚀过程。钢筋混凝土中钢筋的腐蚀大多就属于这种情况。混凝土中钢筋的腐蚀大多属于金属电化学腐蚀，发生这种腐蚀主要有以下两种情况:第一，钢筋表面的一层氧化铁保护膜被破坏，钢筋失去了保护层;第二，腐蚀过程中有水和氧气的参与。具体的表现如下。

2.1 对于氯盐在混凝土中的作用

使用氯盐作为早强防冻剂的历史很长，至今仍然有些工程在使用。在混凝土中掺入一定量的氯盐，能够有效的提高混凝土早期强度。一般采用的氯盐是氯化钙，由于氯化钙分子结构是钙离子和氯离子，氯离子在一定的情况下会破坏钢筋保护膜氧化铁，从而导致导致钢筋形成腐蚀层。此外，所使用氯化钙的量过多，会使混凝土的干缩度加快，容易形成干缩裂缝。另外氯盐具有一定的吸湿性，这就更加速了钢筋的腐蚀过程。

2.2 不密实或存在裂缝给混凝土带来的影响

导致钢筋腐蚀最重要的原因就是混凝土的密实度不够以及构件上产生的裂缝。如果水泥的配比量不当，会导致水灰比不达标，同时在浇筑混凝土的过程中再振捣不实，就会导致露筋和裂缝的产生，这就给侵蚀性介质创造了渗透的机会，加速了钢筋的腐蚀。

2.3 “碳化”过程给混凝土带来的损伤

“碳化”是混凝土表层的氢氧化钙碱性溶液对空气中的二氧化碳进行不断的吸收，最后生成碳化钙的现象或者碳化的结果，这个过程中混凝土的PH 值不断的下降，并且不断地向内部深化。

2.4 应力腐蚀现象

应力作用所产生的腐蚀，会给钢筋表面的氧化铁保护膜造成破坏性作用，从而使的裂缝活化，且导致阳极形成表面腐蚀。而且钢筋具有较高的拉应力以及高强钢筋具有的低变形性能，应力和腐蚀同时作用，不断加快了裂缝的加剧，使钢筋在看不到明显腐蚀的情况下突然发生断裂。

3 钢筋混凝土中钢筋的腐蚀原理

3.1 电化学腐蚀

钢筋腐蚀的主要形式就是电化学腐蚀。但是要形成电化学腐蚀必须要具备以下两个条件:第一，钢筋表面要形成电位差。也就是说，在钢筋表面的不同电位区分别形成阳极和阴极;第二，钢筋表面形成的阴极的部位必须处于活化的状态，能够释放一定量的自由电子，并且在阴极部位的钢筋表面必须要存在足够的氧气和水，由此可见，在潮湿的环境下，钢筋就能够发生电化学反应，从而遭受腐蚀。因为钢筋腐蚀的产物体积不断地增大，而这些腐蚀产物又几乎不具有强度，所以很大程度上削弱了混凝土之间的握裹，并且使有效截面大大减小了。

3.2 化学腐蚀

钢筋的化学腐蚀主要包括了:碱腐蚀、酸腐蚀、盐腐蚀。而钢筋的化学腐蚀的主要形式是酸腐蚀。

3.3 应力腐蚀

钢筋的电化学腐蚀以及应力复合作用的结构就称为应力腐蚀。影响钢筋的应力腐蚀的主要因素包括:钢筋的应力水平、腐蚀介质、钢筋的材料情况。由于钢筋受到化学腐蚀等原因，造成了钢筋表面形成大小不一，分布分散的腐蚀坑，这些腐蚀坑会在钢筋受到拉力时引起应力分布不均匀，导致应力集中而引起钢筋的早期断裂。对于高强预应力钢筋来说，应力腐蚀带来的危害尤其严重。

4 防范措施

最常规的做法有:一，从材料自身出发:首先增加混凝土的密实度并且降低水灰比，控制钢筋混凝土中氯离子的含量，不使用含氯离子的外加剂，最后可以通过在混凝土中使用减水剂、二甲基醇胺等，不采用亚硝酸盐等危险缓蚀剂、且提高钢筋的保护层厚度等;二，从外部环境来采取防护措施:涂覆有机混凝土专用防腐涂料、粘贴树枝玻璃钢、采用阴极保护系统等。

在一般性的防范措施中，阴极保护法是首选的根本解决办法。阴极保护法的原理是给钢筋增加一个负向电流，从而使其电极电位负移，就是使钢筋表面的氯离子超过能够使钢筋脱钝的一个临界值，这就有效抑制了电化学腐蚀的过程，使钢筋不容易发生锈蚀。通常有如下两种做法:一，阳极牺牲法;二，外加电流阴极保护法。阳极牺牲的方法是采用电化学上比钢还要活泼的，也就是电位更负的金属来作为阳极，例如铝合金、镁合金、锌合金等，使之与被保护的钢筋相连，由腐蚀本身来提供自由电子，从而对钢筋实施阴极保护。

目前所应用最为广泛的是外加电流阴极保护法。通过将直流电源与难溶性阳极接通，发射保护电流，然后使负极与被保护的钢筋相连接，阳极和钢筋处于连续的电解质中，这样能够使钢筋的全部表面都能够均匀并且充分地接受电子，从而实现钢筋的阴极保护。外加电流阴极保护法成功的基本因素就是阳极的布置方式，因为它能够使电流通过整个结构，这个过程对于高阻率的混凝土介质来说是十分重要的。

从目前的技术条件来看，对于混凝土结构中钢筋腐蚀的检测方法主要有破损发和非破损法(涡流探测法、电阻棒法、交流阻抗谱法、声发射探测法自然电位法、恒电量法、线性极化法等);而对于混凝土中钢筋的修复技术主要有电化学氯化物萃取技术、补丁法以及再碱化技术等。在实际的工程建设中，必须要针对具体的情况来选择适当的检测方法和修复技术，可以采用单一的检测方法和修复技术，也可以将多种检测方法和修复技术进行综合的利用。

5 总结

在建筑工程项目的质量管理越来越严格的今天，钢筋混凝土中钢筋的腐蚀问题也越来越引起人们的高度重视，因此，还需要通过不断地改进和完善钢筋的腐蚀防护技术以及检测评价技术，深入了解钢筋发生腐蚀的机理，才能够针对性地采取相关的防范措施，这是保证工程建设质量的基本要求和必要前提。

［1］陈合成，葛倍华.钢筋混凝土的腐蚀与防护［J］.石油化工腐蚀与防护，2003，20(6):10 -13.

［2］许清风，张晋.应关注混凝土结构中的钢筋腐蚀问题初探［J］.四川建筑科学研究，2005.