混凝土中鋼筋銹蝕的原因及危害和預(yù)防措施
發(fā)布時間：2010-01-14 共2頁
1 概述
在建筑工程中，鋼筋混凝土因具有成本低廉、堅固耐用且材料來源廣泛等優(yōu)點而被土木工程的各個領(lǐng)域普遍采用。鋼筋混凝土既保持了混凝土抗壓強度高的特性、又保持了鋼筋很好的抗拉強度，同時鋼筋與混凝土之間有著很好的黏結(jié)力和相近的熱膨脹系數(shù)，混凝土又能對鋼筋起到很好的保護作用，從而使混凝土結(jié)構(gòu)物更好的工作，提高了混凝土的耐久性。所以鋼筋混凝土已成為現(xiàn)代建筑中材料的重要組成部分。
隨著鋼筋混凝土的廣泛應(yīng)用，它的優(yōu)越性得到了進一步的體現(xiàn)。但在使用過程中，混凝土中的鋼筋銹蝕問題卻不斷出現(xiàn)。鋼筋銹蝕后，導致混凝土結(jié)構(gòu)性能的裂化和破壞，主要有如下表現(xiàn)。①鋼筋銹蝕，導致截面積減少，從而使鋼筋的力學性能下降。量的試驗研究表明，對于截面積損失率達5％～10％的鋼筋，其屈服強度和抗拉強度及延伸率均開始下降，對于截面積損失率于10％，但小于60％的嚴重腐蝕，鋼筋各項力學性能指標嚴重下降。如：鋼筋截面積損失率達1.2％、2.4％和5％時，鋼筋混凝土板的承載能力分別下降8％、17％、和25％，鋼筋截面積損失率達60％時，構(gòu)件承載能力降低到與未配筋構(gòu)件相近。②鋼筋腐蝕導致鋼筋與混凝土之間的結(jié)合強度下降，從而不能把鋼筋所受的拉伸強度有效傳遞給混凝土。③鋼筋銹蝕生成腐蝕產(chǎn)物，其體積是基體體積的2～4倍，腐蝕產(chǎn)物在混凝土和鋼筋之間積聚，對混凝土的擠壓力逐漸增，混凝土保護層在這種擠壓力的作用下拉應(yīng)力逐漸加，直到開裂、起鼓、剝落。混凝土保護層破壞后，使鋼筋與混凝土界面結(jié)合強度迅速下降，甚至完全喪失，不但影響結(jié)構(gòu)物的正常使用，甚至使建筑物遭到完全破壞，給國家經(jīng)濟造成重損失。正如Mchta教授在2001年以《21世紀建筑結(jié)構(gòu)的耐久性》為題，發(fā)表的如下主要觀點，“鋼筋腐蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要機理”。鋼筋銹蝕已成為導致鋼筋混凝土建筑物耐久性不足，過早破壞的主要原因，是世界普遍關(guān)注的一災(zāi)害。因此對混凝土中鋼筋的銹蝕問題必須引起重視，并采取相應(yīng)措施防止或減輕鋼筋銹蝕的發(fā)生。本文對鋼筋銹蝕的原因，銹蝕產(chǎn)生的嚴重危害及防治措施進行論述，以期對混凝土中鋼筋銹蝕的預(yù)防有所幫助。
2 鋼筋銹蝕的原因
鋼筋銹蝕的原因有兩個方面：一是鋼筋保護層的碳化，其碳化的原因是混凝土不密實，抗?jié)B性能不足。硬化的混凝土，由于水泥水化，生成氫氧化鈣，故顯堿性，pH值＞12，此時鋼筋表面生成一層穩(wěn)定、致密、鈍化的保護膜，使鋼筋不生銹。當不密實的混凝土置于空氣中或含二氧化碳環(huán)境中時，由于二氧化碳的侵入，混凝土中的氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸鈣等物質(zhì)，其堿性逐漸降低，甚至消失，稱其為混凝土的碳化。當混凝土的pH值＜12時，鋼筋的鈍化膜就不穩(wěn)定，當pH值＜n.5時，鋼筋的鈍化保護膜就遭破壞，鋼筋的銹蝕便開始進行；二是氯離子的含量。據(jù)有關(guān)試驗證明，即便是pH值較高的溶液（如pH值＞13），只要有4～6mg/L的氯離子含量，就足可以破壞鋼筋的鈍化膜，使鋼筋失去鈍化，在水和氧氣的作用下導致鋼筋銹蝕。
3 鋼筋銹蝕對混凝土產(chǎn)生的破壞狀況
鋼筋銹蝕使混凝土的結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞，造成了巨的直接和間接的經(jīng)濟損失。據(jù)2007年出版的有關(guān)文獻記載，量調(diào)查結(jié)果表明，自然環(huán)境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于鋼筋腐蝕造成破壞的情況遍及海港工程、水利工程、公路和橋梁、公共和民用建筑等各種設(shè)施。
在海港工程中，歷年來，我國對沿海港工破壞情況調(diào)查表明，海港工程結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象十分普遍和嚴重，一般使用十余年處于浪濺區(qū)的上層結(jié)構(gòu)就因鋼筋銹蝕而開裂；鋼筋銹蝕原因主要是氯鹽侵蝕而引起的。如20世紀60年代南京水利科學研究院調(diào)查的華南、華東地區(qū)27座海港鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，74％因鋼筋腐蝕而導致結(jié)構(gòu)破壞；1985年對連云港第一和第二碼頭混凝土上部結(jié)構(gòu)調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，具有不同程度的鋼筋銹蝕破壞的縱梁分別占58％和84％，主筋截面最損失率達24％，20世紀70—80年代里建造的天津港碼頭，運行15a左右破壞嚴重部位（碼頭前沿）的構(gòu)件損失率達30％～50％，運行20a左右，損失率就達到50％～90％。
在水利工程中，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國病險水利工程約占工程總量的50％，鋼筋銹蝕是水利工程的主要病害之一，沿海水利工程鋼筋銹蝕主要是氯鹽污染引起的，內(nèi)陸地區(qū)水利工程鋼筋銹蝕主要是空氣中二氧化碳滲入使混凝土碳化而引起的。如1964年—1987年據(jù)江蘇省水科所許冠紹等對61座擋潮閘進行耐久性調(diào)查，發(fā)現(xiàn)鋼筋腐蝕導致上部結(jié)構(gòu)破壞的占87％，其中嚴重破壞的占54％，主筋截面損失率達40％；1988年對40座內(nèi)陸地區(qū)淡水閘的調(diào)查表明，因混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕而導致62％的上部結(jié)構(gòu)破壞；童保權(quán)等1984年調(diào)查的浙江沿海22座使用僅7年到10多年的鋼筋混凝土閘（967個構(gòu)件）中鋼筋腐蝕使混凝土順筋裂縫、剝落、甚至銹斷的構(gòu)件占56％。
在公路和橋梁工程中，隨著我國高速公路和城市立交橋的量建設(shè)，鋼筋腐蝕引起的橋梁破壞問題已開始顯露出來，受氯鹽污染的沿海地區(qū)、鹽漬土地區(qū)和廣撤除冰鹽地區(qū)的高速公路橋和市政橋梁破壞已十分嚴重，并已成為一個非常突出的災(zāi)害性問題。如哈爾濱一慶公路在建成5a后，混凝土就出現(xiàn)嚴重的順筋開裂、剝落和層裂；北京西直門立交橋使用才19a，主要由于除冰鹽造成的鋼筋銹蝕和混凝土剝蝕非常嚴重，不得不于1999年重建；山東沿海的一些鋼筋混凝土公路橋梁，同樣由于鹽害、凍害、和碳化等多種劣化因子作用，投入使用10a左右，混凝土保護層就出現(xiàn)嚴重的開裂、剝落，鋼筋嚴重銹蝕，雖經(jīng)維修加固，2～3a后仍出現(xiàn)腐蝕破壞，甚至有些橋梁需要重建。
在公共、民用建筑工程中，由于在建造時，摻加了氯鹽防凍劑或使用海砂，建成不久就出現(xiàn)鋼筋腐蝕破壞問題。在1979年11月—1980年10月期間，鋼筋混凝土設(shè)計規(guī)范專題組對我國11個有代表性的城市進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)不少鋼筋結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準內(nèi)，有的甚至不到10a就由于鋼筋銹蝕而影響其正常使用。如1985年建造的西安某教學樓，由于加氯鹽作為防凍劑，梁、柱等混凝土構(gòu)件中鋼筋腐蝕嚴重，不得不在次年進行加固修復；深圳和舟山的某些建筑，由于濫用海砂，尚未使用就已發(fā)生鋼筋銹蝕破壞。
鋼筋銹蝕對混凝土結(jié)構(gòu)物造成了嚴重的危害，為了保證混凝土建筑物的正常工作，必須采取措施，防止混凝土中鋼筋的銹蝕。
在建筑工程中，鋼筋混凝土因具有成本低廉、堅固耐用且材料來源廣泛等優(yōu)點而被土木工程的各個領(lǐng)域普遍采用。鋼筋混凝土既保持了混凝土抗壓強度高的特性、又保持了鋼筋很好的抗拉強度，同時鋼筋與混凝土之間有著很好的黏結(jié)力和相近的熱膨脹系數(shù)，混凝土又能對鋼筋起到很好的保護作用，從而使混凝土結(jié)構(gòu)物更好的工作，提高了混凝土的耐久性。所以鋼筋混凝土已成為現(xiàn)代建筑中材料的重要組成部分。
隨著鋼筋混凝土的廣泛應(yīng)用，它的優(yōu)越性得到了進一步的體現(xiàn)。但在使用過程中，混凝土中的鋼筋銹蝕問題卻不斷出現(xiàn)。鋼筋銹蝕后，導致混凝土結(jié)構(gòu)性能的裂化和破壞，主要有如下表現(xiàn)。①鋼筋銹蝕，導致截面積減少，從而使鋼筋的力學性能下降。量的試驗研究表明，對于截面積損失率達5％～10％的鋼筋，其屈服強度和抗拉強度及延伸率均開始下降，對于截面積損失率于10％，但小于60％的嚴重腐蝕，鋼筋各項力學性能指標嚴重下降。如：鋼筋截面積損失率達1.2％、2.4％和5％時，鋼筋混凝土板的承載能力分別下降8％、17％、和25％，鋼筋截面積損失率達60％時，構(gòu)件承載能力降低到與未配筋構(gòu)件相近。②鋼筋腐蝕導致鋼筋與混凝土之間的結(jié)合強度下降，從而不能把鋼筋所受的拉伸強度有效傳遞給混凝土。③鋼筋銹蝕生成腐蝕產(chǎn)物，其體積是基體體積的2～4倍，腐蝕產(chǎn)物在混凝土和鋼筋之間積聚，對混凝土的擠壓力逐漸增，混凝土保護層在這種擠壓力的作用下拉應(yīng)力逐漸加，直到開裂、起鼓、剝落。混凝土保護層破壞后，使鋼筋與混凝土界面結(jié)合強度迅速下降，甚至完全喪失，不但影響結(jié)構(gòu)物的正常使用，甚至使建筑物遭到完全破壞，給國家經(jīng)濟造成重損失。正如Mchta教授在2001年以《21世紀建筑結(jié)構(gòu)的耐久性》為題，發(fā)表的如下主要觀點，“鋼筋腐蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要機理”。鋼筋銹蝕已成為導致鋼筋混凝土建筑物耐久性不足，過早破壞的主要原因，是世界普遍關(guān)注的一災(zāi)害。因此對混凝土中鋼筋的銹蝕問題必須引起重視，并采取相應(yīng)措施防止或減輕鋼筋銹蝕的發(fā)生。本文對鋼筋銹蝕的原因，銹蝕產(chǎn)生的嚴重危害及防治措施進行論述，以期對混凝土中鋼筋銹蝕的預(yù)防有所幫助。
2 鋼筋銹蝕的原因
鋼筋銹蝕的原因有兩個方面：一是鋼筋保護層的碳化，其碳化的原因是混凝土不密實，抗?jié)B性能不足。硬化的混凝土，由于水泥水化，生成氫氧化鈣，故顯堿性，pH值＞12，此時鋼筋表面生成一層穩(wěn)定、致密、鈍化的保護膜，使鋼筋不生銹。當不密實的混凝土置于空氣中或含二氧化碳環(huán)境中時，由于二氧化碳的侵入，混凝土中的氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸鈣等物質(zhì)，其堿性逐漸降低，甚至消失，稱其為混凝土的碳化。當混凝土的pH值＜12時，鋼筋的鈍化膜就不穩(wěn)定，當pH值＜n.5時，鋼筋的鈍化保護膜就遭破壞，鋼筋的銹蝕便開始進行；二是氯離子的含量。據(jù)有關(guān)試驗證明，即便是pH值較高的溶液（如pH值＞13），只要有4～6mg/L的氯離子含量，就足可以破壞鋼筋的鈍化膜，使鋼筋失去鈍化，在水和氧氣的作用下導致鋼筋銹蝕。
3 鋼筋銹蝕對混凝土產(chǎn)生的破壞狀況
鋼筋銹蝕使混凝土的結(jié)構(gòu)遭到嚴重破壞，造成了巨的直接和間接的經(jīng)濟損失。據(jù)2007年出版的有關(guān)文獻記載，量調(diào)查結(jié)果表明，自然環(huán)境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于鋼筋腐蝕造成破壞的情況遍及海港工程、水利工程、公路和橋梁、公共和民用建筑等各種設(shè)施。
在海港工程中，歷年來，我國對沿海港工破壞情況調(diào)查表明，海港工程結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象十分普遍和嚴重，一般使用十余年處于浪濺區(qū)的上層結(jié)構(gòu)就因鋼筋銹蝕而開裂；鋼筋銹蝕原因主要是氯鹽侵蝕而引起的。如20世紀60年代南京水利科學研究院調(diào)查的華南、華東地區(qū)27座海港鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，74％因鋼筋腐蝕而導致結(jié)構(gòu)破壞；1985年對連云港第一和第二碼頭混凝土上部結(jié)構(gòu)調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，具有不同程度的鋼筋銹蝕破壞的縱梁分別占58％和84％，主筋截面最損失率達24％，20世紀70—80年代里建造的天津港碼頭，運行15a左右破壞嚴重部位（碼頭前沿）的構(gòu)件損失率達30％～50％，運行20a左右，損失率就達到50％～90％。
在水利工程中，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國病險水利工程約占工程總量的50％，鋼筋銹蝕是水利工程的主要病害之一，沿海水利工程鋼筋銹蝕主要是氯鹽污染引起的，內(nèi)陸地區(qū)水利工程鋼筋銹蝕主要是空氣中二氧化碳滲入使混凝土碳化而引起的。如1964年—1987年據(jù)江蘇省水科所許冠紹等對61座擋潮閘進行耐久性調(diào)查，發(fā)現(xiàn)鋼筋腐蝕導致上部結(jié)構(gòu)破壞的占87％，其中嚴重破壞的占54％，主筋截面損失率達40％；1988年對40座內(nèi)陸地區(qū)淡水閘的調(diào)查表明，因混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕而導致62％的上部結(jié)構(gòu)破壞；童保權(quán)等1984年調(diào)查的浙江沿海22座使用僅7年到10多年的鋼筋混凝土閘（967個構(gòu)件）中鋼筋腐蝕使混凝土順筋裂縫、剝落、甚至銹斷的構(gòu)件占56％。
在公路和橋梁工程中，隨著我國高速公路和城市立交橋的量建設(shè)，鋼筋腐蝕引起的橋梁破壞問題已開始顯露出來，受氯鹽污染的沿海地區(qū)、鹽漬土地區(qū)和廣撤除冰鹽地區(qū)的高速公路橋和市政橋梁破壞已十分嚴重，并已成為一個非常突出的災(zāi)害性問題。如哈爾濱一慶公路在建成5a后，混凝土就出現(xiàn)嚴重的順筋開裂、剝落和層裂；北京西直門立交橋使用才19a，主要由于除冰鹽造成的鋼筋銹蝕和混凝土剝蝕非常嚴重，不得不于1999年重建；山東沿海的一些鋼筋混凝土公路橋梁，同樣由于鹽害、凍害、和碳化等多種劣化因子作用，投入使用10a左右，混凝土保護層就出現(xiàn)嚴重的開裂、剝落，鋼筋嚴重銹蝕，雖經(jīng)維修加固，2～3a后仍出現(xiàn)腐蝕破壞，甚至有些橋梁需要重建。
在公共、民用建筑工程中，由于在建造時，摻加了氯鹽防凍劑或使用海砂，建成不久就出現(xiàn)鋼筋腐蝕破壞問題。在1979年11月—1980年10月期間，鋼筋混凝土設(shè)計規(guī)范專題組對我國11個有代表性的城市進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)不少鋼筋結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準內(nèi)，有的甚至不到10a就由于鋼筋銹蝕而影響其正常使用。如1985年建造的西安某教學樓，由于加氯鹽作為防凍劑，梁、柱等混凝土構(gòu)件中鋼筋腐蝕嚴重，不得不在次年進行加固修復；深圳和舟山的某些建筑，由于濫用海砂，尚未使用就已發(fā)生鋼筋銹蝕破壞。
鋼筋銹蝕對混凝土結(jié)構(gòu)物造成了嚴重的危害，為了保證混凝土建筑物的正常工作，必須采取措施，防止混凝土中鋼筋的銹蝕。
