鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕原理的研究

馬俊濤　劉曉江

摘 要：鋼筋混凝土材料是現(xiàn)在建筑中運(yùn)用最廣泛的材料，然而混凝土中鋼筋的銹蝕大大減少的鋼筋混凝土材料的壽命，本文對(duì)鋼筋混凝土材料中鋼筋的銹蝕原理做出的詳細(xì)的說(shuō)明，并且給出了混凝土中防止鋼筋銹蝕的措施，有效保護(hù)鋼筋。

關(guān)鍵詞：混凝土；鋼筋；銹蝕

1 引言

混凝土有很強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度，然而抗拉強(qiáng)度卻很低，大約是抗拉強(qiáng)度的0.1倍。鋼筋具有很強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，而且與混凝土的溫度線膨脹系數(shù)十分接近，并且它們之間有很好的粘結(jié)作用，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能很好的發(fā)揮出這兩種材料的性能，因此鋼筋混凝土構(gòu)件廣泛應(yīng)用于現(xiàn)在的工程建筑中。但是鋼筋會(huì)發(fā)生銹蝕，鐵銹不具備鐵的力學(xué)性能，使得所配置鋼筋的有效截面減小。而且鐵銹相對(duì)于鐵來(lái)說(shuō)，體積增大了2-6倍，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層發(fā)生開(kāi)裂破壞，嚴(yán)重的話會(huì)導(dǎo)致混凝土保護(hù)層發(fā)生脫落，從而降低原鋼筋混凝土構(gòu)件的耐久性，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕機(jī)理的研究

鋼筋的銹蝕是指其表面與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而遭到的破壞過(guò)程。混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕可分為自然電化學(xué)服飾和雜散電流腐蝕，對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，還可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕（腐蝕與拉應(yīng)力作用下鋼筋產(chǎn)生晶粒間或跨晶粒斷裂現(xiàn)象）或氫脆腐蝕（由于與鐵作用或雜散電流陰極腐蝕產(chǎn)生氫原子或氫氣的腐蝕現(xiàn)象）。 總的來(lái)說(shuō)鋼筋的銹蝕可分為化學(xué)銹蝕與電化學(xué)銹蝕。

2.1 化學(xué)銹蝕

化學(xué)銹蝕是指鋼材直接與周圍的介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成鐵銹的過(guò)程。多數(shù)是鋼材本身與氧氣和水反應(yīng)生成或者的過(guò)程。

2.2 電化學(xué)銹蝕

電化學(xué)銹蝕是鋼材發(fā)生銹蝕的最主要的形式。它是指由于鋼筋和電解質(zhì)溶液（主要是水）組成原電池而引起的鋼筋的銹蝕。潮濕環(huán)境中鋼筋被一層電解質(zhì)水所包圍，而鋼材中含有鐵、碳等多種成分，由于這些成分的電極電位不同，從而鋼的表面層在電解質(zhì)溶液中構(gòu)成也鐵素體為負(fù)極，以滲碳體為正極的原電池。在負(fù)極發(fā)生的負(fù)極反應(yīng)

在正極發(fā)生正極反應(yīng)

然后與在正極附近生成不溶于水的，并進(jìn)一步被氧化成為疏松易剝落的紅棕色鐵銹。

3 引起混凝土中鋼筋發(fā)生銹蝕的原因和防護(hù)方法

引起鋼筋發(fā)生銹蝕的原因也很多，如：鋼筋本身的組織成分、混凝土的碳化、堿-集料反應(yīng)、混凝土的氯離子侵蝕等都可以直接或間接的導(dǎo)致鋼筋銹蝕或加快鋼筋的銹蝕。接下來(lái)我來(lái)一一說(shuō)明。

3.1 鋼筋本身的組織原因

鋼材中含有鐵、硅、碳、錳、硫、磷、氧、氮等元素。假設(shè)鋼筋中的碳元素是均勻分布的，則隨著碳元素含量的增加，則鋼筋形成原電池的數(shù)目也相應(yīng)的會(huì)變多，導(dǎo)致鋼筋的銹蝕速度大大加快，因此建筑中一般都選用低鋼筋。

3.2 混凝土的碳化

大氣中的與水泥石中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土的pH值下降的過(guò)程稱為混凝土的碳化。由于空氣中的能與混凝土中的發(fā)生反應(yīng)生成，從而消耗掉，而導(dǎo)致混凝土的pH值下降。在常溫，鋼材表面能形成起保護(hù)作用的氧化膜（FeO）薄層，稱為鈍化膜，可以防止鋼材進(jìn)一步銹蝕。當(dāng)pH值下降到11.5左右時(shí)，鈍化膜不再穩(wěn)定，當(dāng)pH值降至9～10時(shí)，鈍化膜對(duì)鋼筋的保護(hù)作用完全破壞。這時(shí)鋼筋就很容易發(fā)生前文所說(shuō)的電化學(xué)銹蝕和化學(xué)銹蝕。所以減慢混凝土的碳化可以放慢鋼筋銹蝕的速度。減慢混凝土碳化的措施有使用低滲透性混凝土或在混凝土表面使用涂層隔離二氧化碳。

3.3 堿-集料反應(yīng)

堿-集料反應(yīng)是指混凝土中的堿活性的集料間發(fā)生的膨脹性反應(yīng)，引起明顯的混凝土體積膨脹和開(kāi)裂。導(dǎo)致空氣中的水分和氧氣能輕易的進(jìn)入混凝土中，減弱了混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，使得鋼筋直接暴露在空氣中，從而加速了鋼筋的銹蝕。因此如果能避免混凝土堿-集料反應(yīng)則可以有效的減少鋼筋的銹蝕。預(yù)防堿-集料反應(yīng)的措施有采用低堿水泥、避免使用活性集料、摻用引氣劑以及減少水灰比及摻加火山灰質(zhì)混合材料。

3.4 混凝土的氯離子侵蝕

氯離子有很強(qiáng)的穿透氧化膜的能力，在氧化物內(nèi)層（鐵與氧化物界面）形成易溶的，是氧化膜局部溶解并遭受到破壞，形成坑蝕現(xiàn)象 。從而在有電解質(zhì)溶液的情況下形成原電池，使得鋼筋發(fā)生電化學(xué)銹蝕。沿?；炷两Y(jié)構(gòu)及海洋工程混凝土結(jié)構(gòu)容易受到氯離子的侵蝕。因此如要減緩氯離子的侵蝕，能采取的措施是增加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)層厚度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要講述的是在鋼筋混凝土制作階段的鋼筋的防銹蝕措施。隨著鋼筋混凝土在人類生活中被廣泛使用，如何預(yù)防鋼筋的銹蝕將成為人類的關(guān)注點(diǎn)。做好鋼筋的防銹蝕，將使人們節(jié)省大量的維修費(fèi)用和增加鋼筋混凝土構(gòu)件的耐久性，我相信在未來(lái)會(huì)有更加方便和有效的方法來(lái)預(yù)防鋼筋混凝土的銹蝕。

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