城市建筑鋼材的銹蝕與防護(hù)

付 坤

（云南元強(qiáng)經(jīng)貿(mào)有限公司，云南 昆明 650000）

根據(jù)住建部門的統(tǒng)計(jì)，近十年來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)地區(qū)建筑鋼材使用量大幅增加，在深層次滿足鋼材建筑需求的基礎(chǔ)上，也導(dǎo)致了各種鋼筋銹蝕等問(wèn)題的出現(xiàn)，給城市鋼材建筑帶來(lái)了很大困擾。從全國(guó)范圍內(nèi)來(lái)看，鋼材建筑在不斷增多，非常著名的有鳥(niǎo)巢等，而且鋼材建筑與民用建筑工程也有了非常深入的結(jié)合。隨著人們對(duì)于質(zhì)量、安全等要求的不斷提高，對(duì)于建筑鋼材結(jié)構(gòu)的可靠性及耐久性都提出了更高的要求。在建筑鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員將更多的精力用到了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念與方法上，突出了建筑結(jié)構(gòu)對(duì)地震等的防范應(yīng)對(duì)，沒(méi)有對(duì)鋼材銹蝕給予應(yīng)有的重視，沒(méi)有將銹蝕與結(jié)構(gòu)抗震性能的弱化相聯(lián)系。同時(shí)，鋼材結(jié)構(gòu)對(duì)于空氣當(dāng)當(dāng)中的水分等防范能力較為有限，長(zhǎng)時(shí)間處于被侵蝕的狀態(tài)，這些都增加了建筑鋼材銹蝕的規(guī)模與程度。研究發(fā)現(xiàn)，鋼材銹蝕不僅會(huì)削弱鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的基本性能，而且還會(huì)導(dǎo)致鋼材力學(xué)性能指標(biāo)的持續(xù)性衰減，這樣整體鋼材建筑的可靠性就會(huì)大打折扣。所有，對(duì)城鎮(zhèn)建筑鋼材銹蝕與防護(hù)進(jìn)行有效研究具有非常重要的意義。

1 鋼筋銹蝕的危害

在建筑鋼材投入使用后，受到水分等的持續(xù)性作用，混凝土當(dāng)中的鋼筋銹蝕問(wèn)題會(huì)逐步顯現(xiàn)出來(lái)。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于直接暴露在自然環(huán)境尤其是潮濕等惡劣環(huán)境中的鋼材，會(huì)受到更為嚴(yán)重的侵蝕。以往，曾經(jīng)發(fā)生多多起建筑工程傾斜、坍塌等的事故，仔細(xì)分析原因，不難發(fā)現(xiàn)，這些都與鋼筋銹蝕存在著直接或者間接性的聯(lián)系，在鋼筋被大面積的侵蝕后，會(huì)讓混凝土結(jié)構(gòu)性能出現(xiàn)一定的裂化與破壞，這種損害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，由于銹蝕面積的增大，截面積會(huì)明顯減少，對(duì)于鋼筋自身力學(xué)性能的維持不利。從以往的一些試驗(yàn)分析，如果鋼筋表面的截面積實(shí)際損失達(dá)到了5%～10%，會(huì)嚴(yán)重影響鋼筋的延伸率、屈服強(qiáng)度等，如果截面積損失超過(guò)了10%，但是腐蝕強(qiáng)度小于60%，會(huì)對(duì)鋼筋力學(xué)指標(biāo)構(gòu)成嚴(yán)重的影響。例如，在鋼筋截面積損失率達(dá)到了1.2%、2.4%和5%的時(shí)候，與之相對(duì)應(yīng)的鋼筋混凝土板表現(xiàn)出的承載力會(huì)直接下降8%、17%、和25%，在鋼筋截面積損失率達(dá)到甚至超過(guò)60%的時(shí)候，鋼筋構(gòu)件的基本作用就接近于0。再次，在鋼筋出現(xiàn)了銹蝕，鋼筋與混凝土的結(jié)合強(qiáng)度會(huì)不斷下降，這樣鋼筋受到的拉伸強(qiáng)度就不能向混凝土進(jìn)行有效的傳遞。再次，鋼筋在持續(xù)銹蝕作用下，會(huì)產(chǎn)生大量的腐蝕產(chǎn)物，這些腐蝕產(chǎn)物的體積超過(guò)了基體體積2倍～4倍，隨著時(shí)間的推移，會(huì)導(dǎo)致大量的腐蝕產(chǎn)物在鋼筋與混凝土之間聚集，這樣混凝土最終會(huì)受到更大的擠壓力作用，受到這種擠壓力的持續(xù)性作用，混凝土保護(hù)層所體現(xiàn)出的拉應(yīng)力會(huì)明顯的增大，在達(dá)到一定的極限情況下，會(huì)導(dǎo)致起鼓、開(kāi)裂等現(xiàn)象的出現(xiàn)。在混凝土的保護(hù)層受到了一定程度破壞后，會(huì)對(duì)鋼筋和混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度構(gòu)成直接的影響，有的甚至?xí)霈F(xiàn)結(jié)合強(qiáng)度為0的情況，這對(duì)于結(jié)構(gòu)物的有效使用不利，也容易導(dǎo)致建筑物整體層面的損壞，建筑工程其原有的價(jià)值目標(biāo)就難以實(shí)現(xiàn)，實(shí)際造成的經(jīng)濟(jì)損失也是無(wú)法挽回的[1]。所以，對(duì)于鋼筋銹蝕的危害性，一定要給予足夠的重視，切實(shí)將其與社會(huì)安全、人民群眾根本利益維護(hù)結(jié)合起來(lái)，這樣才能確保當(dāng)前不斷增多的城市鋼材建筑工程的安全，減少各類鋼材建筑安全事故的發(fā)生。

2 鋼筋銹蝕的原因分析

在全球化的進(jìn)程中，使用鋼筋進(jìn)行施工建設(shè)的建筑工程數(shù)量非常多，鋼材銹蝕也是一個(gè)世界性的問(wèn)題，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，圍繞著鋼材銹蝕的研究逐步增多，相繼形成了各種類型的研究成果。結(jié)合大量的研究，導(dǎo)致鋼筋銹蝕的原因可以歸結(jié)為兩個(gè)方面：首先，是鋼筋保護(hù)層出現(xiàn)了一定程度的碳化，導(dǎo)致這種碳化情況出現(xiàn)的原因非常多，混凝土密實(shí)度不夠是最為重要的影響因素，降低了基本的抗?jié)B性。如果混凝土出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的碳化，水泥水化，就會(huì)導(dǎo)致大量氫氧化鈣的產(chǎn)生，pH值＞12，這樣在鋼材的表面就會(huì)出現(xiàn)一層保護(hù)膜，這層保護(hù)膜具有非常強(qiáng)的穩(wěn)定性、致密性。但是，當(dāng)這種密實(shí)度不夠的混凝土被放置到空間等當(dāng)中的時(shí)候，會(huì)受到二氧化碳持續(xù)的作用影響，二氧化碳就會(huì)和混凝土當(dāng)中的氫氧化鈣產(chǎn)生反應(yīng)，生成碳酸鈣等物質(zhì)，這樣堿性會(huì)不斷的降低，這就是混凝土的碳化。在混凝土PH值＜12的時(shí)候，鋼筋自身的鈍化膜就表面出了一定的活潑性，而在pH值＜n.5的時(shí)候，鋼筋表面原有的鈍化膜會(huì)被嚴(yán)重的損壞，這種情況下鋼筋的銹蝕就開(kāi)始出現(xiàn)了。二是氯離子的含量，結(jié)合大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果PH值較高，例如超過(guò)了13，這種情況下如果氯離子的含量是4mg/L～6mg/L，也會(huì)對(duì)鋼筋的鈍化膜構(gòu)成嚴(yán)重的破壞，鋼筋表面的鈍化性會(huì)一步步降低，受到氧氣與水分等的持續(xù)作用，就會(huì)不斷出現(xiàn)鋼筋銹蝕的情況。

3 鋼筋銹蝕的防護(hù)措施

研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)不同程度銹蝕因素主要集中在自然環(huán)境的濕度、溫度、侵蝕介質(zhì)、鋼材的質(zhì)量等方面上，導(dǎo)致鋼材出現(xiàn)銹蝕的原因較為復(fù)雜。理論上，一般將鋼材腐蝕分成為兩個(gè)種類：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐。所以，在防范鋼材出現(xiàn)腐蝕情況上，需要對(duì)鋼材自身的易腐蝕性進(jìn)行有效防控，將可能對(duì)鋼材形成侵蝕的介質(zhì)因素予以有效防范，并且對(duì)鋼材表面的電化學(xué)過(guò)程做到有效改變，這是防范鋼筋銹蝕的三個(gè)重要方面。

3.1 采用耐候鋼

所謂耐候鋼就是在低合金鋼與碳素鋼當(dāng)中放入一定量的銅、鉻、鎳、鉬等合金元素而制成。這種類型的鋼材在自然大氣環(huán)境中可以形成一種成效性非常好的保護(hù)層，具有非常強(qiáng)的保護(hù)作用，在滿足鋼材的高質(zhì)量焊接上也有著重要作用。從強(qiáng)度級(jí)別上看，耐候鋼和低合金鋼等是相同的，相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)也具有明顯的相似性，但是在抗腐蝕性能上卻表現(xiàn)相當(dāng)突出。

3.2 涂覆保護(hù)膜

通過(guò)使用涂覆保護(hù)膜，可以將鋼材與周圍的環(huán)境介質(zhì)形成有效隔離，可以防范氧化銹蝕反應(yīng)的發(fā)生，也消除了原電池被腐蝕的可能性。例如，在當(dāng)前常見(jiàn)的有在建筑鋼材上涂刷塑料、防銹涂料等，或者噴鍍鋁等形成專門的保護(hù)層。

3.3 電化學(xué)防腐

當(dāng)前，一般將電化學(xué)防腐分成為陰極保護(hù)與陽(yáng)極保護(hù)兩個(gè)種類，這種防腐主要是應(yīng)用到難以涂抹保護(hù)膜的鋼結(jié)構(gòu)上。陰極保護(hù)就是在被保護(hù)的鋼材表面按照相應(yīng)的尺寸焊接一塊更為活潑的金屬材料，常見(jiàn)的材質(zhì)類型有鎂、鋅等，使金屬成為腐蝕電池的陽(yáng)極被腐蝕，鋼材為陰板得到保護(hù)。陽(yáng)極保護(hù)，就是在鋼材周邊設(shè)置一定量的難熔金屬，將直流電源從外部與其進(jìn)行連接，而將負(fù)極與被保護(hù)的鋼材結(jié)構(gòu)相連接，通電后難熔金屬成為陽(yáng)極而被腐蝕，鋼材成為陰極得到保護(hù)[2]。

3.4 混凝土中鋼筋防腐

在鋼筋混凝土當(dāng)中，會(huì)應(yīng)用到非常多的鋼筋，在水泥水化過(guò)程中會(huì)形成數(shù)量相當(dāng)多的氫氧化鈣，PH值會(huì)＞12，這是一種非常理想的堿性環(huán)境，可以形成良好的鈍化膜，從而對(duì)鋼筋進(jìn)行有效的防腐蝕。但是，隨著混凝土碳化情況的嚴(yán)重，PGH值會(huì)逐步下降，鋼筋表面原來(lái)形成的鈍化膜會(huì)被嚴(yán)重的損壞，在水分等持續(xù)作用下，鋼筋就會(huì)出現(xiàn)大面積的電化學(xué)腐蝕情況。

3.5 控制保護(hù)層厚度

從實(shí)際來(lái)看，通過(guò)使用不銹鋼等進(jìn)行鋼筋防腐蝕，雖然具有非常好的成效性，但是對(duì)于大型的建筑工程，實(shí)際成本開(kāi)支非常大，這往往是難以有效落實(shí)的。為此，在實(shí)際建筑鋼材應(yīng)用上，需要對(duì)混凝土保護(hù)層的基本厚度進(jìn)行有效控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)碳化的有效控制，減緩鋼筋出現(xiàn)腐蝕的速度[3]。

3.6 將高效減水劑摻入到混凝土當(dāng)中

隨著當(dāng)前建筑工程越來(lái)越復(fù)雜，每一個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中實(shí)際使用到的混凝土數(shù)量在不斷增多，對(duì)于混凝土性能的控制，是影響鋼筋使用壽命的一個(gè)重要影響因素。大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，可以將一定數(shù)量的減水劑摻入到混凝土當(dāng)中，通過(guò)減水劑與混凝土發(fā)生一定的反應(yīng)，這樣可以將混凝土當(dāng)中的水分進(jìn)行有效的吸收與減少，所使用混凝土的密實(shí)度可以得到顯著提升，這樣用到混凝土當(dāng)中的鋼筋發(fā)生銹蝕的可能性會(huì)大大減少，從而最大限度延長(zhǎng)了鋼筋類型建筑的使用壽命。結(jié)合住建部門的相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)前二線以上城市的高層與城高層建筑當(dāng)中，對(duì)于減水劑的使用已經(jīng)較為普及，在當(dāng)前建筑工程施工當(dāng)中，占比超過(guò)了60%以上，由此可以看出減水劑對(duì)于建筑工程鋼筋防銹蝕的重要性。

3.7 將硅酸鹽水泥或者普通品質(zhì)的硅酸鹽水泥有效的應(yīng)用到二氧化碳濃度偏高的地區(qū)

結(jié)合對(duì)工業(yè)區(qū)、居民區(qū)等不同環(huán)境區(qū)域的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，工業(yè)區(qū)周邊及上空大氣當(dāng)中的二氧化碳含量非常高，高含量的二氧化碳對(duì)混凝土當(dāng)中的鋼筋具有非常強(qiáng)的腐蝕性作用，能夠增加鋼筋與大氣當(dāng)中的水分等進(jìn)行反應(yīng)的可能性。從有效防范鋼筋銹蝕的角度出發(fā)，可以在二氧化碳濃度高的工業(yè)區(qū)采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，這樣可以有效應(yīng)對(duì)高濃度的二氧化碳空氣環(huán)境，降低二氧化碳對(duì)混凝土鋼筋等的不利影響。

3.8 對(duì)應(yīng)用到建筑工程當(dāng)中的鋼筋質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)

在當(dāng)前形勢(shì)下，各地城鎮(zhèn)化發(fā)展步伐不斷加快，各種形式的高層、超高層建筑工程不斷增多，實(shí)際應(yīng)用到的鋼筋混凝土數(shù)量直線增多，對(duì)于滿足便捷高質(zhì)量建筑工程施工需要具有重要作用，尤其是通過(guò)鋼筋的應(yīng)用，可以縮短施工工期，對(duì)于提高建筑工程當(dāng)中的經(jīng)濟(jì)效益也有著重要作用。但是，通過(guò)以往的建筑施工可以看出，鋼筋混凝土對(duì)于建筑工程有著非常直接的質(zhì)量、安全影響。如果在建筑工程施工之前，沒(méi)有充分把握鋼筋的質(zhì)量，選擇了一些存在著銹蝕情況的鋼筋，就會(huì)增加鋼筋大面積出現(xiàn)銹蝕的可能性。為此，在建筑工程施工過(guò)程中，需要嚴(yán)格把握應(yīng)用到建筑工程當(dāng)中的鋼筋質(zhì)量，對(duì)于建筑工程而言，需要組織專門的技術(shù)人員對(duì)鋼筋質(zhì)量、數(shù)量等進(jìn)行專業(yè)把關(guān)，確保所選用的鋼筋質(zhì)量符合建筑工程施工特點(diǎn)及行業(yè)基本要求，這樣才能從源頭上對(duì)鋼筋出現(xiàn)銹蝕等的可能性進(jìn)行有效防控。按照國(guó)家有關(guān)規(guī)范規(guī)定，明顯銹蝕的鋼筋不宜使用，有浮銹的鋼筋在使用前必須進(jìn)行除銹處理，這對(duì)于保障建筑工程整體質(zhì)量安全都有著深刻的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，各地在城市建筑工程上的投入不斷加大，各種類型的建筑工程不斷增多，實(shí)際應(yīng)用到的鋼筋等施工材料越來(lái)越多，通過(guò)使用鋼筋施工材料，可以提高建筑工程的施工進(jìn)度，對(duì)于保障施工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也發(fā)揮著重要作用。但是，由于鋼筋等施工材料的特殊性，在建筑工程施工及后續(xù)竣工使用當(dāng)中，容易受到自然空氣、水分等的侵蝕影響，鋼筋會(huì)出現(xiàn)不同程度的銹蝕情況，從而會(huì)嚴(yán)重危害到建筑工程的質(zhì)量安全。所以，本篇文章從城市建筑鋼材的角度切入，對(duì)鋼材出現(xiàn)銹蝕的危害進(jìn)行了分析，介紹了鋼材出現(xiàn)銹蝕的原因，進(jìn)而對(duì)怎樣更好對(duì)銹蝕進(jìn)行防護(hù)進(jìn)行了科學(xué)探討，這對(duì)于城市現(xiàn)代建筑的保護(hù)性應(yīng)用具有重要意義。