混凝土中鋼筋銹蝕的原因及危害和預(yù)防措施

1、混凝土中鋼筋銹蝕的原因及危害和預(yù)防措施摘要：鋼筋銹蝕是混凝土工程耐久性的主要病害之一，所以防止鋼筋銹蝕對(duì)提高混凝土耐久性尤為重要。現(xiàn)論述了混凝土中鋼筋銹蝕的原因及造成的嚴(yán)重危害，并提出了在實(shí)際工程施工中，采取提高混凝土抗?jié)B性、防止氯離子侵入等辦法來(lái)防止鋼筋銹蝕，為減少危害、提高混凝土的耐久性提供了重要依據(jù)。  關(guān)鍵詞：鋼筋銹蝕；碳化；氯離子侵入；抗?jié)B；密實(shí)度   1概述    在建筑工程中，鋼筋混凝土因具有成本低廉、堅(jiān)固耐用且材料來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)而被土木工程的各個(gè)領(lǐng)域普遍采用。鋼筋混凝土既保持了混凝土抗壓強(qiáng)度高的特性、又保持了鋼筋很好的抗拉強(qiáng)度，

2、同時(shí)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(duì)鋼筋起到很好的保護(hù)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(jìn)一步的體現(xiàn)。但在使用過(guò)程中，混凝土中的鋼筋銹蝕問(wèn)題卻不斷出現(xiàn)。鋼筋銹蝕后，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)性能的裂化和破壞，主要有如下表現(xiàn)。鋼筋銹蝕，導(dǎo)致截面積減少，從而使鋼筋的力學(xué)性能下降。大量的試驗(yàn)研究表明，對(duì)于截面積損失率達(dá)510的鋼筋，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度及延伸率均開(kāi)始下降，對(duì)于截面積損失率大于10，但小于60的嚴(yán)重腐蝕，鋼筋各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)嚴(yán)重下降。如：

3、鋼筋截面積損失率達(dá)1.2、2.4和5時(shí)，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(dá)60時(shí)，構(gòu)件承載能力降低到與未配筋構(gòu)件相近。鋼筋腐蝕導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度下降，從而不能把鋼筋所受的拉伸強(qiáng)度有效傳遞給混凝土。鋼筋銹蝕生成腐蝕產(chǎn)物，其體積是基體體積的24倍，腐蝕產(chǎn)物在混凝土和鋼筋之間積聚，對(duì)混凝土的擠壓力逐漸增大，混凝土保護(hù)層在這種擠壓力的作用下拉應(yīng)力逐漸加大，直到開(kāi)裂、起鼓、剝落?；炷帘Ｗo(hù)層破壞后，使鋼筋與混凝土界面結(jié)合強(qiáng)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(guó)家經(jīng)濟(jì)造成重大損失。正如Mchta教授在2001年以21世

4、紀(jì)建筑結(jié)構(gòu)的耐久性為題，發(fā)表的如下主要觀點(diǎn)，“鋼筋腐蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要機(jī)理”。鋼筋銹蝕已成為導(dǎo)致鋼筋混凝土建筑物耐久性不足，過(guò)早破壞的主要原因，是世界普遍關(guān)注的一大災(zāi)害。因此對(duì)混凝土中鋼筋的銹蝕問(wèn)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(duì)鋼筋銹蝕的原因，銹蝕產(chǎn)生的嚴(yán)重危害及防治措施進(jìn)行論述，以期對(duì)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(gè)方面：一是鋼筋保護(hù)層的碳化，其碳化的原因是混凝土不密實(shí)，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(shí)鋼筋表面生

5、成一層穩(wěn)定、致密、鈍化的保護(hù)膜，使鋼筋不生銹。當(dāng)不密實(shí)的混凝土置于空氣中或含二氧化碳環(huán)境中時(shí)，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(chēng)其為混凝土的碳化。當(dāng)混凝土的pH值12時(shí)，鋼筋的鈍化膜就不穩(wěn)定，當(dāng)pH值n.5時(shí)，鋼筋的鈍化保護(hù)膜就遭破壞，鋼筋的銹蝕便開(kāi)始進(jìn)行；二是氯離子的含量。據(jù)有關(guān)試驗(yàn)證明，即便是pH值較高的溶液(如pH值13)，只要有46mg/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(dǎo)致鋼筋銹蝕。    3鋼筋銹蝕對(duì)混凝土產(chǎn)生的破壞狀況    鋼筋銹蝕

6、使混凝土的結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，造成了巨大的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)2007年出版的有關(guān)文獻(xiàn)記載，大量調(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(lái)，我國(guó)對(duì)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(yán)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(kāi)裂；鋼筋銹蝕原因主要是氯鹽侵蝕而引起的。如20世紀(jì)60年代南京水利科學(xué)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞；1985年對(duì)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

7、度的鋼筋銹蝕破壞的縱梁分別占58和84，主筋截面最大損失率達(dá)24，20世紀(jì)7080年代里建造的天津港碼頭，運(yùn)行15a左右破壞嚴(yán)重部位(碼頭前沿)的構(gòu)件損失率達(dá)3050，運(yùn)行20a左右，損失率就達(dá)到5090。  在水利工程中，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)病險(xiǎn)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(duì)61座擋潮閘進(jìn)行耐久性調(diào)查，發(fā)現(xiàn)鋼筋腐蝕導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)破壞的占87，其中嚴(yán)重破壞的占54，主筋截面損失率達(dá)40；1988年對(duì)4

8、0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(dǎo)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(gè)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(guó)高速公路和城市立交橋的大量建設(shè)，鋼筋腐蝕引起的橋梁破壞問(wèn)題已開(kāi)始顯露出來(lái)，受氯鹽污染的沿海地區(qū)、鹽漬土地區(qū)和廣大撤除冰鹽地區(qū)的高速公路橋和市政橋梁破壞已十分嚴(yán)重，并已成為一個(gè)非常突出的災(zāi)害性問(wèn)題。如哈爾濱一大慶公路在建成5a后，混凝土就出現(xiàn)嚴(yán)重的順筋開(kāi)裂、剝落和層裂；北京西直門(mén)立交橋使用才19a，主要由于除冰鹽造成的鋼筋銹蝕和混凝

9、土剝蝕非常嚴(yán)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(hù)層就出現(xiàn)嚴(yán)重的開(kāi)裂、剝落，鋼筋嚴(yán)重銹蝕，雖經(jīng)維修加固，23a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(shí)，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(wèn)題。在1979年11月1980年10月期間，鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范專(zhuān)題組對(duì)我國(guó)11個(gè)有代表性的城市進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)不少鋼筋結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)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(xué)樓，由于加氯鹽作為防凍劑，梁

10、、柱等混凝土構(gòu)件中鋼筋腐蝕嚴(yán)重，不得不在次年進(jìn)行加固修復(fù)；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(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物造成了嚴(yán)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。    4鋼筋銹蝕的預(yù)防措施    通過(guò)大量的調(diào)查研究證明，鋼筋銹蝕的原因正是由于混凝土保護(hù)層的碳化和氯離子的侵入而造成的，為了防止鋼筋銹蝕，必須防止混凝土的碳化或減慢碳化速度和防止氯離子的侵入。而混凝土碳化又是由于混凝土抗?jié)B性能不足引起的，所以為防止碳化，必須提高混凝土的抗?jié)B性。其方法有：降低水灰比。混凝土是

11、由水泥、粗、細(xì)骨料和水拌制而成，根據(jù)水泥完全水化的理論，需水量只有水泥重量的25左右，但在拌制混凝土?xí)r，為了獲的必要的流動(dòng)性，滿(mǎn)足施工要求，常用較多的水，即較大的水灰比w/c。當(dāng)混凝土硬化后，多余的水就會(huì)蒸發(fā)掉，形成毛細(xì)孔。用水量越大，水泥水化后留下的毛細(xì)孔越多，滲透系數(shù)也越大。所以在拌制混凝土?xí)r，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和施工要求的情況下，盡量降低水灰比，減少用水量，增加密實(shí)度，提高混凝土的抗?jié)B性。摻外加劑。一是摻引氣型的減水劑，一方面使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生均勻、穩(wěn)定、互不連通的微小氣泡，阻止液體的滲透，另一方面也大大減少混凝土的用水量，增加混凝土的密實(shí)度，提高抗?jié)B性；二是摻抗?jié)B劑，摻抗?jié)B劑在混凝土內(nèi)形成膠

12、體洛合物，填充、堵塞了混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔縫，從而增加混凝土的密實(shí)度，提高抗?jié)B性；三是摻膨脹劑，通過(guò)摻膨脹劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土產(chǎn)生膨脹，在外力約束下，增加混凝土的密實(shí)度，也可提高抗?jié)B性。選擇合適的材料。應(yīng)選用顆粒細(xì)、水化熱低的水泥。因?yàn)樵郊?xì)，凝結(jié)越快，泌水越少，抗?jié)B性能越好。水泥標(biāo)號(hào)一般不低于425號(hào)；并摻用適量?jī)?yōu)質(zhì)摻合料；細(xì)骨料要求砂的顆粒均勻、圓滑、質(zhì)地堅(jiān)硬、平均粒徑為0.4mm左右的河砂，含泥量3，并含適量的粉砂；選用粗骨料，除大體積外，一般情況下粒徑530mm為宜，最大粒徑不超過(guò)40mm。含泥量1，要求組織細(xì)密、顆粒整齊、質(zhì)地堅(jiān)硬，另外級(jí)配要優(yōu)良，以改善混凝土的和易性，增加密實(shí)度，提

13、高抗?jié)B性。加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。如混凝土早期養(yǎng)護(hù)不好，水泥得不到正常水化，會(huì)降低混凝土的密實(shí)度，繼而影響抗?jié)B性。所以一定要加強(qiáng)混凝土的早期濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不得少于14d，以保證水泥正常水化，增加密實(shí)度，提高抗?jié)B性。防止裂縫?；炷两ㄖ镏谐Ｒ?jiàn)裂縫有：收縮裂縫、沉降裂縫、溫度裂縫等。防止收縮裂縫、沉降裂縫采取的措施有：除以上提到的14項(xiàng)外，混凝土攪拌時(shí)間要適當(dāng)，澆筑時(shí)下料不要太快，防止堆積，振搗要密實(shí)，但避免過(guò)振，一般振搗時(shí)間為1015s次，混凝土初凝前要抹平，終凝前要壓光，壓光后要及時(shí)用濕草簾苫蓋或噴涂養(yǎng)護(hù)劑認(rèn)真養(yǎng)護(hù)。夏天氣溫高，要及時(shí)噴水養(yǎng)護(hù)，使其保持濕潤(rùn)；防止溫度裂縫的措施有：施工時(shí)，首先要考慮礦渣水泥

14、、粉煤灰水泥，對(duì)于大體積混凝土要用中熱或低熱水泥，同時(shí)在保證強(qiáng)度指標(biāo)的情況下加入一定量的活性摻合料(如粉煤灰、礦渣微粉等)。在一定范圍內(nèi)，活性摻合料對(duì)水泥的代用量越多，降低混凝土溫升的效果越好。另外可充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，根據(jù)工程結(jié)構(gòu)實(shí)際承載的情況，用56d、90d的抗壓強(qiáng)度代替28d的抗壓強(qiáng)度做為設(shè)計(jì)強(qiáng)度。如充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，可使每方混凝土少用水泥約50kg，則混凝土溫度可降低約5，可減少混凝土溫度裂縫。再就是在大體積混凝土里加入緩凝、引氣型的減水劑，以改善其和易性、流動(dòng)性、黏聚性、保水性。通過(guò)分散減水和緩凝作用，可降低用水量，增加混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度，同時(shí)還降低水化熱，推遲溫峰出現(xiàn)的時(shí)間，因而減少溫度裂縫，亦提高混凝土抗?jié)B性。此外，還可選擇水化后產(chǎn)生氫氧化鈣較多的水泥，如早強(qiáng)硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等，這樣也可以放慢碳化速度。防止氯離子進(jìn)入混凝土的措施有：配置混凝土?xí)r不使用含氯離子的材料或外加劑。采取各種措施，提高混凝土的密實(shí)度，防止氯離子侵入混凝土內(nèi)部，避免鋼筋銹蝕。摻入阻銹劑，使鋼筋表面的氧化