鋼筋銹蝕的原理、防止與處理

1、鋼筋銹蝕的原理、防止與處理鋼筋銹蝕的原理、影響因素、防治鋼筋銹蝕分為在加工完成至混凝土澆筑期間的銹蝕和混凝土澆筑完成后的 內(nèi)部銹蝕。首先要明白鋼筋銹蝕產(chǎn)生的原理，然后采取針對性的防止措施，對 已銹蝕的鋼筋采取合理有效的處理措施。鋼筋銹蝕的原理：1鋼筋混凝土的碳化作用由于鋼筋混凝土并不是完全密實的，鋼筋混凝土在水泥硬化作用后由于氫 氧化鈣的堿性作用會使鋼筋混凝土內(nèi)部的鋼筋表面形成致密均勻的鈍化保護(hù) 膜，避免銹蝕作用的影響。但是由于混凝土不能完全密實，混凝土在空氣中的 CO的影響作用下，氫氧化鈣會與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣，進(jìn)而使混凝土原 有的堿性環(huán)境逐步減弱，混凝土中保護(hù)鋼筋鈍化膜，最低堿度PH

2、值不小于11.5， 而碳化結(jié)果可使混凝土的PH值低于9.0，原有的鈍化保護(hù)膜被破壞，進(jìn)而造成 鋼筋開始銹蝕。水泥中水化產(chǎn)物之一約占1015%它一方面提高混凝土的堿度，同時也是最不穩(wěn)定的成分最容易與酸性介質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，使混凝土中性化?；炷林斜Ｗo(hù)鋼筋鈍化膜，最低堿度PH值不小于11.5 ,而碳化結(jié)果可使混凝土 的PH值低于9.0，因而使鈍化膜破壞，鋼筋發(fā)生銹蝕。2. 氯離子對鋼筋混凝土的銹蝕作用氯離子對于混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕作用機理，主要有以下幾方面：(1) 氯離子導(dǎo)致鋼筋鈍化保護(hù)膜失效。由于鋼筋的鈍化保護(hù)膜是在混凝土 原有的堿性環(huán)境下形成的，二氯離子進(jìn)入混凝土后會導(dǎo)致堿性環(huán)境的破壞，氯離子不

3、斷吸附于鈍化膜附近形成酸性環(huán)境，導(dǎo)致其保護(hù)作用逐步減弱（2）氯離子在混凝土內(nèi)部形成腐蝕電流，導(dǎo)致鋼筋的電化學(xué)腐蝕。由于鋼 筋混凝土鈍化保護(hù)膜的破壞會導(dǎo)致腐蝕電位差的出現(xiàn)，而氯離子則大大降低了 混凝土的電阻值，造成鋼筋鈍化保護(hù)膜邊緣的腐蝕電流最大，促進(jìn)了鋼筋腐蝕 的進(jìn)一步發(fā)展。此外，氯離子與鋼筋中的鐵結(jié)合形成具有水溶特性的氯化鐵， 氯化物不僅是一種鋼筋腐蝕的催化劑，還屬于較強吸濕作用的鹽，會導(dǎo)致氯離 子在混凝土內(nèi)部的不斷滲透，最終導(dǎo)致鈍化保護(hù)膜的徹底破壞。（3）氯離子與水泥化學(xué)反應(yīng)對鋼筋銹蝕的影響。由于水泥的主要成分鋁酸三鈣在特定的化學(xué)條件下會與滲入混凝土中的氯離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成特性較 為穩(wěn)定

4、的化學(xué)物，這可以降低混凝土中氯離子的含量進(jìn)而避免鋼筋的銹蝕作用。 但是這種化學(xué)物質(zhì)只有在堿性條件下才能保持穩(wěn)定，當(dāng)混凝土酸堿環(huán)境發(fā)生變化時，會導(dǎo)致期分解進(jìn)而增加氯離子的含量，導(dǎo)致鋼筋 表面的氯離子濃度升高， 對于防止鋼筋銹蝕作用的發(fā)生是十分不利的。（4）氯離子在鋼筋混凝土銹蝕過程中的陽極去極比作用對于鋼筋腐蝕的化 學(xué)反應(yīng)，其實質(zhì)是的陽極反應(yīng)過程，即鐵原子失去電子形成亞鐵離子，亞鐵離 子如果不能及時脫離而累積與陰極表面會導(dǎo)致陽極反應(yīng)的受阻，這一過程即為 陽極極化過程。但是如果而亞鐵離子與氯離子結(jié)合形成氯化亞鐵，則會促進(jìn)陽 極反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)而起到加速去陽極化的過程。由于氯離子具有可溶性，當(dāng)期 與混

5、凝土內(nèi)部的氫氧根離子相遇時會生成難溶的氫氧化亞鐵，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部 生成鐵銹，而氯離子隨即與亞鐵離子脫離繼續(xù)作為催化劑促進(jìn)去陽極化作用， 造成循環(huán)連續(xù)的化學(xué)破壞過程。鋼筋銹蝕的影響因素有1混凝土 pH值的影響研究表明，鋼筋銹蝕速度與混凝土液相的 pH值有密 切關(guān)系。當(dāng)pH值大于10時，鋼筋銹蝕速度很??；而當(dāng)pH值小于4時，鋼筋銹 蝕速度急劇增加。由于混凝土碳化后 pH值降低，因而隨著碳化深度的增加，鋼 筋的銹蝕率也相應(yīng)增加。我國建研院混凝土研究所的研究工作表明，鋼筋的銹 蝕與混凝土的抗碳化能力之間有明顯的函數(shù)關(guān)系。 他們以快速碳化試驗法對200 組不同水泥用量、不同水灰比的普通混凝土及輕集料混凝

6、土進(jìn)行試驗測得了鋼 筋銹蝕失重率A與混凝土碳化深度D的函數(shù)關(guān)系。經(jīng)回歸分析得出，保護(hù)層厚 度為20mm時的鋼筋失重率與混凝土28天碳化深度的函數(shù)關(guān)系式如下：式中：A為混凝土保護(hù)層厚度為20mm時的鋼筋失重率；D為齡 期為28天的混凝土碳化深度，單位 mm2 、混凝土中Cl-含量的影響混凝土中 Cl-含量對鋼筋銹蝕影響極大。由于 鋼筋銹蝕過程中，Cl并沒有被消耗掉，它充當(dāng)載體和催化劑的作用。所以，當(dāng) 氯離子濃度超過臨界濃度時，增加保護(hù)層厚度并不能減少鋼筋的銹蝕。一般情 況下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中氯鹽的摻入量應(yīng)少于水泥重量的1 %。3、混凝土的密實度及保護(hù)層厚度的影響混凝土對鋼筋的保護(hù)作用包括兩個方面

7、：一是混凝土的高堿性使鋼筋表面 形成鈍化膜；二是保護(hù)層對外界腐蝕介質(zhì)、氧氣及水分等的滲入起到阻止作用。 后一種作用主要取決于混凝土的密實性和保護(hù)層厚度。一般來說，強度高的混 凝土其密實性較好，從而其抗?jié)B性較好。在相同條件下，保護(hù)層越厚，保護(hù)層 完全碳化所需的時間就越長，鋼筋銹蝕程度越輕。4 、混凝土保護(hù)層完好程度的影響混凝土保護(hù)層的完好程度是指混凝土有無蜂窩孔洞、是否開裂、 裂縫寬度及長度等。它對鋼筋銹蝕有明顯的影響，特別是對處于潮濕環(huán)境或腐蝕性介 質(zhì)中的鋼筋混凝土構(gòu)件影響更大。一方面，裂縫會增加混凝土的滲透性，加速 混凝土的碳化和侵蝕性介質(zhì)的侵蝕，使鋼筋銹蝕加劇；另一方面，鋼筋的銹蝕 膨脹又

8、會使混凝土進(jìn)一步開裂，從而加重鋼筋的銹蝕。許多調(diào)查表明，在潮濕 環(huán)境中使用的鋼筋混凝土構(gòu)件，其橫向裂縫寬度達(dá)到0.2mm時，即可引起鋼筋的銹蝕。4、鋼筋所處位置的影響對于鋼筋混凝土梁、柱而言，位于角部的鋼筋銹蝕程度要比中間部位的大。 試驗表明，在相同條件下，位于構(gòu)件角部的鋼筋銹蝕速度比中間部位的鋼筋快 大約50%。這是由于位于角部的鋼筋會受到兩個方向滲透的影響。6環(huán)境條件的影響環(huán)境條件是引起鋼筋銹蝕的外部條件，如溫度、濕度及干濕交替等都對混 凝土中的鋼筋銹蝕有明顯影響。特別是當(dāng)混凝土的自身保護(hù)能力（如密實度及 保護(hù)層厚度）較弱或保護(hù)層有裂縫等缺陷時，外界因素的影響就會更加突出。 實 際調(diào)查結(jié)果

9、表明，鋼筋混凝土構(gòu)件在干燥無腐蝕介質(zhì)的條件下，其使用壽命要 比在潮濕及腐蝕介質(zhì)中使用的長 2-3倍。鋼筋銹蝕后生成Fe （OH 2或Fq （OH 3及結(jié)晶水合物Fe （OH 3 3HO （俗稱鐵銹），其體積膨脹，引起混凝土保護(hù)層 局部開裂，嚴(yán)重時還會發(fā)生順筋開裂，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層剝落。鋼筋銹蝕的形 態(tài)與引起鋼筋銹蝕的原因有關(guān)。由于碳化引起的鋼筋銹蝕，其特點是銹蝕分布較 均勻；而由氯離子引起的鋼筋銹蝕，其特點是坑蝕明顯溫、濕的影響混凝土中水分越多，其導(dǎo)電性越好，因此，空氣的相對濕度 越高，混凝土中的水分越多，鋼筋銹蝕越快。對混凝土中鋼筋而言，空氣溫度 達(dá)到5060%就能使金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕，大多

10、數(shù)鋼筋混凝土處于干燥的環(huán)境 下，服役幾十年鋼筋也不會銹蝕。處于干濕交替的環(huán)境或漏雨、滲水的部位， 鋼筋銹蝕的很快。因此滲透性多的混凝土鋼筋更容易銹蝕。根據(jù)Arrhenius定律指出，溫度每升高10 C反應(yīng)速度大約提高23倍因此溫度越高，鋼筋銹蝕越 快，混凝土中的鋼筋的銹蝕速度與溫度成正比3。在相對溫度為90%的大氣中，從2040C混凝土鋼筋銹蝕面積率增大 4倍。所以說溫度升高會加劇鋼筋銹 蝕。預(yù)防鋼筋銹蝕的措施：針對能對鋼筋銹蝕產(chǎn)生影響的各個因素，預(yù)防鋼筋銹蝕和減輕鋼筋銹蝕的嚴(yán)重性，3.1增強混凝土的密實度，改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，減緩混凝土的碳化 速度， 而且能增強對電流阻力，改善孔結(jié)構(gòu)是預(yù)防銹

11、蝕的主要措施。3.2為了干縮裂縫，可在混凝土中減縮劑，在超長的結(jié)構(gòu)的混凝土可摻加補償收縮的混凝土的外加劑。3.3在使用環(huán)境惡劣的混凝土工程，根據(jù)工程防情況可采用涂刷油漆、瀝青，也可采用聚乙烯或石蠟侵漬混凝土表面等措施，是很有效的。3.4在混凝土表面抹一層1 : 2水泥砂漿防水層，具有加厚保護(hù)層作用，對 預(yù)防混凝土中鋼筋銹蝕效果明顯。3.5摻氯鹽阻銹型的防凍劑一定要按規(guī)定摻，并且不能用于預(yù)應(yīng)力混凝土。3.6對保護(hù)層表面裂縫，許多人認(rèn)為不影響混凝土結(jié)構(gòu)事實對鋼筋銹蝕是致 命的，所以保護(hù)層的裂縫和表面缺陷：如脫落、掉角、露筋、蜂窩都必須進(jìn)行 處理，否則雨水及有害氣體滲入，會加快鋼筋銹蝕。3.7采用涂層保護(hù)鋼筋表面或混凝土表面目前，涂層鋼筋已在工程中應(yīng)用，常見的有鍍鋅鋼筋和有機涂層鋼筋（主 要是環(huán)氧涂層鋼筋）；此外，在混凝土結(jié)構(gòu)表面以防水、防腐、絕緣等性能良好 的有機涂層或無機涂層，能有效的防止或減緩鋼筋銹蝕。