混凝土中鋼結(jié)構(gòu)銹蝕與結(jié)構(gòu)耐久性

1、摘要：當(dāng)今社會(huì)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已成為混凝土加固的一個(gè)重要組成部分，鋼筋也是混凝土中不可缺少的部分，是混凝土的整個(gè)框架，主要作用主要是進(jìn)行到支撐。但鋼筋是易受腐蝕，每當(dāng)鋼筋收到腐蝕，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞，影響混凝土鋼筋腐蝕的主要原因是鋼結(jié)構(gòu)的耐用性，因此在混凝土中使用耐用性高的鋼結(jié)構(gòu)是十分必要的，為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)鋼，降低鋼的耐腐蝕性的程度之一目標(biāo)，本文從鋼腐蝕原因來(lái)入手，主要討論了如何降低鋼的腐蝕，并進(jìn)一步提高了鋼的結(jié)構(gòu)的耐久性。關(guān)鍵詞：鋼筋銹蝕；混凝土結(jié)構(gòu)；耐久性；防范措施1引言建筑物在使用過(guò)程中，在內(nèi)部的或外部的、人為的或自然的因素的作用下，隨著時(shí)間的推移，逐步發(fā)生老化、損傷甚至損壞，這是一個(gè)不可逆

2、的過(guò)程，必然影響到建筑物的使用功能以及結(jié)構(gòu)的安全性，因此，工程結(jié)構(gòu)的可靠生除安全性、適用性之外，還包含著對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的要求。所謂結(jié)構(gòu)的耐久性（Durabil時(shí)）是指在正常施工、正常使用和正常維護(hù)條件下，在特定時(shí)間內(nèi)，構(gòu)件或結(jié)構(gòu)性能隨時(shí)問(wèn)推移而變化，但仍滿足設(shè)計(jì)預(yù)定功能（安全性、適用性）的性能出；或指結(jié)構(gòu)在化學(xué)的、生物的或其他不利因素的作用下，在預(yù)定時(shí)期內(nèi)，其材料性能的惡化不至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可接受的失效概率嘲；即結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)使用期內(nèi)，不需要花費(fèi)大量資金加固處理而保持其安全性、使用功能和外觀要求的能力出；簡(jiǎn)單地說(shuō)，是使用了t年時(shí)間后的安全性、適用勝。傳統(tǒng)的現(xiàn)念認(rèn)為混凝土（碎）是一種“人工石

3、”，在它的保護(hù)下，鋼筋不會(huì)發(fā)生銹蝕，因此鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有使用壽命長(zhǎng)和不需維護(hù)的特點(diǎn)。受這種觀點(diǎn)的影響，長(zhǎng)期以來(lái)，人們忽視了鋼筋混凝土的耐久性問(wèn)題，造成了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的相對(duì)滯后，并因此付出了驚人的代價(jià)。因耐久性不足導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的事故時(shí)有發(fā)生，已受到國(guó)內(nèi)外土木工程界和學(xué)術(shù)界的高度重視。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，混凝土在我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)中使用量越來(lái)越多，鋼筋混凝土已被廣泛應(yīng)用于各類建筑活動(dòng)中。主要是因?yàn)楦咝阅艿幕炷?，成本相?duì)較低，維護(hù)簡(jiǎn)單，工程易施工，供應(yīng)相對(duì)充裕。然而，鋼筋混凝土的使用壽命不容樂(lè)觀，在外部荷載和自然環(huán)境的長(zhǎng)期作用下，其耐久性也不可避免的會(huì)受到影響。造成功能的衰減。鋼筋銹蝕是影

4、響混凝土結(jié)構(gòu)的主要因素之一，是評(píng)價(jià)混凝土結(jié)構(gòu)可靠性和耐久性的關(guān)鍵因素。鋼筋銹蝕對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的作用一般經(jīng)歷混凝土碳化、鋼筋銹蝕、保護(hù)層沿鋼筋剝落、產(chǎn)生銹脹裂縫。直到造成混凝土結(jié)構(gòu)的徹底破壞。大部分混凝土的只有2030年，2030年中需要經(jīng)常維修甚至需要大量的維修資金，對(duì)鋼筋混凝土保護(hù)并對(duì)相應(yīng)的問(wèn)題進(jìn)行防治，以此提高鋼筋混凝土的耐用性是迫在眉睫的。2結(jié)構(gòu)耐久性的基本理論2.1 結(jié)構(gòu)耐久性理論的發(fā)展耐久性最初應(yīng)用于海上混凝土構(gòu)筑物的腐蝕情況。伴隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的大規(guī)模使用，新的耐久性損傷理論逐漸出現(xiàn)。發(fā)達(dá)國(guó)家提出了以耐久性為要求的高性能混凝土的研究。高性能混凝土中要求含有較低的水泥量。礦物質(zhì)多，用

5、水較少。能夠增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性、抗裂性、抗化學(xué)腐蝕性等。提高了混凝土使用的耐久性。我國(guó)的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最初是由南京水利科學(xué)研究院提出。主要針對(duì)混凝土的碳化和鋼筋銹蝕來(lái)進(jìn)行研究。隨后混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范出現(xiàn)，將混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究規(guī)范化、系統(tǒng)化。目前對(duì)已建結(jié)構(gòu)物的耐久性評(píng)估和病害診斷等尚沒(méi)有完善的技術(shù)規(guī)范。近幾年來(lái)我國(guó)有大概23。4億平方米建筑物因可靠度過(guò)低而退役。結(jié)構(gòu)物的耐久性研究在以后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)都將是主要的討論課題。而混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性更是占有重要的部分。在技術(shù)層面上要加強(qiáng)基礎(chǔ)理論的研究。分析混凝土劣化的機(jī)理。創(chuàng)造新材料來(lái)針對(duì)性的對(duì)劣化結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)。政策上要有完善的技術(shù)章程。給從

6、業(yè)人員提供技術(shù)依據(jù)。2.2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的主要內(nèi)容混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究可以分為施工階段、使用階段、維修階段3個(gè)方面，保證結(jié)構(gòu)可靠度的指標(biāo)不低于最低的可靠度水平；按照具體的內(nèi)容可以將耐久性研究分為結(jié)構(gòu)耐久性的失效機(jī)理研究以及對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性剩余壽命的評(píng)估預(yù)測(cè)：按照破壞類型分為疲勞損傷研究、化學(xué)侵蝕研究、抗凍融研究、鋼筋銹蝕研究、骨料反應(yīng)研究以及抗火性的研究幾個(gè)方面?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性要從環(huán)境、材料、構(gòu)件以及結(jié)構(gòu)四個(gè)層次來(lái)考慮。根據(jù)所處的環(huán)境可以分為一般大氣環(huán)境、海洋環(huán)境、土壤環(huán)境、工業(yè)環(huán)境。根據(jù)環(huán)境對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的危害程度將環(huán)境分為一般環(huán)境、特殊環(huán)境和災(zāi)害環(huán)境。外界環(huán)境中的腐蝕性介質(zhì)會(huì)通過(guò)各種途

7、徑進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部。造成碳化和鋼筋的銹蝕。降低結(jié)構(gòu)的承載力，影響工作性能。一般環(huán)境中對(duì)鋼筋銹蝕影響較大的是溫度和濕度：特殊環(huán)境中主要是酸、堿、鹽的作用導(dǎo)致鋼筋的銹蝕：災(zāi)害環(huán)境則是地震、火災(zāi)等偶然因素對(duì)結(jié)構(gòu)的損壞。材料層次上對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的研究表現(xiàn)在混凝土和鋼筋兩種材料上。目前多數(shù)的研究成果都是基于材料層次得到的。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工和使用時(shí)加強(qiáng)構(gòu)造措施，使保護(hù)材料盡量避免受到外界不利因素的影響。混凝土碳化主要是由空氣中二氧化碳造成的，大氣中的混凝土結(jié)構(gòu)是無(wú)法避免這一現(xiàn)象的。可以采用碳化深度的方式來(lái)衡量碳化問(wèn)題。凍融破壞主要發(fā)生在寒冷地區(qū)。在溫度變化較大情況下，混凝土內(nèi)部會(huì)形成滲透壓力和凍脹壓力

8、。導(dǎo)致強(qiáng)度的降低。堿集料反應(yīng)則是造成混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生整體的開(kāi)裂破壞。在潮濕高溫下反應(yīng)速度較快。2.3 銹蝕的主要影響因素和防范措施3.1 鋼筋銹蝕機(jī)理鋼筋銹蝕由化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種原因產(chǎn)生。其中電化學(xué)腐蝕較為常見(jiàn)，具有很大的危害性，電化學(xué)腐蝕反應(yīng)需具有四個(gè)基本條件，包括在鋼筋表面出現(xiàn)電位陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)，存在電位差；在陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)電阻R較??；陽(yáng)極區(qū)表面容易產(chǎn)生活化反應(yīng)；陰極區(qū)鋼筋表面具有較多的電解質(zhì)氧化劑。鋼筋表面在電化學(xué)反應(yīng)下不斷失去電子行程紅銹溶于水中，逐漸腐蝕中體積膨脹，導(dǎo)致混凝土的脹裂。鋼筋表面會(huì)在電化學(xué)作用下形成一層較薄的鈍化膜。一定情況下會(huì)阻止反應(yīng)的進(jìn)行。鋼筋只有經(jīng)過(guò)去鈍化作用才

9、能進(jìn)一步的產(chǎn)生銹蝕。影響鋼筋去鈍化的因素有內(nèi)在因素包括外加劑中氯鹽的摻加，外在原因主要包括凍融循環(huán)、高低溫循環(huán)以及機(jī)械磨損等。當(dāng)外圍混凝土碳化深度達(dá)到鋼筋表面時(shí)。鋼筋受到氯化介質(zhì)侵蝕時(shí)都會(huì)造成鋼筋鈍化膜的破壞。3.2 鋼筋銹蝕的主要影響因素鋼筋銹蝕的影響因素包括外部因素和內(nèi)部因素。表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：鋼筋材質(zhì)。鋼筋的材質(zhì)越好，則其內(nèi)部組織較為均勻，具有較好的防銹能力。如果再采取耐磨鋼筋，則防銹效果會(huì)更好，但需要的花費(fèi)會(huì)較多。鋼筋的應(yīng)力狀態(tài)。在應(yīng)力腐蝕作用下，鋼筋破壞成脆性，應(yīng)力腐蝕分為電化學(xué)腐蝕和裂縫發(fā)展兩個(gè)階段。水泥品種。當(dāng)水泥內(nèi)含堿量較低時(shí)。混凝土的碳化速度會(huì)較快，造成嚴(yán)重的鋼筋銹蝕。混凝

10、土密實(shí)度?；炷撩軐?shí)度較好能夠阻擋外界有害物質(zhì)的侵入。預(yù)防鋼筋銹蝕的產(chǎn)生。混凝土裂縫。裂縫和鋼筋腐蝕是相互促進(jìn)的，裂縫過(guò)多或滲透性過(guò)大。導(dǎo)致混凝土碳化和外界有害物質(zhì)的侵入的加速。加劇鋼筋的銹蝕。而鋼筋銹蝕反過(guò)來(lái)更會(huì)進(jìn)一步增加結(jié)構(gòu)的裂縫，從而產(chǎn)生惡性循環(huán)?；炷林行曰摻钿P蝕和混凝土內(nèi)部pH值有很大關(guān)系，當(dāng)pH大于10時(shí)反應(yīng)速率較??；而當(dāng)pH小于4時(shí)，則反應(yīng)速度會(huì)急劇增大?；炷帘Ｗo(hù)層。保護(hù)層越厚，阻止碳化的氯離子侵入的能力就越強(qiáng)。減輕鋼筋的銹蝕。3.3 鋼筋銹蝕的病因鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)被破壞，約40%的原因是由于鋼被腐蝕，然而導(dǎo)致鋼筋腐蝕的病因具體是哪些，本文列舉了幾個(gè)比較主要的原因鋼筋銹蝕的原

11、因：(1)含有氯離子的腐蝕氣體鋼筋混凝土表面具有保護(hù)膜，該保護(hù)膜的形成，主要是由于強(qiáng)混凝土表面(約12.6的pH值)的堿性環(huán)境，僅在強(qiáng)堿性環(huán)境下這樣的保護(hù)膜，才能夠在混凝土上起保護(hù)作用，但是當(dāng)有氯化物侵入混凝土表面，通過(guò)反應(yīng)，在混凝土表面會(huì)形成出更多的酸性環(huán)境，從而破壞了保護(hù)膜，混凝土與空氣中的水以及氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，腐蝕了混凝土的鋼筋。(2)混凝土碳化工廠排放的廢棄污染、垃圾焚燒或填埋造成的污染以及汽車排放的尾氣造成空氣質(zhì)量越來(lái)越差，空氣污染非常嚴(yán)重，有很多的酸性物質(zhì)在大氣中，如CO2和SO2,混凝土碳化的主要原因是二氧化碳在空氣侵入到混凝土，并且與混凝土中含有的Ca(OH)2發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，

12、生成碳酸鈣，而這種化學(xué)反應(yīng)將導(dǎo)致混凝土的Ca(OH)2的含量逐漸降低，從而導(dǎo)致混凝土中的堿含量日益減少，保護(hù)膜只能起到在堿含量極強(qiáng)的環(huán)境中具有保護(hù)作用，當(dāng)出現(xiàn)越來(lái)越多的弱堿性的混凝土表面環(huán)境時(shí)，保護(hù)膜變得不穩(wěn)定，直到完全不能對(duì)混凝土其保護(hù)作用，混凝土就會(huì)遭到侵蝕、碳化。(3)裂縫引起的腐蝕當(dāng)在混凝土表面出現(xiàn)裂縫后，環(huán)境中的空氣以及水就會(huì)伴隨著有害物質(zhì)，通過(guò)在混凝土表面的裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部，銹蝕鋼筋?；炷帘砻娴牧鸭y的形成有許多原因，會(huì)受混凝土表面的環(huán)境溫度的影響，導(dǎo)致混凝土的干縮性質(zhì)以及混凝土的地基都發(fā)生異變，有時(shí)孔和裂縫也是在混凝土澆注形成的過(guò)程中，這可能是由于在施工操作期間，施工的不到位導(dǎo)

13、致各種間隙的形成，使其有害物質(zhì)能夠進(jìn)入混凝土，從而導(dǎo)致腐蝕的形成，因此裂縫也是忽視的。3.4 鋼的腐蝕對(duì)鋼筋混凝土的整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響(1)降低鋼的承重能力鋼腐蝕會(huì)嚴(yán)重影響鋼結(jié)構(gòu)的承重能力，鋼筋生銹并在混凝土上形成的紅棕色銹的表面，從而使得凈截面鋼筋大大降低，影響鋼的機(jī)械性能，鋼筋銹蝕也會(huì)對(duì)鋼和混凝土粘結(jié)形成消極影響，膠粘劑減少混凝土表面裂縫將會(huì)出現(xiàn)，從而影響混凝土的負(fù)載能力。(2)降低剛性結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕引起許多表面生成銹，銹使這些混凝土體積變大的同時(shí)，也會(huì)使混凝土產(chǎn)生變形，與此同時(shí)混凝土的粘合劑被削弱，混凝土表面的土層也會(huì)逐漸脫落，降低了結(jié)構(gòu)的剛性，影響了混凝土的耐久性的結(jié)構(gòu)。(3)降低鋼的抗

14、拉強(qiáng)度根據(jù)人們進(jìn)行的鋼筋銹蝕實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，鋼筋銹蝕程度共分為三個(gè)層次，銹蝕的第一層次是指在混凝土的表面開(kāi)始生銹，而所生成的銹對(duì)混凝土的影響并不十分大，當(dāng)銹蝕達(dá)到第二個(gè)層次時(shí)，裂縫就會(huì)出現(xiàn)在混凝土表面上，對(duì)混凝土的負(fù)荷產(chǎn)生消極影響，當(dāng)腐蝕程度達(dá)到第三層次時(shí)，混凝土的各方面都會(huì)受到影響，進(jìn)一步致使鋼的拉伸強(qiáng)度被降低，對(duì)熱脹冷縮的反應(yīng)能力也被削弱，此時(shí)如若混凝土表面的具體環(huán)境溫度產(chǎn)生巨大的變化，會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。3.5 鋼筋銹蝕的預(yù)防措施混凝土鋼筋腐蝕嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)上的耐用性，為了降低鋼的腐蝕，使混凝土結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固耐用，必須采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。在設(shè)計(jì)時(shí)要做好混凝土表面的密封和排水工作。減

15、少潮濕面積，盡量避免結(jié)構(gòu)薄弱部位控制裂縫的大量處于不利因素的影響。鋼筋外圍和模板角落處要保證混凝土的密實(shí)均勻性。產(chǎn)生，鋼筋處裂縫產(chǎn)生時(shí)要及時(shí)加以控制。在干濕交替或有害物質(zhì)侵入嚴(yán)重地區(qū)要適當(dāng)加大混凝土保護(hù)層厚度，提高抗?jié)B性，降低有害物質(zhì)的侵入，并且可以通過(guò)控制水灰比、提高養(yǎng)護(hù)質(zhì)量的措施來(lái)進(jìn)行控制。使用的水泥品種、摻合料和外加劑要符合要求。可以采用耐銹蝕鋼筋，在鋼筋表面涂抹環(huán)氧樹(shù)脂。在混凝土中摻加阻銹劑。在陰極采取保護(hù)措施或在構(gòu)件表面涂抹覆蓋層等方式進(jìn)行防護(hù)。(1)電化學(xué)保護(hù)，防止氯化物腐蝕氯化物致使混凝土內(nèi)鋼筋腐蝕主要的原因是氯離子對(duì)鋼的侵蝕腐蝕，破壞混凝土的表面的堿環(huán)境中，為了防止氯化物離子的

16、侵入，通常是電化學(xué)保護(hù)，我們知道，在電源包括陽(yáng)極和陰極，因此電化學(xué)保護(hù)可以被劃分兩方面：對(duì)陰極的保護(hù)和對(duì)陽(yáng)極的保護(hù)，利用電源的陽(yáng)極進(jìn)行保護(hù)就是使鋼筋被連接到電源的陽(yáng)極一端，這一措施主要是利用電化學(xué)反應(yīng)這一原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的，陰極保護(hù)就是將電源的負(fù)電極被連接到鋼筋上和加固。這樣的保護(hù)膜，可以形成鋼，以防止腐蝕的氯化物，在廣泛使用的一般情況下，陰極保護(hù)的表面上，因?yàn)殛帢O保護(hù)更有效，但也更節(jié)省成本。(2)抑制混凝土碳化速度為了防止混凝土碳化早期發(fā)生時(shí)，可以提高生產(chǎn)時(shí)對(duì)水泥的使用量，嚴(yán)格控制所使用的水泥的標(biāo)準(zhǔn)，降低使用過(guò)程中水灰比，選擇含有硅很少的材料或沒(méi)有硅的混合鹽水泥，等等,大大減少了混凝土碳化的速度。

17、除此之外，碳化的這一混凝土的本質(zhì)出發(fā)，碳化的主要原因是混凝土中所含有的Ca(OH)2與環(huán)境中的酸性的物質(zhì)生成化學(xué)反應(yīng)，削弱了混凝土堿性因此為了有效防止這一反應(yīng)的生成，可以通過(guò)隔絕酸性物質(zhì)與混凝土中Ca(OH)2的接觸,因此杜絕縫隙增加保護(hù)膜的厚度也是增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性的必要措施。(3)降低混凝土的裂縫混凝土表面產(chǎn)生裂縫，就會(huì)使入侵的有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土并產(chǎn)生腐蝕性，在對(duì)混凝土的承載能力產(chǎn)生影響的同時(shí)降低了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，甚至危及人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全，從而減少混凝土表面所產(chǎn)生的裂縫將是有效保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的非常重要的一項(xiàng)措施，對(duì)混凝土表面加以保護(hù)的措施有許多，從混凝土本身，粉煤灰水

18、泥，是一般選擇，正是由于水泥收縮率小，不易變形，因此必須盡量減少水泥的用量，合理減小水灰的比例，混凝土的干縮性既會(huì)受到水泥的用量的影響也會(huì)受到和水灰具體比例的影響，若是干縮越大，則在混凝土的表面就更加容易形成縫隙；其次需要注意的是在整個(gè)施工過(guò)程中，相關(guān)的施工單位必須嚴(yán)格要求施工中的各項(xiàng)操作，并且還需要時(shí)常對(duì)相關(guān)的工作人員進(jìn)行技能培訓(xùn)，在施工過(guò)程中不能出現(xiàn)傷害混凝土的行為，嚴(yán)格禁止對(duì)鋼筋進(jìn)行踩踏，防止鋼筋發(fā)生變形，對(duì)鋼筋整體的承重能力產(chǎn)生負(fù)面影響，在對(duì)混凝土進(jìn)行攪拌的工作中其時(shí)間必須控制在合理范圍，攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致因?yàn)樗执罅繙p少，混凝土出現(xiàn)干裂這一現(xiàn)象，并影響混凝土最終的使用和以及剛性，除此之外，在具體進(jìn)行施工時(shí)也必須注意對(duì)混凝土實(shí)施保護(hù)。(4)通過(guò)外涂層，增加了保護(hù)層的厚度混凝土的保護(hù)膜雖然極其容易遭到破壞，但是完全可以利用人為涂抹外涂層的方法增加混凝土整個(gè)保護(hù)膜的厚度，將抹涂層涂在混凝土的表面，在選擇涂層時(shí)必須注意具體的材料，近幾年來(lái)被應(yīng)用的最為廣泛的就是水泥基聚合物之中涂層，其原因主要是水泥基聚合物的使用年限與混凝土的使用年限十分匹配，可以有效避免進(jìn)行再次涂抹涂層，不僅