淺談混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的機(jī)理及其影響因素論文
淺談混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的機(jī)理及其影響因素
姬河江，張坤，張紅霞
(洛陽(yáng)市通升筑路有限公司，河南洛陽(yáng) 471000)
內(nèi)容摘要：近年來(lái)，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物也越來(lái)越多，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕已成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的首要因素，研究混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的機(jī)理及其影響因素，對(duì)于保護(hù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)免遭破壞、延長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用性命、促進(jìn)我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐有重要意義。
關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu);鋼筋銹蝕;機(jī)理;因素 中圖分類號(hào)：TB21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
一、混凝土中鋼筋銹蝕的原因
(一)在施工方面對(duì)鋼筋保護(hù)層厚度重視不夠，造成鋼筋保護(hù)層厚度不足�！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB50010-2002)在構(gòu)造規(guī)定中，對(duì)設(shè)計(jì)使用年限為50年的結(jié)構(gòu)受力鋼筋的混凝土最小保護(hù)層厚度有明確規(guī)定;只有包裹在鋼筋外邊的混凝土不小于規(guī)定的厚度，50年后鋼筋才開(kāi)始銹蝕。如果保護(hù)層厚度不足，里面的鋼筋就會(huì)提前銹蝕。
(二)施工材料的不正常使用。建國(guó)十周年的十大建筑屬于特級(jí)建筑，應(yīng)該使用100年以上不會(huì)有問(wèn)題，但在使用了50年左右翻新時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中的有些25mm的鋼筋銹得只有10mm了，承載力和原來(lái)相比相差甚遠(yuǎn)。問(wèn)題主要就是施工材料的使用，當(dāng)時(shí)冬季施工要在混凝土中加入了很多鹽，以保證混凝土不凍，這樣就可以加快施工進(jìn)度，這種方法非常腐蝕鋼筋，因此極大的影響了建筑物的使用壽命。
(三)鋼筋混凝土中裂縫的影響。一般認(rèn)為混凝土只要達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的要求就可以了，對(duì)混凝土存在的開(kāi)裂卻認(rèn)識(shí)不足�；炷潦欠莿蛸|(zhì)材料，在空氣中永遠(yuǎn)呈收縮變形。有些施工單位為保護(hù)混凝土的強(qiáng)度，盲目加大水泥的用量;使用水化熱較大的水泥配制大體積混凝土為保證混凝土的流動(dòng)性，在施工過(guò)程中隨意加水或選用不合適的外加劑和摻合料;混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)跟不上或根本不注意混凝土的養(yǎng)護(hù)等等，都是造成混凝土開(kāi)裂的原因，混凝土裂縫的產(chǎn)生，就等于減小了鋼筋保護(hù)層厚度，如果裂縫深度超過(guò)了保護(hù)層的厚度，就意味著鋼筋從此就已經(jīng)開(kāi)始銹蝕了。�！�
二、混凝土中鋼筋銹蝕的機(jī)理
根據(jù)金屬腐蝕的機(jī)理不同，可以分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類。通常情況下，電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕速度快得多，也更為普遍，因而其危害性也更大�；炷两Y(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕主要是鐵與電解質(zhì)之間的相互作用，屬于電化學(xué)腐蝕，因而混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋銹蝕可以認(rèn)為是電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。
(一)電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生必須具備以下四個(gè)基本條件：1.鋼筋表面具有電化學(xué)不均勻性，即區(qū)分為電位較負(fù)的陽(yáng)極區(qū)(A)和電位較正的陰極區(qū)(K)，它們之間具有電位差(△V)。2.在陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)之間，電解質(zhì)溶液的電阻R較小。3.在陽(yáng)極區(qū)，鋼筋表面處于活化狀態(tài)，鋼筋易進(jìn)行氧化反應(yīng)，即鐵離子轉(zhuǎn)化為Fe2+，同時(shí)放出自由電子e，也就是陽(yáng)極極化PA較小。4.在陰極區(qū)，鋼筋表面上的電解質(zhì)具有足夠的氧化劑(通常是水和氧)，它們可與來(lái)自陽(yáng)極區(qū)的自由電子e反應(yīng)成氫氧根離子OH-即氧的還原反應(yīng)，也就是陰極極化PK較小。
(二)鋼筋的電化學(xué)腐蝕反應(yīng)方程式可表示如下：陰極區(qū)：2Fe_+2Fe2+ +4e陽(yáng)極反應(yīng)(鐵溶解并放出電子) (2.1)陽(yáng)極區(qū)：02+2H0+4e-X40H-陰極反應(yīng)(消耗電子和氧還原)(2.2)總的反應(yīng)式：2Fe+0，+2H20-÷2Fe( OH)， (2.3)2Fe( OH)，+l/202+H20-+2Fe( OH)，(褐紅色鐵銹) (2.4)表述鋼筋電化學(xué)反應(yīng)腐蝕速率I與這四個(gè)條件的關(guān)系式為：12△V/R+PA+PK (2.5)大量研究資料表明：一般情況下，混凝土呈高堿性，PH值約在13左右。而在這種高堿性環(huán)境中，由于電化學(xué)作用，鋼筋表面形成一層非常致密的、約2×l0-8mm厚的Fe30。-Fe20，(尖晶石固溶體)的薄膜。這層薄膜牢牢地吸附于鋼筋表面上，抑制了陽(yáng)極反應(yīng)的進(jìn)行。我們稱這層膜為鈍化膜。只有當(dāng)鋼筋表面的鈍化膜破壞時(shí)，存在有氧化和水分的情況下，鋼筋才會(huì)進(jìn)一步發(fā)生銹蝕，這一過(guò)程稱之為去鈍化。
三、混凝土鋼筋銹蝕的.影響因素
(一)溫、濕度對(duì)鋼筋銹蝕影響。相對(duì)濕度對(duì)混凝土中鋼筋銹蝕有雙重作用：一方面影響混凝土中氧氣的擴(kuò)散速度;另一方面則影響混凝土的電導(dǎo)率�；炷恋臐穸却髸r(shí)，其自由水含量高，對(duì)空氣的滲透性低，碳化慢，完全飽和的混凝土不可能碳化，但是完全干燥(相對(duì)濕度不大于25%)的混凝土一般也不會(huì)碳化：大多數(shù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于干燥環(huán)境下，服役幾十年也不會(huì)發(fā)生鋼筋銹蝕。而當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于濕度較大的環(huán)境下，尤其是處于干濕交替的環(huán)境或漏雨、滲水的部位，鋼筋銹蝕一般較快：
(二)混凝土的密實(shí)度及保護(hù)層厚度的影響：混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用主要體現(xiàn)為：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(duì)外界腐蝕介質(zhì)、氧氣及水分等滲入的阻止作用。后一種作用主要取決于混凝土密實(shí)度及保護(hù)層的厚度。而水灰比及養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土的密實(shí)度有很大的影響，因此水灰比愈大，鋼筋的銹蝕程度就愈重�；炷帘Ｗo(hù)層厚度也是影響鋼筋銹蝕的一個(gè)重要因素。在相同的環(huán)境下，保護(hù)層越厚，保護(hù)層完全碳化的時(shí)間越長(zhǎng)，鋼筋的銹蝕程度越輕。
(三)混凝土液相pH值的影響。混凝土中鋼筋表面鈍化膜的穩(wěn)定性主要取決于周圍混凝土的pH值，因此鋼筋銹蝕速度與混凝土液相的pH值有密切關(guān)系。當(dāng)pH>10時(shí)，鋼筋的銹蝕速度很小，而當(dāng)pH<4時(shí)，則銹蝕速度急劇增加。由于混凝土碳化后pH值降低，因而隨著碳化深度的增加，鋼筋的銹蝕率相應(yīng)增加。
(四)混凝土中Cl一含量的影響。混凝土中C1。含量對(duì)鋼筋的影響極大。C1一侵蝕是因?yàn)镃l。是很強(qiáng)的去鈍化劑，當(dāng)C1‘進(jìn)入混凝土到達(dá)鋼筋表面，聚集到一定程度時(shí)，可以使鋼筋表面的pH值迅速降低，從而破壞鋼筋表面的鈍化膜。當(dāng)外界滲入的氯鹽量達(dá)混凝土重量的0.1%-0.2%時(shí)即能引起鋼筋的銹蝕。
(五)裂縫對(duì)鋼筋銹蝕的影響。裂縫及其寬度對(duì)鋼筋銹蝕是有影響的，而且裂縫寬度不同其影響程度也不同。首先，裂縫加快了銹蝕的發(fā)生。裂縫寬度對(duì)鋼筋銹蝕影響較大，因?yàn)殇摻钍モg化時(shí)間取決于裂縫的寬度，然而銹蝕一旦開(kāi)始，其影響程度大大降低。這時(shí)，銹蝕速度取決于未開(kāi)裂處混凝土保護(hù)層的質(zhì)量和滲透性，混凝土保護(hù)層的質(zhì)量越好，滲透性越小，氧氣及水分的供給量也越少，銹蝕速度越慢，隨著碳化進(jìn)程的深入，毛細(xì)孔將逐漸被堵塞，使混凝土滲透性逐步降低，銹蝕速度也隨之下降。
參考文獻(xiàn)：
[1]羅向榮.混凝土結(jié)構(gòu)
[2]王春阻建筑材料
[3]董衛(wèi)華.鋼結(jié)構(gòu)
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