普通混凝土结构中的钢筋锈蚀及防腐蚀措施

李龙清张栓

摘要：钢筋锈蚀是最常见的混凝土结构破坏现象之一，特别是在复杂的恶劣环境工作下的混凝土结构，钢筋锈蚀更为普遍存在。因此，对于混凝土结构中钢筋的防腐蚀措施在设计和施工阶段变得尤为的重要。本文主要介绍了混凝土结构中钢筋锈蚀机理及影响钢筋锈蚀的多种因素，同时还提出一些关于混凝土结构设计和施工中可以采取的防腐蚀措施。

关键词：钢筋锈蚀；混凝土结构；防腐蚀；结构破坏

Abstract：Corrosion of reinforcement is one of the most common phenomenon of concrete structural damage, especially among the concrete structure that works in the complex environments, corrosion of reinforcement is more common. Therefore, the anti-corrosion measures for reinforcement in design and construction is particularly important in concrete structures. This article mainly introduced the corrosion mechanism of reinforcement in concrete structures and the various of the influence factors, meanwhile it also put forward some anti-corrosion measures in the concrete structure design and construction.

Key words:corrosion of reinforcement ；concrete structure ；anti-corrosion；

structural damage

中图分类号： TU37 文献标识码：A 文章编号：

近年来，混凝土在房屋建筑、公路、桥梁、大坝等结构中得到广泛的应用。同时，此结构在长期自然环境和使用条件下会出现逐渐老化、损伤甚至破坏，从而有可能会直接影响到结构的安全，因此混凝土耐久性成为社会关注的问题之一，也曾给世界各国带来巨大的经济损失[6]。混凝土耐久性是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素作用下保持其工作能力的性能。当混凝土中水泥发生水化作用之后会在钢筋表面形成一层保护膜，但是此保护膜破坏后，在足够的条件下，混凝土中的钢筋就会发生腐蚀，从而导致钢筋截面减小，钢筋表面与混凝土的粘结力下降，最终导致结构破坏。

混凝土结构中的钢筋锈蚀可分为自然电化学腐蚀和杂散电流腐蚀。而对于一般的混凝土结构中发生的钢筋锈蚀通常是自然电化学腐蚀[1]，如钢筋碳化锈蚀和氯盐锈蚀。

1 混凝土中钢筋锈蚀机理及影响因素

1.1混凝土中钢筋锈蚀机理

钢筋表面钝化膜要在较高的碱性环境下(pH≥10) 才能存在，而当碳化后的碱性降到pH = 9 甚至以下此钝化膜就变得很不稳定[4]，就会遭到破坏，破坏后在一定的外界环境条件作用下，混凝土中钢筋腐蚀开始腐蚀，此腐蚀的过程是一个电化学过程，其腐蚀过程可以看成阴阳极两个独立进行的过程，在阳极发生氧化反应，铁被氧化成铁离子Fe2+溶于水中，阴极发生还原反应形成铁锈[1,2,3]。

文献[5]中总结出了，混凝土中钢筋锈蚀的发生必须具备的三个条件：

（1）钢筋表面存在电位差，构成腐蚀电池；

（2）钢筋表面钝化膜遭到破坏，处于活化状态；

（3）钢筋表面有反应和离子扩散所必需的水和氧气。

碳化和氯离子的侵入是钢筋锈蚀的主要原因[3]，碳化锈蚀发生在一般大气环境，大气中的CO2等酸性气体通过空隙溶解与毛细管中的液体，与水泥中的物质反应产生一种中性物质，降低混凝土的碱性导致钢筋锈蚀。而氯离子本身作为一种高效的活化剂，在很低的浓度下（混凝土重量的0.014%～0.022% [10]）就可以破坏钢筋表面的钝化膜，再结合其他外界环境的作用引起钢筋的锈蚀。当碳化和氯离子共同作用时，碳化使混凝土降低了对氯离子的结合性能，增加了空隙溶液中氯离子数量，导致氯离子大量的腐蚀钢筋。

1.2混凝土中钢筋锈蚀的影响因素

钢筋锈蚀不仅与混凝土保护层厚度、混凝土密实度有关，还涉及到混凝土的组成、空隙中液相的pH值、环境的湿度、温度、有害离子含量及混凝土含水量等相关。

文献[2]中指出，环境湿度是影响钢筋锈蚀速度的重要因素，相对湿度低，钢筋腐蚀速率减慢。同时，我国的试验和分析数据结果表明，相对湿度达到80%时，钢筋锈蚀的速率最快[8]。保护层厚度的加大，钢筋锈蚀速度减慢。

文献[7]中指出，许多的研究证明，钢筋锈蚀速度与混凝土液相pH值有着密切的关系。在不同的温度和不同pH值的影响下，钢筋的锈蚀情况也会出现明显的差别。

有害离子（如氯离子等）会严重的影响对钢筋的锈蚀，其含量的多少也就会影响到钢筋锈蚀速度的快慢。在文献[2]中也给出了相关规范中对于氯离子含量的限定值。

2混凝土中钢筋防腐蚀措施

2.1防腐蚀的基本措施

根据混凝土中钢筋锈蚀的影响因素可知提高混凝土的密实度、增加混凝土的保护层厚度是最基本的防止钢筋锈蚀的措施，从而达到提高混凝土结构耐久性的目标。

（1）增加保护层厚度，一可以推迟由碳化引起的钢筋锈蚀；还可以减缓氧气扩散，减慢由氧气扩散控制的钢筋锈蚀；同时还可以减缓氯离子在混凝土中的渗透量[2]。

（2）适当增加混凝土的搅拌时间和振捣力度等方法最大限度提高混凝土的密实度，降低混凝土的孔隙率，减缓混凝土的碳化速度，减缓有害离子的传递速度甚至可以阻止有害离子的扩散[9]。

（3）控制混凝土中的最大水灰比和最小水泥用量，在混凝土中掺入适宜的减水剂，减小混凝土中水的含量。

2.2防腐蚀的附加措施[12]

（1）添加钢筋阻锈剂

钢筋阻锈剂是混凝土外加剂的一种，添加钢筋阻锈剂是钢筋锈蚀长期防护的有效措施之一[13]，掺入混凝土或灌浆中能提高混凝土结构自身的保护能力，使钢筋表面的钝化膜更为完整、致密。但是，必须注意的是采用阻锈剂同时应使用低渗透性混凝土，以防止阻锈剂流失。

（2）环氧涂层钢筋

常用的钢筋表面涂层有环氧树脂涂层和镀锌等, 其中环氧树脂涂层钢筋应用最为广泛, 它是在钢筋表面涂保护膜，隔离钢筋与腐蚀介质的接触。可以与钢筋阻锈剂联合使用，但在复杂的交叉部位,钢筋弯曲时存在较大的应力,会影响到环氧树脂涂层钢筋的粘结性 [13], 就不宜使用环氧涂层钢筋。

（3）阴极保护

阴极保护常作为一种补助措施来防止混凝土中钢筋的腐蚀，已有百年的应用历史。阴极保护可以应用外加电流的方法，也可以将比铁更活泼的金属与铁相连。但是阴极保护应在克服其自身缺陷的条件下采用，否则也会加速钢筋的锈蚀，起到负面的作用。

（4）混凝土外涂层

混凝土表面涂层是降低氯离子渗透速度和混凝土碳化速度的有效辅助措施。混凝土外涂层基本上可以分为侵入型和隔离型两种，它可以包括薄涂层、复合型涂层或厚涂层、渗透型涂层等。

（5）采用高性能混凝土

高性能混凝土可以降低氯离子在混凝土中的渗透速率，同时还可以增加混凝土的电阻率增加，延迟腐蚀的开始和降低腐蚀开始后的速率。

3.结束语

钢筋锈蚀是引起混凝土结构耐久性劣化最主要、最直接的原因。高度重视钢筋腐蚀危害及其对耐久性的影响，探索更新的防腐蚀措施，具有十分必要和深远的意义。

参考文献

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[2] 中国工程院土木水利与建筑学部工程结构安全性与耐久性研究咨询项目部混凝土结构耐久性设计与施工指南，北京：中国建筑工业出版社，2004：29，85-109.

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[13] 杨松荣，孙友态等 混凝土钢筋锈蚀机理及防腐研究[J]，山西建筑，2010， 3 :84-85.