影响混凝土结构钢筋锈蚀的因素及措施探讨

摘要：本文阐述了混凝土结构中钢筋腐蚀的主要影响因素，并进一步分析钢筋锈蚀对混凝土粘结性能及结构受力的影响，最后提出防止钢锈蚀的主要措施。

关键词：混凝土结构；钢筋锈蚀；耐久性

中图分类号：TU757.4文献标识码：A

钢筋锈蚀是引起混凝土结构耐久性劣化的主要原因之一。如今钢筋锈蚀已被公认为混凝土结构耐久性劣化最主要的原因，不少国家为此遭受了巨大的经济损失。混凝土中锈蚀钢筋的粘结性能随锈蚀率的变化而变化，并与多种其它因素有关。

1 钢筋腐蚀的主要影响因素

混凝土中钢筋锈蚀的影响因素有：混凝土的密实度、混凝土保护层厚度、混凝土碳化、环境湿度、氯离子侵入等。在这些因素中，混凝土保护层的碳化和氯离子侵入是造成钢筋锈蚀的主要原因。

1.1 混凝土中C1-含量对钢筋锈蚀的影响

一方面，C1-可能是随混凝土组成材料（水泥、砂、石、外加剂）进入的如在冬季施工，为提高混凝土抗冻性而掺入氯盐、海砂拌制混凝土等；另一方面，C1-是在混凝土硬化后经其孔隙由外界渗入的，如遭受海水侵蚀的海岸混凝土构筑物，冬季在混凝土路面上喷洒盐水防止路面冰冻，游泳池用氯气消毒等。

当混凝土构件长期处于上述环境时，氯离子就会通过混凝土中的气孔，随水进入混凝土的内部，最终会接触钢筋并开始积累。当氯离子达到临界浓度后，在足够的氧气和水分条件下引起腐蚀的发生（氯离子临界浓度与力筋周围混凝土的碱度有关，碱度愈高，氯离子临界浓度值愈大，通常用氯离子和氢氧根离子的浓度比值来表示氯离子临界浓度）。反应最终产物氢氧化铁Fe（OH）3即是铁锈。

1.2 混凝土不密实或有裂缝存在

混凝土密实不良和构件上产生的裂缝，往往是造成钢筋腐蚀的重要原因，尤其当水泥用量偏小，水灰比不当和振捣不良，或在混凝土浇筑中产生露筋、蜂窝、麻面等情况，都会加速钢筋的锈蚀。

调查资料表明：混凝土的碳化深度和混凝土密实度有很大关系。密实度好的混凝土碳化深度仅局限在表面；而密实度差的混凝土，则碳化深度就大。

1.3 与环境湿度密切相关

混凝土的碳化和钢筋腐蚀与环境湿度有直接关系。在十分潮湿的环境中，其空气相对湿度接近于100%时，混凝土孔隙中充满水分，阻碍了空气中的氧向钢筋表面扩散，二氧化碳也难以透入，所以，使钢筋难以腐蚀。

当相对湿度低于60%时，在钢筋表面难以形成水膜，钢筋几乎不生锈，碳化也难以深入。而空气相对湿度在80%左右时，有利于碳化作用，混凝土中的钢筋锈蚀发展很快。由于环境中湿度往往随气候和生产情况而变化，因而混凝土在气侯或生产环境变化中会遭到碳化，钢筋会腐蚀。

1.4 混凝土碳化、侵蚀气体和介质的侵入

碳化是介质与混凝土相互作用的一种很广泛的形式，最典型的例子是空气中的CO2渗入，与孔隙中的Ca（OH）2反应，生成CaCO3，使pH值下降。当pH值

理论分析和实验分析表明，在大气环境下，混凝土的碳化深度与时间的关系为：

式中，χ-碳化深度；

Dk-CO2的扩散系数；

C-混凝土表面的浓度；

B-单位体积混凝土碳化所需的CO2量；

K-混凝土碳化系数，与结构所处的自然环境和使用环境、水泥品种、结构混凝土质量及混凝土早期养护条件有关；

T-混凝土暴露时间（年）。

2 钢筋锈蚀对混凝土粘结性能的影响

钢筋与混凝土之间形成的铁锈层，削弱了变形钢筋与混凝土的胶结作用；铁锈的膨胀将导致混凝土开裂，降低了混凝土对钢筋的约束作用；钢筋变形肋锈蚀使变形钢筋与混凝土之间失去了机械咬合作用。

2.1 混凝土中钢筋锈蚀的产物是一种结构疏松的氧化物，它在钢筋与混凝土之间形成一层疏松隔离层，明显地改变了钢筋与混凝土的接触面积，从而降低了钢筋与混凝土之间的粘结作用。

2.2 钢筋的锈蚀产物比锈蚀前钢材占据的体积更大，从而对包围在钢筋周围的混凝土产生径向膨胀力，当径向膨胀力达到一定程度时，会引起混凝土的开裂。混凝土开裂导致混凝土对钢筋的约束作用减弱。

2.3 变形钢筋锈蚀后，钢筋变形肋将逐渐退化。在钢筋锈蚀较严重的情况下，变形肋在混凝土之间的机械咬合作用基本消失，其结果是导致钢筋与混凝土之间的粘结性能退化。

3 钢筋腐蚀对结构受力的影响

在钢筋混凝土结构内，钢筋受到周围混凝土的保护，一般不腐蚀。但当保护层破坏或保护层厚度不足时，钢筋在一定条件下将产生腐蚀。

由于钢筋与混凝土交界面上钢筋锈胀力的存在，导致混凝土产生顺筋裂缝，甚至使混凝土保护层剥落，使构件截面有效面积减小，更重要的是使钢筋与混凝土间粘接性能退化；同时，由于钢筋锈损，其截面面积减少，严刑降低，力学性能退化，使结构或构件受到不同程度的损伤。混凝土中钢筋锈蚀会使构件的承载力下降，使结构的性能劣化。

4 防止混凝土结构钢筋腐蚀的措施

混凝土中钢筋的腐蚀是一种自然规律，无论采取何种手段都无法完全避免。采取下列防腐措施既可保证钢筋混凝土必要的耐久性，又经济可行。

4.1 降低水灰比。混凝土是由水泥、粗、细骨料和水拌制而成，根据水泥完全水化的理论，需水量只有水泥重量的25％左右，但在拌制混凝土时，为了获的必要的流动性，满足施工要求，常用较多的水，即较大的水灰比w/c。当混凝土硬化后，多余的水就会蒸发掉，形成毛细孔。用水量越大，水泥水化后留下的毛细孔越多，渗透系数也越大。所以在拌制混凝土时，在满足设计要求和施工要求的情况下，尽量降低水灰比，减少用水量，增加密实度，提高混凝土的抗渗性。

4.2 掺外加剂。一是掺引气型的减水剂，一方面使混凝土内部产生均匀、稳定、互不连通的微小气泡，阻止液体的渗透，另一方面也大大减少混凝土的用水量，增加混凝土的密实度，提高抗渗性；二是掺抗渗剂，掺抗渗剂在混凝土内形成胶体洛合物，填充、堵塞了混凝土内部的毛细孔缝，从而增加混凝土的密实度，提高抗渗性；三是掺膨胀剂，通过掺膨胀剂发生化学反应，使混凝土产生膨胀，在外力约束下，增加混凝土的密实度，也可提高抗渗性。

4.3 选择合适的材料。应选用颗粒细、水化热低的水泥。因为越细，凝结越快，泌水越少，抗渗性能越好。水泥标号一般不低于425号；并掺用适量优质掺合料；细骨料要求砂的颗粒均匀、圆滑、质地坚硬、平均粒径为0.4mm左右的河砂，含泥量＜3％，并含适量的粉砂；选用粗骨料，除大体积外，一般情况下粒径5～30mm为宜，最大粒径不超过40mm。含泥量＜1％，要求组织细密、颗粒整齐、质地坚硬，另外级配要优良，以改善混凝土的和易性，增加密实度，提高抗渗性。

4.4 加强养护。如混凝土早期养护不好，水泥得不到正常水化，会降低混凝土的密实度，继而影响抗渗性。所以一定要加强混凝土的早期湿润养护，时间不得少于14d，以保证水泥正常水化，增加密实度，提高抗渗性。

4.5 防止裂缝。在开裂出现前，主要是由于腐蚀性的物质由混凝土扩散到钢筋导致其腐蚀，因此，应严格控制混凝土的施工质量，以保证其密实度。裂缝出现后由于腐蚀气体可以直接腐蚀混凝土中的钢筋，而由于普通混凝土结构允许带裂缝工作，因此，必须对结构采取有效的防腐措施。

5 结语

虽然钢筋锈蚀会给混凝土建筑物带来严重的危害，但在实际施工中，只要加强领导，严格管理，精心施工，并根据环境的特点和材料的性质，采取相应的措施，是完全能够防止和推迟混凝土中钢筋的锈蚀，从而提高混凝土的使用性和耐久性。

参考文献

[1]李田，刘西拉.混凝土结构耐久性分析与设计[M].北京：科学出版社，1999.

[2]牛荻涛.混凝土结构耐久性与寿命预测[M]. 北京：科技出版社，2003年2月.