钢筋混凝土钢筋锈蚀研究综述

【摘要】钢筋混凝土作为当下在各类建筑工程中使用非常广泛的建筑材料，其质量一直以来备受关注。钢筋锈蚀导致的钢筋混凝土的耐久度不够好的问题已经得到了国内外工程界的研究和分析。本文对钢筋混凝土钢筋锈蚀研究现状进行了综述。

【关键词】钢筋混凝土；钢筋锈蚀；研究；综述

中图分类号：TU375文献标识码： A

一、前言

钢筋混凝土结构中如果出现了钢筋的锈蚀，就会导致建筑物出现安全事故,同时，锈蚀比较难修复，也会造成很大的损失。钢筋锈蚀的问题必须得到重视。

二、钢筋混凝土中钢筋锈蚀机理[1,2]

正常情况下,由于初始混凝土的高碱性,钢筋混凝土结构力筋表面形成一层致密的钝化膜,使其处于钝化状态。文献[1]认为随着环境介质的侵入,钝化膜逐渐遭到破坏,从而导致腐蚀的发生。力筋发生锈蚀需要三大基本要素:力筋表面钝化膜的破坏；充足氧的供应；适宜的湿度(RH=60～80%)。三个要素缺一不可,第一要素为诱发条件,腐蚀速度则取决于氧气及水分的供应。钢筋的锈蚀一般为电化学锈蚀,发生电化学锈蚀必须具备3个条件:

1、在钢筋表面形成电位差；

2、在阴极部位钢筋表面存在足够的氧气和水；

3、在阳极区,使阳极部位的钢筋表面处于活化状态,即钢筋表面的钝化膜遭到破坏。在氧气和水的共同作用下,钢筋表面不断失去电子发生电化学反应,逐渐被锈蚀,在钢筋表面生成红锈,引起混凝土开裂。

对于钢筋混凝土结构,在一般环境条件下,钢筋的锈蚀通常由两种作用引起:一种是混凝土碳化作用；一种是氯离子的侵蚀。文献[2]认为二氧化碳和氯离子对混凝土本身都没有严重的破坏作用,这两种环境物质都是混凝土中钢筋钝化膜破坏的最重要又最常遇到的环境介质:混凝土碳化使混凝土孔隙溶液中的Ca(OH)2含量逐渐减少,PH值逐渐下降,钝化膜逐渐变得不再稳定以至于完全被破坏,使钢筋处于脱钝状态；周围环境中的氯离子从混凝土表面逐渐渗入到混凝土内部,当到达钢筋表面的混凝土孔溶液中的游离氯离子浓度超过一定值(临界浓度)时,即使混凝土碱度再高,pH值大于11.5值,Cal-也能破坏钝化膜,从而使钢筋发生锈蚀。氯盐引起钢筋锈蚀的发展速度很快,远比碳化锈蚀严重,这种情况常发生在近海或海洋环境以及冬季经常使用除冰盐的环境。

三、钢筋锈蚀速度的影响因素[3,4]

1、保护层的厚度

钢筋的锈蚀与混凝土的碳化有密切的关系，只有在混凝土的保护层碳化以后，钢筋电化锈蚀条件才可能得以满足，因此，混凝土的保护层的大小直接影响着碳化时间，也就是直接影响钢筋的锈蚀。

在相同的环境下，保护层越厚，保护层完全碳化所需的时间越长，钢筋的锈蚀程度越轻。

一般说来，箍筋的直径一般较小，而且位于纵筋的外侧，因而保护层更小，锈蚀要先于纵筋。文献[3]认为当箍筋是由于计算控制而非构造配置的情况下，很可能因腐蚀导致箍筋截面面积损失而使结构构件发生剪切破坏。混凝土结构在施工中，可能由于各种因素使混凝土的保护层受到破坏，而使钢筋腐蚀加快。施工中的因素主要有钢筋的位置不当而使钢筋保护层减小；钢筋排列过密使钢筋处的混凝土不密实；混凝土振捣不密实、养护不好等。使用中的因素主要有混凝土由于收缩、徐变、荷载或其他因素形成的裂缝等。

2、混凝土的强度的影响

混凝土强度是表征混凝土本身性质的重要指标,混凝土强度的大小对混凝土抗渗性的影响较大。文献[4]认为混凝土强大越大越密实，混凝土的抗渗性越好，空气中氧气和水分在混凝土中就越难渗透，钢筋的锈蚀速度也就越低。相同条件下，不同水灰比的混凝土试件的锈蚀量是不同的，但呈现一定的规律性，随着水灰比的增大，锈蚀量逐渐减小，但超过一定的量值后，锈蚀量又呈现增加的趋势。

3、环境温度与湿度的影响 当环境因素变化时，混凝土构件中的锈蚀速度也随着改变。在一般大气条件下，混凝土构件中的水分和氧气主要是有外界环境中渗入的。在相同的条件下，渗入混凝 土构件内部氧气和水分的多少，主要取决于气体的扩散速度。环境温度对气体的扩散速度影响很大，温度越高，气体在混凝土中扩散的越快。此外，当环境温度升高 时，钢筋表面的电化学反应速度也随着加快。空气的相对湿度越高，混凝土中的水分越多，钢筋的电化学腐蚀越快。

四、钢筋锈蚀的非破损检测方法[3~14]

钢筋锈蚀的非破损检测方法主要有分析法、视觉和声学方法、氯离子检测方法、物理检测方法、电化学检测法等。

1、分析法

分析法的应用有赖于建立合理可靠的钢筋锈蚀预测模型。文献[5]对钢筋锈蚀进行了理论分析,提出了混凝土中钢筋锈蚀量模型,文献[6]基于工程实际,指出了该模型在实际应用中存在的问题,文献[7]给出了混凝土开裂时钢筋锈蚀量的计算模型。文献[8]利用模糊综合评判方法对混凝土内钢筋的锈蚀的定量评定和预测进行初步研究,认为是钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的无破损模糊诊断系统的可行方法之一。文献[9,10]尝试探讨了应用BP网络建立了评估混凝土开裂后钢筋锈蚀程度的人工神经网络模型。但以上模型真正用于工程实践还需进一步的研究。

2、 视觉和声学方法

主要通过视觉观察钢筋表面是否有大量锈斑或通过调敲击或用超声波测试混凝土中的顺筋裂缝,来判断钢筋是否锈蚀。

3、 氯离子检测方法

主要是通过监测混凝土中的氯离子浓度来检测钢筋是否锈蚀。

4、 物理检测方法

主要是通过测定与钢筋锈蚀一起的电阻、电磁、热传导、声声传播等物理特性的变化来反映钢筋的锈蚀状况,主要有电阻棒法、涡流探测法、射线法、红外热像法、超声波检测法、冲击回波法、声发射探测法等。

5、化学检测法

是通过测定钢筋混凝土腐蚀体系的电化学特性来确定混凝土中钢筋的锈蚀程度或速度,主要有自然电位法、交流阻抗法、线性极化法、恒电量法、电化噪声法、混凝土电阻法、谐波法等。

6、 其它方法

文献[12~14]尝试将光纤腐蚀传感技术用于混凝土结构钢筋腐蚀在线监测,认为与传统腐蚀的监测技术相比有着显著的优越性,易于实现结构内部连续、在线、分布式监测。

五、混凝土抗钢筋锈蚀专家系统[17,18]

近年来,开展了混凝土抗钢筋锈蚀专家系统的研究,试图将大量的对混凝土抗钢筋锈蚀问题预防设计、评估诊断、修复修补等方面的知识和经验,结合计算机专家系统近年来成熟的技术,研制开发混凝土抗钢筋锈蚀专家系统,用于指导混凝土工程实践。

六、结束语

综上所述，钢筋混凝土的结构耐久度不达标的重要原因就是出现了钢筋的锈蚀，所以，今后要不断深入的分析钢筋混凝土中锈蚀的机理，提出更好的控制锈蚀的措施。

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