氯离子环境下混凝土钢筋的锈蚀过程漫谈

摘要：钢筋锈蚀是混凝土结构不稳定的主要原因，而钢筋锈蚀的主要原因是氯离子。据有关资料显示，混凝土中的氯离子含量越高，那么钢筋腐蚀的时间就越早，腐蚀也就越快。本文通过实验，研究了钢筋在氯离子环境下锈蚀的规律。

关键词：氯离子；混凝土钢筋；锈蚀

中图分类号：TV331文献标识码： A

我公司85年底建成联碱系统,由于设计、施工、环境、使用维护等过程中诸多因素，导致建筑物、构筑物混凝土结构各种损伤破坏，从而降低了混凝土结构的使用寿命。钢筋混凝土耐久性问题已经得到了公司领导的重视，需要尽快解决。钢筋的锈蚀让钢筋的面积减小，也让钢筋因为锈蚀，密度大于锈蚀前密度，从而体积膨胀，导致混凝土的保护层脱落和裂开，而保护层无法对钢筋进行保护后，锈蚀速度就会越来越快，这样一来，就会形成恶性循环，直接影响了构件的使用寿命。而氯离子是引起钢筋锈蚀的一个重要因素。研究氯离子对混凝土钢筋的锈蚀时，大多数文章将重心放在了破坏钝化膜发生的情况中，实际上钢筋发生破坏钝化膜腐蚀后还要进行长时间的腐蚀才会让混凝土结构失效。本文针对此情况，重点研究钢筋腐蚀的整个过程，弄清楚氯离子在钢筋中到底如何腐蚀。

一、实验方法

（一）准备试样

试样采用的￠16钢筋，然后对其进行加工，变为￠12钢筋、长50mm的试样，对表面加工的精度要达到0.7微米，试样取五根。用除油剂清洗已经加工好的试样，用无水乙醇脱水，再用丙酮除油，最后称量。要记得所称的数据精确到0.001g。

（二）方法介绍

钢筋腐蚀实验主要利用含有氢氧化钙的孔隙液，采用周期浸泡。周期浸泡腐蚀实验是加速实验的方法，在国内外的实验室中十分普遍，适合研究在各种环境下，材料的腐蚀情况。因为此实验再现了金属经历的浸润、潮湿、干燥这三种腐蚀状态。本次试验将试样周期性的放入氢氧化钙不同含量的孔隙液中，过一段时间之后将这些试样取出，然后用灯烤干。

以每小时为一个周期，浸润的时间为12±1min，试验的时间为2d，相对湿度为60%～85%，温度在45±2℃以内，侵泡的溶液为10L，且含氢氧化钙和氯化钠孔隙液的浓度不同。

为了研究氯化钠浓度和PH分别对钢筋腐蚀的影响，首先要设置定值：

1.研究氯化钠浓度对钢筋腐蚀的影响，将PH均设置为7，而氯化钠的质量分数则为：0.02％、0.2％、0.4％、0.6％、0.7％、0.84％、1.2％、2％、2.5％。

2.研究PH对钢筋腐蚀的影响，将氯化钠的质量分数均设为2％，PH值分别为：7、9、10.4、11、11.25、11.54、11.80、11.94、12.03、12.5、13.1。

因为要比较钢筋腐蚀时对槽液PH值的影响，因此，在PH=11.94和PH=12.5，氯化钠质量分数为2％时的10L溶液中，每次间隔几个小时，对侵润溶液PH值进行测量，同时还要测量没有钢筋的槽液PH值。因为周期是一小时，又因为钢筋运动较慢，因此对槽液基本没有起到搅拌作用，但是考虑到钢筋运动会影响到槽液，因此在没有钢筋的槽液中，钢筋可以用同样尺寸的塑料试样代替。

（三）处理腐蚀的试样

在进行周期浸泡腐蚀实验之后，对每个浓度的试样要进行失重处理，具体做法如下：

1.去除掉外层的浮锈。

2.将试样放入克拉克溶液当中，用毛刷清除腐蚀而产生的产物。

3.将试样吹干然后称量。

二、结果分析

（一）氯化钠的影响

在PH=7的情况下，氯离子的浓度越高，钢筋腐蚀的速度就会越快，在氯离子的浓度达到2.5％时，钢筋的腐蚀速率最大。然而，当氯离子浓度继续增加时，速率并没有继续增加，而是下降。

（二）钢筋腐蚀和PH值的关系

当PH=12.5时，钢筋在钝化区，在这一个阶段，钢筋没有发生腐蚀，因此，溶液中PH发生变化主要是因为氢氧化钙和空气中的二氧化碳发生了反应，从而使PH值降低。在这个工程中，PH值变化不大，从而得出碳化导致的PH值变化很慢。又因为钢筋挂样和塑料挂样这两种孔隙液的PH值区别并不大，因此可以得出钢筋在钝化时对PH值的影响很小。

当PH值继续下降时，钢筋就进入了破钝化区，从而开始发生腐蚀，而对于这一现象，依旧可以看出塑料挂样的孔隙液PH值也就很小，从而进一步说明，碳化对PH值的变化影响很小。上面说过，在钢筋处于钝化区时，腐蚀的速度并不快，而当钢筋孔隙液PH值达到11.54~11.80之间时，钢筋开始发生腐蚀，PH值下降速度很快。说明钢筋腐蚀的PH值变化大于氢氧化钙碳化导致的PH值变化。

（三）氯离子环境下混凝土钢筋的锈蚀过程

PH值降低，钢筋腐蚀速率就越来越高，当PH值大于12.5的时候，钢筋就会处于钝化区内，这时候的腐蚀速率就接近0。而当PH值小于12.3的时候，钢筋就进入了钝化区内，也就开始出现腐蚀的情况，而在这一阶段，因为PH值的下降，腐蚀速率越来越高，产生这样情况除了因为PH值下降还有一个原因是钢筋实际腐蚀的面积变大，也就是钝化区逐渐减少，破坏活化区增加。当PH的值小于10时，钢筋就完全进入了活化区，平均的腐蚀速率升高的速度将会减慢。

综合钢筋腐蚀对PH值的影响，可以得出以下结果：

1.氯离子对于腐蚀环境下的PH值的变化十分的敏感，钢筋从钝化区到活化区的PH值在12.3~11之间，范围十分狭窄。

2.氯离子环境下的钢筋腐蚀会导致PH值加快下降，让钢筋从钝化到活化的进程也随之加快。

三、结论

1.当PH=7时，氯化钠浓度越高，钢筋周期浸泡腐蚀速率就会增加，但是到达一定程度之后，就会下降，钢筋腐蚀速率最高是在氯化钠的质量分数为2.5％时。

2.混凝土碳化时，PH值变化并不快，但是钢筋腐蚀却能提高PH值变化的速率。

3.在PH值降低时，钢筋腐蚀会经过三个区：钝化区―破钝化区―活化区。其中钢筋在破钝化区的PH值范围很狭窄，但是钢筋在破钝化区腐蚀的速率增加得最快，对钝化到活化起到了促进作用。

4.钢筋在开始锈蚀后，又出现稳定的锈蚀时间段的原因可能是钢筋在锈蚀过程中，阳极产生的铁离子不能搬运，从而覆盖在了阳极表面，让阳极的反应受到了阻碍，或者是锈蚀的产物堵住了钢筋周围砂浆的空隙，让钢筋周围氧气和水的含量减少，阻碍了阴极的反应。

结束语

混凝土耐久性问题越来越严重，在经济上造成了不少的损失，越来越多的人开始关注这个问题。混凝土钢筋锈蚀是造成混凝土结构不稳定的最重要的原因，本文针对此部分进行了实验，找出了原因，在日后的工作中应该对此问题引起重视，找出好的解决办法。

作者信息：张茂忠男1965年12月出生，现为甘肃金昌化学工业集团公司总工办工程师

曹永红女 1967年6月出生， 现为甘肃金昌化学工业集团公司机动部工程师

参考文献：

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