碳素结构钢范文

碳素结构钢篇1

1、按用途可以把碳钢分为碳素结构钢、碳素工具钢和易切削结构钢三类，碳素结构钢又分为工程构建钢和机器制造结构钢两种；

2、按冶炼方法可分为平炉钢、转炉钢；

3、按脱氧方法可分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢；

4、按含碳量可以把碳钢分为低碳钢，中碳钢和高碳钢；

碳素结构钢篇2

关键词:碳素钢;合金钢;牌号教学

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2012)-08-0174-01

《金属工艺学》是中等职业技术学校机械类专业的一门专业基础课,金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的工艺方法的综合性技术学科。金属材料中的碳素钢和合金钢是制作机件的主要材料,由于金属材料的种类名称极其繁多复杂,为方便区分各种材料,就必须给每一种材料起一个名字,叫“牌号”。根据金属材料牌号,可了解到该材料的主要成分和各成分的含量,进而了解它的部分力学性能、热处理方法及主要用途。因此要求学生应该熟悉金属材料牌号,重点掌握碳素钢和合金钢牌号的表示方法及含义,为今后在的学习和工作打下良好的基础。

在《金属工艺学》教材中,碳素钢和合金钢因成分不同,分开两个不同章节来介绍,其中碳素钢和合金钢牌号也分别单独列出两节内容加以讲述,它们按用途又各自分成若干种不同类别的钢,每一种钢又有各自的牌号,且牌号表示方法及其含义也不同,种类繁多,对于技工学校学生来说是初次接触金属材料牌号,极易混淆牌号所表达的含义。为了便于学生学习掌握金属材料牌号这方面知识,理清学生思路,教学中我把两个章节内容融合在一起,总结归纳出几点教学方法。

一、明确钢材分类方法及类型

钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性,含碳量一般不超过1.7%。钢材是国家建设和实现四化必不可少的重要物资,应用广泛、品种繁多。钢材分类方法很多,不同的分类方法得到不同的钢材种类,其牌号也有所区别。因此教学中,让学生明确钢材几种常用分类方法。

钢材按化学成分分类有碳素钢和合金钢;按质量等级分类有普通质量等级、优质钢和特殊质量钢三类;按用途可分为结构钢和工具钢。按化学成分分类是基础,“碳素钢”这三个字可以加在后两类中,普通质量等级碳素钢、优质碳素钢和特殊质量碳素钢,如碳素结构钢和碳素工具钢;同理,“合金钢”这三个字也一样,如优质合金钢和特殊质量合金钢,如合金结构钢和合金工具钢。掌握了这种规律,使学生有了初步的条理性。

二、注重讲解钢材牌号的构成

现在我们国家钢材牌号一般采用汉语拼音字母,化学元素符号和阿拉伯数字相结合表示钢材产品名称、用途、特性和工艺的方法。可以是两种组合,也可以是单独组成。

掌握钢材牌号的组成之后,需要使学生记住一些字母和数字的含义,特殊字母有Q代表屈服点;T代表特殊质量碳素工具钢;G表示就是滚动轴承钢;A、B、C、D是质量等级的区别;脱氧方法符号:F表示沸腾钢,b表示半镇静钢,Z表示镇静钢,TZ表示特殊镇静钢,镇静钢可不标符号;还有一些常见的化学元素符号Cr、Si、Mn、Ti、Ni等。

在牌号首位的数字(包含在字母T后面的数字)通常都代表了钢材的含碳量,其中二位数字表示含碳量的万分数;一位数字表示含碳量的千分数;若首位没有数字则表示则表示含碳量大于等于1%。在Q后面的三位数字代表屈服点(σs)数值;在化学元素符号后面的数值通常代表该化学元素的平均含量,通常是百分数;而牌号中G开头且带Cr和其他元素的是滚动轴承钢,其元素Cr后面的数字表示Cr元素含量的千分数;若化学元素符号后面没有数字则表示该元素的平均含量小于1.5%。

三、注重牌号区分讲解

钢材按化学成分有碳素钢和合金钢之分,两者牌号的区别是碳素钢牌号简单,而合金钢牌号中带一堆元素符号,教学中注重归类以找出规律。

合金钢牌号可如下进行归类:

四、根据钢材牌号技巧地判别钢材种类

根据钢材牌号判别钢材种类有技巧性,首先,根据所给出的牌号区分大类别,即碳素钢和合金钢;其次,在一个类别中根据牌号特征区分小类,也就是具体的钢种。

钢材根据工艺不同可以有具体名称,如教学中可以归纳:低碳钢——渗碳钢——合金渗碳钢;中碳钢——调质钢——合金调质钢;高碳钢(含55钢)——弹簧钢——合金弹簧钢;这些合金钢都是合金结构钢。

常见的合金工具钢如滚动轴承钢牌号第一个字母是G。不锈钢牌号和合金工具钢相同,但ω(Cr)≥13%,即Cr元素符号后面的数字通常都大于或等于13,并且当0.03%

如给出如下牌号:Q235A 45钢 T12A 20Cr GCr15 1Cr13 Cr12区别钢材类型。先区分大类别,前三个为碳素钢,后五个为合金钢。再区分小类别,依据前面所讲牌号构成则前三个牌号碳素钢依次是普通种类、优质和特殊优质钢。20Cr是合金结构钢,20为低碳含量,则细分是合金渗碳钢;GCr15、1Cr13、Cr12是合金工具钢,其中GCr15有“G”字母开头是滚动轴承钢;1Cr13牌号要素符号Cr后面的数字是13则细分是不锈钢;Cr12则是合金工具钢。通过这样的顺序使学生很容易理解。

碳素结构钢篇3

关键词：时间；钢筋混凝土结构；抗力

1.引言

由于钢筋混凝土结构价格相对低廉，它被广泛应用于现代土木工程中。传统的建筑结构设计和钢筋混凝土材料的研究对钢筋混凝土强度与时间关系研究较少，尤其对钢筋混凝土结构中的钢筋与混凝土的粘结应力随时间变化的研究更少。近年来，随着建筑设计和施工技术的发展，才涉及了钢筋混凝土结构抗力与时间的关系。通过对钢筋混凝土柱的破坏概率的研究，表明低强度的钢筋混凝土柱破坏概率低于偶然荷载作用下的破坏概率，这种方法已经被运用到随时间而变化的破坏概率上。低强度的钢筋混凝土结构和混凝土结构耐久性上的研究认为这种作用加速了钢筋混凝土结构的破坏。钢筋混凝土结构的耐久性分析表明，不同因素作用影响钢筋混凝结构强度。基于混凝土结构的安全性，研究时间对钢筋混凝土结构抗力影响是必要的。

2.影响钢筋混凝土结构强度因素

许多因素影响钢筋混凝土结构的抗力，如钢筋的几何尺寸、钢筋混凝土结构的使用环境以及时间因素等影响钢筋混凝土结构的抗力。

钢筋混凝土结构抗力的变化是的一个随机函数过程或者说是一系列材料和结构变量的相互作用。现在许多研究钢筋混凝土结构中钢筋断裂、疲劳破坏的模型还没有得到大家认可，获得相关钢筋混凝土模型的实际方法是一种多因素理解方法。对于单一的因素许多结果只考虑到混凝土的碳化作用，碳化的厚度公式：

D（t）= K t（1）

式中D（t），K和t分别为厚度，速度系数与碳化的时间。

钢筋混凝土碳化是混凝土合成物与空气中二氧化碳缓慢中和反应的过程。密实的混凝土在空气中碳化需要花几十年的时间，但是非密实混凝土碳化只要几年的时间。若是混凝土合成物的含量较高，随着碳化过程的进行，混凝土的抗力就会下降。碳化作用会造成混凝土碱度下降及钢筋的锈蚀，使钢筋混凝土结构保护层产生裂缝甚至脱落，降低钢筋与混凝土之间的粘结力，造成钢筋混凝土结构抗力下降。

近年的研究成果表明非碳化保护层15mm处的钢筋腐蚀最严重，主要是因为混凝土保护层上裂缝和较薄的表层加速了钢筋腐蚀。当钢筋的应力小于其屈服应力时，钢筋腐蚀较为缓慢，当钢筋的应力超过其屈服应力，钢筋的腐蚀加速。钢筋的锈蚀导致钢筋的面积减小、粘结力破坏，从而引起结构抗力下降。疲劳破坏分为固定疲劳破坏和随机疲劳破坏，固定疲劳破坏是周期荷载作用，随机疲劳破坏是任意荷载。当结构承担活载时，钢筋混凝土结构在钢筋腐蚀的情况下承担活载，其极易发生疲劳破坏，也易造成结构刚度下降及裂缝的扩展。荷载的调幅可以使钢筋混凝土结构的抗力降低。

3.时间对钢筋混凝土结构抗力的影响

3.1时间对钢筋混凝土结构抗力影响解析公式

时间对钢筋混凝土结构抗力影响是属于该情况结构的随机变量是彼此相互独立的，以随机时间相依函数为特征的钢筋混凝土可以用下面公式来表示：

计算结果表明，钢筋混凝土结构的抗力随着时间增加而减小。这对于校核钢筋混凝土结构的安全性不可忽略。

4.结论

通过对影响钢筋混凝土结构抗力因素的分析，可以得到以下结论：

（1）混凝土碳化、钢筋的腐蚀影响钢筋混凝土结构的抗力。

（2）钢筋混凝土结构抗力随时间的增加而减小，这对钢筋混凝土结构养护，安全性评估提供理论参考。

（3）针对钢筋混凝土结构的抗力随着时间的变化，建议采用解析方法进行分析。（作者单位：1.江西建工集团有限公司；2.绿地房地产集团有限公司）

参考文献：

[1] 曾志兴；吴晓斌；；钢纤维陶粒混凝土碳化后力学性能试验研究[J]；工业建筑；2009年01期

[2] 曹大富；富立志；；冻融环境下普通混凝土力学性能的试验研究[J]；混凝土；2010年10期

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[4] 曹双寅；朱伯龙；；受腐蚀混凝土和钢筋混凝土的性能[J]；同济大学学报；1990年02期

[5] 徐乃欣；腐蚀控制最近25年的发展――美国腐蚀专家的回顾[J]；腐蚀与防护；2000年06期

[6] 阮士业；内养护混凝土强度与体积稳定性研究[D]；山东建筑大学；2011年

碳素结构钢篇4

关键词：混凝土；碳化；钝化膜；钢筋腐蚀

Abstract: This paper analyzes the mechanism of action and the main influencing factors of CO2 and other substances in the concrete carbonation of the electrochemical process of corrosion of reinforcement in reinforced concrete structures, the use of the concrete carbonation principle carbonation of concrete reinforcement corrosion.Key words: concrete; carbonation; passivation film; reinforced corrosion

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

普通混凝土的工作特征是带裂缝工作，混凝土长期于空气中，并受到日晒、风吹、雨淋、霜雪的侵蚀和其他化学腐蚀介质作用，使结构表面发生碳化、污染，从而引起钢筋腐蚀，降低了结构的可靠度和耐久性。随着工程实践中建（构）筑物因混凝土耐久性问题而提前破坏的实例的发生，混凝土的碳化及其对钢筋腐蚀的影响已经引起了工程界的重视。如何选择原材料和控制配合比，从根源上防止混凝土的碳化、提高结构耐久性已成为很重要的一个课题。

1.混凝土的碳化

混凝土的碳化是指空气中的CO2渗透到混凝土内，与其碱性物质化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程，又称中性化。

1.1碳化作用原理

由于混凝土内部存在着大小不同的毛细管、孔隙、气泡等缺陷,具有一定的透气性。空气中的CO2首先渗透到混凝土内部充满空气的孔隙和毛细管中，随后溶解于毛细管中的液相，与水泥水化过程中产生的Ca(OH)2和水化硅酸钙等物质相互作用，形成了CaCO3 。研究表明，混凝土的碳化过程是CO2气体由表及里向混凝土内部逐渐扩散的物理化学反应过程。随着混凝土碳化过程的进行，混凝土毛细孔中Ca(OH)2的含量会逐渐减少，必然会使混凝土PH值降低。碳化改变了混凝土的化学成分和组织结构，对混凝土物理力学性能和耐久性有着明显的影响。

1.2影响碳化的因素

根据混凝土碳化原理可知，影响混凝土碳化的主要因素是混凝土的表面裂缝、内部密实度和所含碱性物质的多少。如果混凝土表面裂缝越少、内部密实度越高、Ca(OH)2含量越大，则抗碳化性能就越好；反之则越差。而影响混凝土表面裂缝、密实度及Ca(OH)2含量大小又与多种因素有关，主要有材料因素、环境因素和施工因素三方面。材料因素主要有混凝土水灰比大小、水泥品种及用量、混凝土强度等级、粉煤灰掺量等；环境因素主要有周围环境的相对湿度、温度、CO2浓度等；施工因素主要有混凝土振捣质量和养护等。

（1）水灰比

水灰比对混凝土的孔隙结构影响极大。在水泥用量不变的条件下，水灰比越大，混凝土内部的孔隙率越大，渗透性增大，CO2在清水混凝土毛细孔中的扩散速度越快，导致清水混凝土的碳化速度加快。

（2）水泥品种及其用量

水泥品种不同，水化产物中碱性物质的含量及混凝土的渗透性不同，对混凝土的碳化速度有一定程度影响。实践表明：使用矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥配制的混凝土的碳化速度要比用硅酸盐水泥配制的混凝土的碳化速度快。这是因为火山灰水泥、粉煤灰水泥熟料中的CaO含量低而SiO2的含量高，水泥水化生成的Ca(OH)2含量较少，混凝土的碱性低；而硅酸盐水泥中CaO的含量高，能生成较多的Ca(OH)2，碱性高。另外，混凝土的碳化还与CO2的渗透速度有关。在相同湿度下，火山灰水泥或粉煤灰水泥混凝土中CO2的渗透速度要比硅酸盐水泥混凝土的渗透速度快。

水泥用量也是影响混凝土碳化的主要因素之一。水泥用量增加，不仅可以改善混凝土拌合物的和易性，提高强度，还可以增加混凝土的碱性储备，使其抗碳化能力大大增强。

（3）混凝土强度等级

混凝土强度等级越高,内部组织越密实, CO2的扩散速度降低,致使混凝土的碳化速度降低，抗碳化能力得到提高。

（4）粉煤灰掺量

在水灰比一定时，粉煤灰中的活性SiO2与水泥熟料水化产生的Ca(OH)2进行二次水化反应，生成低碱性的水化硅酸钙，致使混凝土含碱量降低。粉煤灰掺量越大，消耗的Ca(OH)2的越多，混凝土抗碳化能力越弱。但在水灰比较小时，随着养护龄期的延长，混凝土后期强度不断提高，内部组织结构更加致密，CO2在混凝土中的扩散速度和能力逐渐降低，混凝土的抗碳化性能得到改善。

（5）环境相对湿度

环境相对湿度的大小对混凝土碳化有直接的影响。Ca(OH)2与CO2反应生成的水要向外扩散，以保持混凝土内部与大气之间的湿度平衡。如果水向外的扩散速度由于环境湿度大而被减慢，混凝土内部的水蒸气压力将增大，CO2向混凝土内部扩散渗透的速度将降低乃至终止，混凝土的碳化反应也随之减慢。因此在相对湿度接近100% 时，混凝土中的孔隙被水蒸气的冷凝水所充满，反应产生的水向外扩散和CO2向内渗透的速度大幅度降低，碳化将终止。相对湿度小于25% 时，虽然CO2的扩散渗透速度很快，但混凝土毛细孔中没有足够的水，空气中的CO2无法溶解于混凝土毛细管水中，或其溶解量非常有限，使之不能与碱性溶液发生反应，因此碳化反应实际上也无法进行。只有在相对湿度为50～70% 的条件下，最有利于清水混凝土的碳化。

（6）环境温度

环境温度的变化对碳化反应速度有一定影响。当温度降低到0℃时，碳化反应无法进行；当温度升高时，C02的扩散速度和碳化反应速度加快，混凝土抗碳化能力降低。

（7）空气中CO2浓度

碳化反应包含着CO2通过混凝土表面孔隙向其内部逐渐渗入、反应的过程，然而这个过程的快慢取决于CO2的浓度。空气中CO2浓度越高，混凝土碳化速度就越快，碳化深度越大。

（8）混凝土振捣质量和养护

施工过程中混凝土的振捣质量高，则混凝土硬化后密实度高，可降低C02在混凝土中的扩散，使混凝土碳化速度减弱。养护条件对碳化反应也有一定影响。如果养护不良，混凝土中的水分蒸发过快，混凝土表面渗透性增大，可加快混凝土的碳化。

2. 混凝土碳化对钢筋腐蚀的影响

2.1钢筋腐蚀原理

根据钢筋腐蚀的作用原理不同，钢筋腐蚀一般分为化学腐蚀与电化学腐蚀，混凝土构件中钢筋的腐蚀主要是电化学腐蚀。钢筋发生电化学腐蚀必须具备两个条件，一是钢筋表面形成电位差，二是阳极部位的钢筋表面处于活性状态，可以自由地释放电子，在阴极部位钢筋表面存在足够的水和氧气。

由于钢筋同时含有碳、硅、锰等合金元素和杂质，不同元素处在相同或不同介质中，其电极电位也不同，必然存在着电位差，因此，在潮湿的环境下钢筋表面的钝化膜受到破坏时，就可以发生电化学反应。

2.2碳化对钢筋腐蚀的影响

当混凝土PH值为12～13时，混凝土对钢筋具有一定的保护作用，这是因为水泥水化过程中产生一定量的溶解度很小Ca(OH)2，在钢筋表面形成一层钝化膜，使钢筋免受腐蚀。使钝化膜破坏的因素有两个，一个是内在因素，指混凝土本身具有腐蚀性，如在混凝土中使用了过量的氯盐类外加剂等引起钢筋发生电化学腐蚀。另一个是外在因素，主要指混凝土碳化。碳化反应的结果是降低了混凝土中碱的含量，使钝化膜失去稳定性或被破坏，引起钢筋腐蚀。混凝土的碳化是引起钢筋腐蚀的主要原因之一。

3. 钢筋腐蚀对结构的影响

钢筋表面被腐蚀而生成铁锈，会对混凝土结构造成不利影响：

（1）铁锈的体积增大，是原体积的2～4倍。增大的体积挤压周边混凝土，在混凝土中产生拉应力。当该拉应力超过混凝土的极限抗拉强度后，会沿钢筋表面产生顺筋裂缝。这种裂缝进一步使水、氢气、氯离子等使钢筋发生腐蚀的物质直接与钢筋接触，进一步加快钢筋腐蚀的速度。

（2）铁锈破坏了钢筋与混凝土之间的粘结，从而使钢筋与混凝土的协同工作能力下降，构件延性显著降低。

（3）铁锈造成钢筋截面减小，构件承载力降低。

（4）铁锈体积膨胀，使混凝土保护层胀裂，甚至脱落，构件变形增大，影响混凝土的表面质量和结构的正常使用，降低结构耐久性。

参考文献：

[1] 张誉, 蒋利学. 混凝土结构耐久性概论[M ]. 上海: 上海科学技术出版社, 2003, 12.

[2]金伟良, 赵羽习. 混凝土结构耐久性. 北京: 科学出版社, 2002

[3]高峰. 浅谈混凝土耐久性问题[J ]. 施工技术, 2005, 34 (4) : 46247, 50.

碳素结构钢篇5

关键词：低合金高强钢 冷裂纹 热裂纹 热影响区

0前言

随着科学技术的发展和不断进步，社会生产力的不断提高，重型装备制造业不断向着大型化，专业化的方向发展，焊接结构设计日益趋向高参数、轻量化，及大型化发展，要求在自重增加不多的条件下大幅度提高焊接结构的承载能力，因此，对制造这些重型设备的钢材的力学性能，稳定性等提出了更高的要求，需要有更高强度要求的钢材与之相匹配，这种情况下须采用高强钢甚至超高强钢。由于与普通低碳钢相比，高强钢中加入了较多的合金元素，化学成分较为复杂，各种力学性能都发生了较大的变化，因此，必然在焊接性上也发生了很大变化。只有充分了解和掌握其焊接性，才能够在现场施工作业中，做好焊接质量控制工作。

1 S690高强钢焊接性分析

20世纪50～80年代，美、英、德、日等先后开发出性能优异的低碳调质钢，用于重要焊接结构，取得了显著的经济效益。目前屈服强度为690MPa的低碳调质钢，较为著名的有美国的ABS Grade EQ70、德国的Dillinger Dillimax 690、法国的INDUSTEEL Superelso 690 CR和奥地利的Aldur 700 QL1等，被广泛的用于起重设备制造、海洋采油平台制造、海上钻井船桩腿制造等方面。

S690高强钢是一种应用于大型装备制造业如重型起吊机，挖掘机，煤矿机械等设备的低合金高强度细晶粒结构钢，它是一种德国产钢材，国内相应钢种为HQ-80C[1]，这种钢是我国在日本WEL-TEN80C钢基础上发展起来的屈服强度为685MPa级的工程机械用钢。

1.1 冷裂纹敏感性分析

采用碳当量估算法，对S690高强钢冷裂纹敏感性进行分析。所谓“碳当量”即把钢中包括碳在内的合金元素对淬硬、冷裂及脆化等的影响折合成碳的相当含量。世界各国根据本国的具体情况相继建立了许多碳当量公式，国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量公式如公式2.1所示：

1.4 热影响区软化

S690高强钢热影响区峰值温度高于母材回火温度至Ac1的区域会出现软化（强度、硬度降低）。热影响区峰值温度直接影响奥氏体晶粒度、碳化物溶解以及冷却时的组织转变。S690高强钢热影响区软化最明显的部位是峰值温度接近Ac1的区域，这与该区域组织转变及碳化物的沉淀和聚集长大有关。

S690高强钢热影响区的理想组织为体积分数90%～70%的低碳马氏体+体积分数为10%～30%的下贝氏体，控制t8/5是取得上述组织的关键。对任一种低碳调质钢而言，要得到较为理想的过热区组织，就必须有适当的冷却速度，亦即适当的热输入与预热温度的配合。一般情况下，冷却速度过快会引起脆化；过慢则强度和韧性不能保证。

2结论

由于S690钢材属于低碳低合金调质钢，合金元素种类较多，碳当量较高，大大增加其淬硬倾向，因此，焊前需采取预热一定的措施，焊接过程中要严格控制热输入和层间温度，焊后要及时进行消氢及消应力热处理，所得到的焊接接头力学性能较好。

参考文献

[1] 中国机械工程学会焊接分会. 焊接手册：第3卷-焊接结构[M]. 北京：机械工业出版社，2001，725～726.

[2] 王香云，王文先，李结木.WB36钢焊接工艺性分析及应用[J].机械工程与自动化，2007，（3）：71～76.

碳素结构钢篇6

【关键词】钢筋锈蚀；碳化；环境湿度；Cl-侵蚀

钢筋长期暴露在外会发生锈蚀，这是一个电化学反应过程。造成钢筋锈蚀的因素很多，主要有自然环境因素和人为因素，如潮湿的空气、含侵蚀性介质的地下水、海洋环境，以及工业生产产生的酸等因素。尽管引起钢筋锈蚀的原因不同，但钢筋锈蚀对结构造成的破坏是一样的，即钢筋锈蚀到一定程度后，锈蚀产物产生的膨胀压力将会使混凝土保护层发生顺筋开裂，进而造成一系列破坏。

1 混凝土中钢筋的锈蚀机理

混凝土在水化作用时水泥中的氧化钙生成氢氧化钙，使得混凝土孔隙中含有大量的OH-离子，其PH值一般可达到12.5～13.5，使得钢筋混凝土结构中，混凝土内部的碱性很高。这样高的碱性可以使其内部的钢筋表面保持钝化状态，钢筋表面会形成一层不易渗透的牢固的粘附于钢筋表面的氧化物―钝化膜，钝化膜使钢筋表面不存在活性的铁，因此电化学腐蚀无法进行，阻止钢筋进一步锈蚀。钝化膜是阻止钢筋锈蚀的实质，而混凝土保护层是使钢筋表面形成钝化膜的前提，二者共同作用形成了防止钢筋锈蚀的两道防线。

在使用过程中随着混凝土的碳化，钢筋锈蚀会逐步产生。在混凝土碳化过程中，混凝土的碱性大大降低，其pH值由原来的12.5降到9左右。据有关资料显示，当混凝土内部的pH值降低至11.5以下时，埋在混凝土内部的钢筋表面钝化膜就被破坏了，使钢筋表面处于活化状态。呈现活化状态的钢筋表面在其表面有水和氧气的作用下，就会发生如下反应：

1）在阳极发生以下阳极反应：

2Fe-4e-2Fe2+

2）在阴极发生如下阴极反应：

2H 2O +O2 +4e- 4OH-

钢筋锈蚀过程的全反应是阳极反应和阴极反应的组合，在钢筋表面析出Fe（OH）2，其反应式为：

2Fe+2H 2O +O22Fe2++4OH-2Fe（OH）2

Fe（OH）2再与水中的氧反应生成Fe（OH）3。一旦钢筋表面有Fe（OH）3生成，其下面的铁就成为阴极，会更进一步促成铁的锈蚀。

随着时间的推移，一部分Fe（OH）3进一步氧化生成nFe2O3mH2O（铁红），另一部分氧化不完全的变成Fe3O4（黑锈），在钢筋表面形成锈层。铁红体积可以大到原来体积的四倍，黑锈体积可以大到原来体积的二倍。铁锈体积膨胀对周围混凝土产生压力，使混凝土沿钢筋方向和垂直钢筋方向开裂，进而造成混凝土保护层成片脱落，裂缝的形成及保护层的脱落，使更多的水、氧气和二氧化碳得以水里进入混凝土内部，又加快了钢筋的锈蚀速度。

2 影响钢筋锈蚀的主要因素

2.1 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。大量研究结果表明：混凝土的碳化深度和混凝土密实度有很大关系。密实度良好的混凝土碳化深度仅局限在表面，而密实度差的混凝土，则碳化深度就较大。

2.2 混凝土碳化和酸性介质的侵入

空气中的CO2气体在混凝土表面逐渐与氢氧化钙。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逐渐与混凝土的氢氧化钙发生反应生成碳酸钙，这种现象称为碳化。由于生成的碳酸钙难溶解，其饱和值的pH值为9，因此随着碳化反应的不断进行，混凝土碳化区的pH值也不断下降，并不断向内部发展；当碳化深度达到或超过保护层时，钢筋表面的钝化膜遭到局部破坏，钢筋开始锈蚀。当大气中由氯化氢、硫化氢等酸性气体，将同样被混凝土吸收并与氢氧化钙结合，从而使混凝土碱度迅速下降，使钢筋遭受腐蚀。

2.3 环境湿度

钢筋锈蚀与环境湿度有直接关系。在十分潮湿的环境中，其空气相对湿度几近于100%，混凝土空隙中充满了水，阻碍了空气中的二氧化碳和氧气向钢筋表面扩散，使钢筋难以锈蚀。当相对湿度低于60%时，在钢筋表面难以形成水膜，混凝土碳化也难以深入，钢筋几乎不生锈。而相对湿度在80%左右时，有利于碳化作用，混凝土中的钢筋锈蚀发展很快。

2.4 Cl-侵蚀

混凝土中的Cl-主要源于原材料和外加剂，如使用海砂、海水或氯化钙作外加剂等。研究表明，由于Cl-半径小，活性大，具有很强的穿透力，所以当它进入混凝土中并达到钢筋表面，容易吸附在氧化膜有缺陷的地方，并穿过氧化膜，在氧化物内层形成易溶的FeCl2，使氧化膜局部溶解，形成蚀坑现象。如果混凝土中含有大量均匀分布的氯离子，而钢筋保护层又比较薄，有足够的氧可以达到钢筋表面，则钢筋表面就可以大面积的发生上述氯离子的脱钝化反应，导致许多点蚀坑合并、扩大，在钢筋表面形成均匀的锈蚀层。

在Cl-侵蚀造成钢筋锈蚀过程中，Cl-不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池，而且加速了电池的作用过程。C1-与Fe2+相互作用生成了FeCl2，C1-和Fe2+消失，从而加速了阳极反应。可溶性的FeCl2在混凝土中扩散时遇到OH-，立即生成沉淀Fe（OH）2，在有氧条件下进一步氧化成Fe（OH）3，最后生成铁的氧化物（铁锈）。由以上反应可发现，C1-在整个过程中只起媒介作用而不被消耗，即凡是进入混凝土中的C1-，会周而复始的起破坏作用。

3 结语

钢筋锈蚀到一定程度会导致粘结强度的明显下降、结构承载力的降低，破坏模式及结构动力特性的改变等不利影响，因此，在施工严格按照施工规范要求，把握好混凝土原材料材质、水灰比、水泥用量、振捣和养护等关键工序，保证混凝土的密实性；对于有侵蚀性气体、粉尘等介质，环境湿度较大时，用从工艺和建筑构造入手，减轻外界的侵蚀条件，避免侵蚀性液体直接触及结构，并适当增加混凝土保护层厚度；在浇筑钢筋混凝土结构时严格按照施工规范要求控制外源氯盐用量，并通过添加适量缓蚀剂（如亚硝酸钠等）消除或延缓钢筋的锈蚀。

【参考文献】

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[3]张誉，蒋利学，张伟平，等.混凝土结构耐久性概论[M].上海：上海科学技术出版社，2003.

碳素结构钢篇7

关键词碳化;钢筋混凝土;结构耐久性;影响因素;治理

混凝土耐久性问题是公认的难题。水闸建成运行后,如何加强混凝土构筑物的保养、维修,提高其耐久性,是水利工程管理单位值得深入研究的问题[1]。由于钢筋混凝土构筑物长期暴露在自然环境中,空气中的co2在适当的温度、湿度下浸入到硬化的水泥浆细孔中,与混凝土中ca(oh)2 反应形成caco3,使混凝土碱度降低。这种co2从混凝土表面浸入到混凝土内部的过程称为碳化。碳化使混凝土碱度降低,减弱对钢筋的保护作用,使钢筋容易锈蚀,锈蚀形成的铁锈体积膨胀(为原来的2~8倍),对混凝土保护层施加膨胀力。又由于碳化层产生的碳化收缩,对其内部形成压力,而表面碳化层产生拉力,也能够使结构表面产生微小裂纹。这种收缩裂纹成为空气和水的通道,加快了混凝土的碳化,当钢筋暴露在大气中时,锈蚀过程将加快,最后导致截面减小,严重降低结构强度,影混凝土建筑物的寿命[2]。

1混凝土碳化的主要影响因素

1.1混凝土含水量及周围介质的相对湿度

混凝土碳化过程与混凝土含水量及周围介质的相对湿度有关[3]。这是因为co2与ca(oh)2反应所释放的水必定要向外扩散,以保持混凝土内部大气之间的湿度平衡。如果外界湿度大或介质相对湿度接近100% 时,混凝土中的水向外扩散的速度大幅度降低或停止,混凝土中的微孔隙被水充满,则co2向内部扩散的过程实际上终止,碳化也就很难进行。当空气湿度为50%~70%时,混凝土的孔隙尚未被水充满,co2可以向混凝土内扩散,而混凝土孔隙的湿度不仅为ca(oh)2向外扩散提供了必备条件,并且使化学反应进行较快。

1.2环境温度

混凝土碳化速度与温度有关[4]。当温度较低时,水变成冰,化学反应无法进行,碳化实际上停止,随温度的升高,碳酸的扩散易于进行,ca(oh)2及co2的扩散速度和化学反应速度均加大,从而使混凝土的碳化过程加快。

2工程治理实例

2.1工程概况

引滦工程尔王庄管理处联结井闸自运行以来,由于先天的混凝土强度偏低、振捣不实、保护层厚度不足等原因致使混凝土保护层疏松脱落,箍筋部分裸露锈蚀,碳化深度4~6 cm,普遍出现了箍筋、顺筋锈胀裂缝,回弹仪测强为11~22 mpa。因其耐久性问题比较严重,列为2000年尔王庄管理处维修加固的重点。

2.2施工工艺

工程的治理原则是:治理后具备原有承载力、整体性和耐久性,防止进一步损坏结构和构件,尽量避免大动大补,并尽可能保持原有结构外观。处理方法以实际出发,在安全可靠的前提下,力求简单易行、经济合理。

2.2.1工艺流程。凿除混凝土钢筋除锈基层清理刷mci迁移性钢筋防锈剂(2020)刷界面剂(第1遍)抹钢纤维砂浆(第1遍)化学灌浆刷界面剂(第2遍)抹钢纤维砂浆(第2遍)刷界面剂(第3遍)抹钢纤维砂浆(第3遍)养护刷mci2021刷防碳化涂料(3遍)。

2.2.2修补材料。①钢纤维砂浆。配比为水泥∶砂∶钢纤维∶硅粉∶减水剂∶水=1∶1.5∶0.08∶0.1∶0.05∶0.38。钢纤维砂浆是一种性能优良的新型复合材料。乱向分布的短纤维阻碍内部裂缝的扩展和宏观裂缝的发生,从而使抗拉、抗弯、抗剪强度等显著提高。其抗冲击、抗疲劳、耐久性也有较大改善。掺入硅粉和减水剂的钢纤维砂浆可以提高砂浆的密实性、抗压强度、抗渗性、耐久性,改善混凝土拌合物的和易性。②mci—2020迁移性钢筋防锈剂。mci—2020是一种通过涂抹在混凝土表面,可自行渗透扩散至内部钢筋表面,形成单分子保护膜,保护钢筋不被腐蚀。即使它不与钢筋直接接触,也能在混凝土中渗透扩散一定距离,达到钢筋表面,从而有效抑制钢筋腐蚀,延长结构的使用寿命。③界面剂。zv型混凝土修补胶与水泥调和而成,其配比为1∶1。使用时均匀涂抹在混凝土表面,力求薄而不淌,待浆液不粘手时,即可进行下一道工序。

2.3化学灌浆

对于联接井闸南侧的4棵机架桥柱,由于其内部混凝土强度低于c15,且有蜂窝、孔隙,直接影响了钢筋混凝土柱的承载力,必须采取化学灌浆处理。①灌浆压力。0.35~0.45 mpa。②灌浆材料。环氧树脂∶固化剂=2∶1(体积比)。③预埋灌浆嘴。灌浆嘴用“水不漏”预埋,2~3个嘴子内部架桥(预留通道),用来排气。

2.4混凝土表面涂料涂覆

在混凝土表面涂料涂覆,可使混凝土与co2、cl-、o2和h2o隔离,是防止钢筋混凝土结构钢筋锈蚀的一种常用的有效措施。一般在预测到钢筋混凝土结构将受到锈蚀损害时采用,也可以在经局部修补的较轻微锈蚀的钢筋混凝土结构上起保护作用。目前在我国水利工程中使用较普遍的为环氧树脂厚浆涂料。在此项联结井闸补强加固工程中,根据钢筋混凝土的不同损坏程度,采用化学灌浆、钢纤维砂浆、mci迁移性钢筋防锈剂等综合治理方法。因此,在混凝土表面涂料涂覆时,采用一般的外檐涂料,并在涂料中掺入bc01胶,使其更牢固、不褪色。

3小结

混凝土结构损坏如果得不到及时处理,损坏就会日益加剧,极易诱发各种危险事故。因此,应对碳化机理、碳化的影响因素、碳化对钢筋混凝土结构物的损坏原因进行分析,并针对碳化引起水工建筑物的缺陷采取治理措施。

4参考文献

[1] 肖佳,勾成福.混凝土碳化研究综述[j].混凝土,2010(1):40-44,52.

[2] 刘磊.sbr砂浆在嶂山闸混凝土表面防碳化处理的应用[j].治淮,2010(1):27-29.

[3] 王玉琳.混凝土碳化影响因素研究综述[j].淮海工学学报:人文社会科学版,2002(2):42-44,48.

碳素结构钢篇8

关键词：水利工程；钢筋混凝土；保护层筋混凝土；保护层；检测

由于近年来，我市的水环境和空气环境质变很大，对人体健康的危害人人皆知，但对建筑物，尤其是水工建筑中的钢筋混凝土的危害就不易引起人们的重视了。

如，博厦水闸防洪闸门改造工程，于1991冬开工，1992年春竣工。该工程的钢筋混凝土结构闸架柱截面为600×500，设计混凝土标号是200#，设计保护层已有适当加大，取用50厚。由于该闸当时处于水泥厂、氮肥厂、火力发电厂、牛皮厂及运河污水包围，空气极度污染的环境中，再加上施工时的钢筋混凝土保护层的负偏差，该工程使用运行不到5年时间，钢筋混凝结构的间架于1996年就出了严重的锈蚀现象，部份保护层混凝土脱落露出受力筋。

一、从构造规定谈钢筋混凝土保护层的厚度

结构设计中有些问题很难计算，也没必要都经计算决定。如保护层的厚度通常不进行计算，但应了解这些构造规定的原理，以便在实际工作中正确地应用。

根据规范要求，钢筋混凝土中，钢筋外混凝土净保护层的厚度应满足下面两个条件：

(一)粘结锚固性能

保证保证钢筋能与混凝同受力，发挥设计所需的强度。为使受力钢筋与握裹层混凝土之间有必要的粘结强度，混凝土应有一定的相对厚度。锚固设计的粘结强度和锚固长度，都是以保护层厚度c等于受力钢筋直径d为条件而得的。因此要求保护层c不小于受力钢筋径d，即c≥d。

(二)耐久性

使钢筋在50年内不发生危及结构安全的锈蚀。耐久性问题比较复杂。混凝土的高碱性环境使钢筋表面形成稳定的保护膜（钝化膜），它保护钢筋不受腐蚀。保护膜的破坏（脱钝）是钢筋腐蚀的先决条件。一般情况下，脱钝主要是由于空气中二氧化碳长期作用使混凝土中的碱性物质（主要是氢化钙）的碱度降低（称为碳化），丧失保护作用。当碳化达及钢筋表面时，若钢筋上有水溶液、氧和电位差，就会发生电化学腐蚀。由于脱钝是钢筋腐蚀的前提，故把耐久性的年限定为表层混凝土碳化达及钢筋表面的时间。

经过试验和调查表明，碳化深度随时间而增长，但速度逐渐减慢。碳化速度与二氧化碳浓度有关，浓度大，碳化快。实际上，碳化速度还与混凝土本身的抗渗性和碱度有关，取决于水灰比、水坭品种等因素，综合反映混凝土等级的影响。混凝土强度等级较高时，碳化速度减慢。设计时应考虑这一因素。

对钢筋腐蚀有影响的另一因素是结构所处的环境。一般室内或其它正常环境中，因钢筋表面缺乏电化学腐蚀所需的水溶液，即使碳化已达钢筋表面，钢筋仍可基本无锈。而在露天或其它高湿度环境中使用的构件，侧很难避免水、氧、二氧化碳等腐蚀介质的渗透、侵蚀。

构件在结构中所处的位置及构件的不同部位对钢筋的腐蚀也有影响。梁、柱构件的棱角部位，浇注时混凝土不易密实，抗渗性较差。这些构件里的钢筋又面临双向渗透碳化，其碳化速度比一般平板构件（如，板、墙等）快40%～80%，故往往较早腐蚀。钢筋因腐蚀而引起的体积增长促使保护层混凝土发生纵向劈裂裂缝，甚至造成保护层混凝土脱落。这又导致更严重的腐蚀，从而影响结构的承载力。

综上所述，确定混凝土保护层厚度时。应区分结构所处环境、构件类型，并考虑混凝土强度等级等的影响。试验研究和调查统计表明，当混凝土强度等级为C20时，50年的平均碳化深度为25mm，该值可作为保护层厚度的基本取值，并以此为基础，考虑各种情况下的保护层最小厚度。这些数值的确定，还取决于对已建工程长期使用效果调查分析的结果。正如规范第6.1.3条规定了混凝土保护层最小厚度。

规范表一为混凝土保护层最小厚度的取值。其中室内正常环境中梁柱保护层厚度为25mm，板墙壳为15mm。由于施工规范中允许保护层厚度可能有负偏差，且实际工程中保护层多数偏薄，当湿度大、通风条件及空气环境差时，钢筋仍有轻微锈蚀的可能，故保护层厚度不宜再减小。规范标注：“处于露天或室内高湿度环境中的结构，其混凝土强度等级不宜底于C25”，规范还特别注明：“要求使用年限较长的重要建筑物和受沿海环境侵蚀的建筑物的承重结构，当处于露天或室内高湿度环境时，其保护层厚度应适当增加”。前者考虑此类建筑物使用年限较长的，后者考虑海水中氯化物的影响。

二、水工钢筋混凝土施工控制保护层的体会

近年来，建筑市场处于体制改革转型的动荡阶段，大多数施工企业的施工管理混乱，施工技术队伍不稳定，特别是技术工人队伍绝大部份都是临时顾用，没有经过任何考核或持证上岗的要求，如此讲百年大计工程，规范施工，确保施工质量，真是谈何容易。

“钢筋混凝土保护层”这个问题看似小事一椿，近来在我们的周围很少论及，在竣工验收过程近似被遗忘的角落。虽有钢筋保护层验收的规范条文，《质量评定表》也很齐备，但往往工程主体施工完毕，其它合格，就不再讲究保护层这事了。为何？因为保护层合格与否三至五年内不易暴露问题，十年、二十年或许也不会造成工程损坏，但对其危害性和隐患的论说在此不敢班门弄斧了,留待专家来施教。

自1996年发现博斥闸架钢筋混凝土保护层被锈蚀脱落，引起了我的注意。这十多年来，东莞大围的除险加固、达标建设、水闸重建等工程不曾间断过,这些工程都有大量的钢筋混土结构的构造。也给了我学习工程施工管理的大好机遇。在参与所有钢筋混凝土结构构造的工程项目实施过程，我曾经不厌其烦提请参与工程的各方人士注意“钢筋混凝土保护层”的控制，在目前工程处于严重的水污染、空气污染的大环境中，是保证工程质量，确保工程使用寿命的重要因素。但在各项工程施工过程，因钢筋混凝土保护层控制不好而被责令停工整改和返工的仍然层出不穷。为此曾被个别现场施工管理人员甚至认为如此是小题大作。直至大堤达标第四期工程东城堤段的第一标段，在施工钢筋混凝土结构的悬臂式护岸挡土墙过程，都有几次因保护层问题而被责令停工整改、返工的现象。大概认为只要混凝土一浇注就万事大吉了，谁也看不到保护层是否符合要求。请稍有些许责任感的各方相关工程施工技术管理的人们借以为鉴，为工程百年大计尽职尽责。这些年来，我一直在沉思“保护层”的问题本是小事一椿，为何如此头痛？主要是质量检验和施工控制的脱节。其实只要大家都来重视按设计和施工规范要求，在钢筋混凝土施工时采取较好的加固方法，保证保护层的厚度，既不用多花一分钱，又保证了工程质量，何乐而不为？

三、结束语

首先，考虑当前环境严重污染和施工时允许的负偏差因素，在承载力和耐久性的重要构件和部位，是否在设计时适当加大钢筋混凝土的保护层？

其次，在我市水利工程不曾见有对成品的钢筋混凝土结构构件的保护层做测试的，大家对成型的构件保护层心里都无数，建议监理、质监或质量检测单位买一台混凝土保护层厚度、钢筋位置测定仪，进行质量检测。