孔 燕

（中鐵十一局集團(tuán)城市軌道工程有限公司，湖北 武漢430074）

鋼筋長(zhǎng)期暴露在外會(huì)發(fā)生銹蝕，這是一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。造成鋼筋銹蝕的因素很多，主要有自然環(huán)境因素和人為因素，如潮濕的空氣、含侵蝕性介質(zhì)的地下水、海洋環(huán)境，以及工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的酸等因素。盡管引起鋼筋銹蝕的原因不同，但鋼筋銹蝕對(duì)結(jié)構(gòu)造成的破壞是一樣的，即鋼筋銹蝕到一定程度后，銹蝕產(chǎn)物產(chǎn)生的膨脹壓力將會(huì)使混凝土保護(hù)層發(fā)生順筋開(kāi)裂，進(jìn)而造成一系列破壞。

1 混凝土中鋼筋的銹蝕機(jī)理

混凝土在水化作用時(shí)水泥中的氧化鈣生成氫氧化鈣，使得混凝土孔隙中含有大量的OH-離子，其PH值一般可達(dá)到 12.5～13.5，使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土內(nèi)部的堿性很高。這樣高的堿性可以使其內(nèi)部的鋼筋表面保持鈍化狀態(tài)，鋼筋表面會(huì)形成一層不易滲透的牢固的粘附于鋼筋表面的氧化物—鈍化膜，鈍化膜使鋼筋表面不存在活性的鐵，因此電化學(xué)腐蝕無(wú)法進(jìn)行，阻止鋼筋進(jìn)一步銹蝕。鈍化膜是阻止鋼筋銹蝕的實(shí)質(zhì)，而混凝土保護(hù)層是使鋼筋表面形成鈍化膜的前提，二者共同作用形成了防止鋼筋銹蝕的兩道防線。

在使用過(guò)程中隨著混凝土的碳化，鋼筋銹蝕會(huì)逐步產(chǎn)生。在混凝土碳化過(guò)程中，混凝土的堿性大大降低，其pH值由原來(lái)的12.5降到9左右。據(jù)有關(guān)資料顯示，當(dāng)混凝土內(nèi)部的pH值降低至11.5以下時(shí)，埋在混凝土內(nèi)部的鋼筋表面鈍化膜就被破壞了，使鋼筋表面處于活化狀態(tài)。呈現(xiàn)活化狀態(tài)的鋼筋表面在其表面有水和氧氣的作用下，就會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：

1）在陽(yáng)極發(fā)生以下陽(yáng)極反應(yīng)：

2Fe-4e-→2Fe2+

2）在陰極發(fā)生如下陰極反應(yīng)：

2H2O+O2+4e-→4OH-

鋼筋銹蝕過(guò)程的全反應(yīng)是陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)的組合，在鋼筋表面析出Fe(OH)2，其反應(yīng)式為：

2Fe+2H2O+O2→2Fe2++4OH-→2Fe(OH)2

Fe(OH)2再與水中的氧反應(yīng)生成Fe(OH)3。一旦鋼筋表面有Fe(OH)3生成，其下面的鐵就成為陰極，會(huì)更進(jìn)一步促成鐵的銹蝕。

隨著時(shí)間的推移，一部分Fe(OH)3進(jìn)一步氧化生成nFe2O3mH2O（鐵紅），另一部分氧化不完全的變成Fe3O4（黑銹），在鋼筋表面形成銹層。鐵紅體積可以大到原來(lái)體積的四倍，黑銹體積可以大到原來(lái)體積的二倍。鐵銹體積膨脹對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生壓力，使混凝土沿鋼筋方向和垂直鋼筋方向開(kāi)裂，進(jìn)而造成混凝土保護(hù)層成片脫落，裂縫的形成及保護(hù)層的脫落，使更多的水、氧氣和二氧化碳得以水里進(jìn)入混凝土內(nèi)部，又加快了鋼筋的銹蝕速度。

2 影響鋼筋銹蝕的主要因素

2.1 混凝土不密實(shí)或有裂縫存在

混凝土密實(shí)不良和構(gòu)件上產(chǎn)生的裂縫，往往是造成鋼筋腐蝕的重要原因，尤其當(dāng)水泥用量偏小，水灰比不當(dāng)和振搗不良，或在混凝土澆筑中產(chǎn)生露筋、蜂窩、麻面等情況，都會(huì)加速鋼筋的銹蝕。大量研究結(jié)果表明：混凝土的碳化深度和混凝土密實(shí)度有很大關(guān)系。密實(shí)度良好的混凝土碳化深度僅局限在表面，而密實(shí)度差的混凝土，則碳化深度就較大。

2.2 混凝土碳化和酸性介質(zhì)的侵入

空氣中的CO2氣體在混凝土表面逐漸與氫氧化鈣。碳化是介質(zhì)與混凝土相互作用的一種很廣泛的形式，最典型的例子是空氣中的CO2逐漸與混凝土的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鈣，這種現(xiàn)象稱為碳化。由于生成的碳酸鈣難溶解，其飽和值的pH值為9，因此隨著碳化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，混凝土碳化區(qū)的pH值也不斷下降，并不斷向內(nèi)部發(fā)展；當(dāng)碳化深度達(dá)到或超過(guò)保護(hù)層時(shí)，鋼筋表面的鈍化膜遭到局部破壞，鋼筋開(kāi)始銹蝕。當(dāng)大氣中由氯化氫、硫化氫等酸性氣體，將同樣被混凝土吸收并與氫氧化鈣結(jié)合，從而使混凝土堿度迅速下降，使鋼筋遭受腐蝕。

2.3 環(huán)境濕度

鋼筋銹蝕與環(huán)境濕度有直接關(guān)系。在十分潮濕的環(huán)境中，其空氣相對(duì)濕度幾近于100%，混凝土空隙中充滿了水，阻礙了空氣中的二氧化碳和氧氣向鋼筋表面擴(kuò)散，使鋼筋難以銹蝕。當(dāng)相對(duì)濕度低于60%時(shí)，在鋼筋表面難以形成水膜，混凝土碳化也難以深入，鋼筋幾乎不生銹。而相對(duì)濕度在80%左右時(shí)，有利于碳化作用，混凝土中的鋼筋銹蝕發(fā)展很快。

2.4 Cl-侵蝕

混凝土中的Cl-主要源于原材料和外加劑，如使用海砂、海水或氯化鈣作外加劑等。研究表明，由于Cl-半徑小，活性大，具有很強(qiáng)的穿透力，所以當(dāng)它進(jìn)入混凝土中并達(dá)到鋼筋表面，容易吸附在氧化膜有缺陷的地方，并穿過(guò)氧化膜，在氧化物內(nèi)層形成易溶的FeCl2，使氧化膜局部溶解，形成蝕坑現(xiàn)象。如果混凝土中含有大量均勻分布的氯離子，而鋼筋保護(hù)層又比較薄，有足夠的氧可以達(dá)到鋼筋表面，則鋼筋表面就可以大面積的發(fā)生上述氯離子的脫鈍化反應(yīng)，導(dǎo)致許多點(diǎn)蝕坑合并、擴(kuò)大，在鋼筋表面形成均勻的銹蝕層。

在Cl-侵蝕造成鋼筋銹蝕過(guò)程中，Cl-不僅促成了鋼筋表面的腐蝕電池，而且加速了電池的作用過(guò)程。C1-與Fe2+相互作用生成了FeCl2，C1-和Fe2+消失，從而加速了陽(yáng)極反應(yīng)。可溶性的FeCl2在混凝土中擴(kuò)散時(shí)遇到OH-，立即生成沉淀Fe(OH)2，在有氧條件下進(jìn)一步氧化成Fe(OH)3，最后生成鐵的氧化物（鐵銹）。由以上反應(yīng)可發(fā)現(xiàn)，C1-在整個(gè)過(guò)程中只起媒介作用而不被消耗，即凡是進(jìn)入混凝土中的C1-，會(huì)周而復(fù)始的起破壞作用。

3 結(jié)語(yǔ)

鋼筋銹蝕到一定程度會(huì)導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度的明顯下降、結(jié)構(gòu)承載力的降低，破壞模式及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的改變等不利影響，因此，在施工嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求，把握好混凝土原材料材質(zhì)、水灰比、水泥用量、振搗和養(yǎng)護(hù)等關(guān)鍵工序，保證混凝土的密實(shí)性；對(duì)于有侵蝕性氣體、粉塵等介質(zhì)，環(huán)境濕度較大時(shí)，用從工藝和建筑構(gòu)造入手，減輕外界的侵蝕條件，避免侵蝕性液體直接觸及結(jié)構(gòu)，并適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層厚度；在澆筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求控制外源氯鹽用量，并通過(guò)添加適量緩蝕劑（如亞硝酸鈉等）消除或延緩鋼筋的銹蝕。

［1］惠云玲.混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕評(píng)估試驗(yàn)研究[R].冶金部建筑研究總院.

［2］范穎芳，黃振國(guó)，李健美，等.受腐蝕鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋與混凝土粘結(jié)性能研究[J].工業(yè)建筑，1999，9（8）.

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