钢筋栽埋灌浆料 钢筋被土埋有什么影响_百度知道
钢筋栽埋灌浆料 钢筋被土埋有什么影响
1，对于截面积损失率大于10％，从而使钢筋的力学性能下降。对于截面积损失率达5％～10％的钢筋，其屈服强度和抗拉强度及延伸率均开始下降、钢筋锈蚀，钢筋各项力学性能指标严重下降这个是很严重的，但小于60％的严重腐蚀，导致截面积减少
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对国内外腐蚀钢筋混凝土的相关研究进行了归纳概括,总结了由钢筋锈蚀给现有混凝土结构所带来的危害,明确了研究腐蚀钢筋混凝土结构的现实意义。通过对钢筋腐蚀机理的论述,阐明了钢筋锈蚀对于结构承载力破坏的原因。分别从锈蚀钢筋力学特性、混凝土保护层破损、钢筋与混凝土界面粘结力衰退3个角度分析总结了现有腐蚀钢筋混凝土力学特性研究的方法、进展以及存在的困难。
&&& 钢筋混凝土是钢筋和混凝土材料的有机结合体，它有效发挥了钢筋的抗拉性和混凝土材料的抗压性，具有整体性优、性价比高、耐火、抗冻、防水等诸多特点。自从波特兰水泥问世至今，钢筋混凝土结构广泛地在土木、水利、港口、桥梁等领域得以运用，一直被当作工程结构设计的首选形式。目前在钢筋混凝土工程中普遍存在的问题就是钢筋腐蚀导致的耐久性不足，而由于耐久性不足引发的实际工程问题也越发严重& 。综合国内外的统计资料发现：现有的钢筋混凝土结构普遍存在由于氯化物污染腐蚀钢筋和混凝土碳化而导致结构耐久性下降问题，腐蚀钢筋结构的耐久性破坏所引发的重大安全事故不在少数，造成巨大经济损失 。1967 年建于美国明尼苏达州的跨密西西比河标号 1-35W 钢筋混凝土公路拱桥，使用了仅仅 20 多年就出现桥体严重腐蚀现象，在采用局部修补方法进行修复后不久又出现了腐蚀和混凝土裂缝问题，最终于 2007 年发生重大坍塌事故；台湾地区不断发生的&海砂屋&事件和滨海桥梁建筑受损问题，也是由于氯盐导致钢筋混凝土腐蚀所造成的；于 1979 年建成的北京西直门立交桥，在常年冬季撒盐除冰的&盐害&下使用不到 20 年就被迫拆除重建，直接造成经济损失万元。&五倍定律&是由国外学者提出的概念：即如果设计初期忽视钢筋防护技术要求而少投入 1 美元，后续在锈蚀问题暴露后将投入费用 5 美元用以维修，而在保护层混凝土表面发生顺筋开裂后则需要花费 25 美元用以加固修复，最后当结构严重破坏时所投入的维修费将高达 125 美元。因此，钢筋腐蚀已成为威胁结构安全的最大因素 。在大量已建成钢筋混凝土结构中，由于建造时重视度不够，采用了大水灰比、薄保护层、掺加氯化物作为早强剂等较差的护筋技术条件直接引起了钢筋的腐蚀破坏，同时加上一些极端恶劣侵蚀条件下施工技术质量的控制不到位加剧了病害的发展，急需经济有效的防护措施。
&&& 钢筋腐蚀损伤原理
&&& 钢筋混凝土结构在服役初期，由于混凝土中孔隙液的高碱性（pH 值 ＞12. 5）在钢筋表面形成了一层钝化层，有效防止了钢筋遭受腐蚀侵蚀。而后期混凝土的碳化和氯离子侵蚀将导致钝化膜的破坏，进而引发了钢筋的腐蚀。混凝土碳化主要表现为大范围的全面腐蚀，而氯离子的侵入则表现为局部点蚀、坑蚀，虽然点蚀的腐蚀面积较小但腐蚀深度较大，易引起结构应力集中，出现毫无征兆的脆性破坏。
&&& 混凝土碳化是水泥浆体中的碱性组分 （ 如、KOH 、Ca（OH） 2 ）和水化硅酸钙）与空气中的二氧化碳（CO 2 ）发生化学中和反应。
&&& 由于孔隙中的氢氧化钙的消耗以及水溶液中碳酸钙的沉淀，导致孔隙液 pH 值从最初大于 12. 5 急剧下降至 6 ～ 9，钢筋表面钝化层中 FeO、伴随着－离子浓度的减少而被分解，造成了钢筋表面的钝化膜破坏，进而引发混凝土保护层下的钢筋腐蚀。
&&& 氯离子的侵入加剧了钢筋的腐蚀，混凝土结构中的钢筋腐蚀，其本质是一种电化学腐蚀，可分为&阳极&和&阴极&2 个腐蚀过程。氧化反应发生于钢筋阳极：钢筋中的铁原子失去电子转化为铁离子，铁基体发生损耗；还原反应发生在钢筋阴极：水和氧气接收阳极转移的电子生成了氢氧根离子（图 1）。钢筋电化学腐蚀如图 1 所示
&&&&&&& 在钢筋腐蚀反应过程中，氯离子－破坏了钢筋表面的钝化膜形成腐蚀电池，同时搬运走钢筋阳极产物，加速阳极腐蚀反应，主要起到催化作用。同时在电化学腐蚀过程，氯离子－不被消耗，强化了腐蚀阴阳两级的离子通路，使得两极之间的电阻有效降低，提高了整个腐蚀电池反应效率，促进了电化学腐蚀的过程。
&&&钢筋腐蚀造成的破坏形式
&&& 混凝土中钢筋锈蚀后将产生体积膨胀，其锈蚀产物铁锈的体积为原始钢筋体积的 2 ～4 倍，钢筋体积的扩大将导致在钢筋和混凝土的交界面上产生环向压力，称为钢筋锈蚀膨胀力，当锈胀较为严重时混凝土会由于主拉应力过大而开裂破坏。大量的研究表明，钢筋腐蚀对混凝土结构承载力破坏的影响类型主要分为：①钢筋力学性能退化，有效截面面积减少；②导致钢筋保护层混凝土破坏发生剥落和顺筋裂缝；③破坏了混凝土和钢筋之间的粘结界面，降低了混凝土和钢筋两相的协同工作效应& 。
&&& 1 钢筋力学性能的退化
&&& 钢筋锈蚀后，截面面积减小、在钢筋表面出现大大小小的点蚀坑，钢筋力学性能急剧劣化，其屈服强度、极限伸长率、抗拉性能都明显降低，对于预应力钢筋更容易产生应力腐蚀。近年来国内外大量的学者分别通过电化学锈蚀试验、工程实际构件的承载力试验、有限元方法进行数值分析等多种手段，对锈蚀钢筋的力学性能退化展开了研究。Capozucca 和惠云玲 的研究认为：当钢筋锈蚀率小于 1% 时，其力学性能指标和原材料基本相同；当锈蚀率小于且腐蚀比较均匀时，热轧钢筋的应力&应变曲线尚存在较为明显的屈服点，钢筋屈服强度、抗拉强度等指标与原材料大致相符，钢筋伸长率基本符合规范要求，但是在计算结构承载力时需要考虑界面的折减系数。Shuenn-Chem Ting 等 采用有限差分法编制计算程序计算了钢筋截面损失对钢筋混凝土梁承载力的影响，但并未考虑钢筋强度降低和粘结力损失等因素。张平生等 的研究认为锈蚀钢筋屈服强度的降低与钢筋截面损失率呈线性比例关系。袁迎曙 认为当钢筋的平均锈蚀率小于时发生的是&均匀&锈蚀，而钢筋表面的坑蚀会大大降低钢筋的屈服强度。卢木等 认为随着腐蚀程度的加深，大面积的不均匀腐蚀导致钢筋应力&应变曲线屈服平台逐渐缩短，钢筋极限强度和屈服强度降低，极限伸长率减小其其减小程度远大于钢筋截面锈蚀率。丁威等 通过对周期 10 年的锈蚀钢筋混凝土试验发现锈蚀钢筋力学性能衰减以延伸率最为敏感。黄振国等研究发现，锈蚀钢筋的极限强度和屈服强度由钢筋的锈蚀率和锈蚀不均匀系数共同决定。
&&& 实际情况中钢筋的腐蚀具有极大的随机性，造成锈蚀钢筋的结构形状、材料参数的不确定，使结构受力十分复杂。研究表明钢筋最大锈蚀坑深度、锈蚀坑的分布等满足概率随机分布，因此可以考虑在概率统计的基础上结合不均匀分布于锈蚀钢筋表面的轮廓曲线，采用随机有限元的方法对实际锈蚀钢筋的力学性能进行数值模拟。
&&&& 2 混凝土保护层的破坏
&&& 钢筋腐蚀锈胀后，体积扩大为原来的 3 倍，在周围混凝土的限制作用下，在混凝土和钢筋的交界面四周存在有钢筋锈胀力。钢筋锈胀力不仅会影响钢筋与混凝土界面之间的粘结性能，同时会造成混凝土破裂、剥落、截面性能损伤。金伟良等利用弹性力学理论分析影响钢筋锈胀力的因素，研究了在钢筋均匀腐蚀条件下外围保护层混凝土胀裂的时刻和钢筋锈胀力的计算公式，认为钢筋锈胀力最显著的影响因素是钢筋锈蚀率。Capozucca 通过研究认为，钢筋锈胀应力导致混凝土受压区处于双轴异号受力状态，此时混凝土将沿锈蚀钢筋纵向胀裂，混凝土出现受压软化现象，完全进入塑性状态，严重影响了钢筋混凝土构件的延性性能。张喜德等对混凝土抗压强度与钢筋锈胀应力之间的关系进行了试验研究，结论是：在混凝土开裂之前钢筋的锈蚀量很小，锈蚀导致混凝土的抗压强度出现明显下降，在混凝土锈胀开裂之后，其抗压强度有略微回升趋势。李悦等利用 ABAQUS 有限元分析软件，模拟了不均匀锈蚀条件下锈蚀钢筋的膨胀应力，发现由于钢筋锈蚀膨胀导致混凝土的最大主拉应力最大，且其值随着路径映射距离的增加而逐步减小。薛圣广利用数值软件研究了钢筋不均匀锈胀在结构角区和非角区对周边混凝土的应力响应，同时通过在径向施加不均匀位移，得到了钢筋外部保护层中混凝土的应力分布规律。
&&& 混凝土的损伤不仅与钢筋锈胀有关，混凝土本身的碳化和化学侵蚀也使其材料性能发生了变化，以往在试验中对加速腐蚀钢筋混凝土构件或者在役腐蚀钢筋混凝土构件的保护层混凝土损伤研究中往往忽略了混凝土腐蚀初期的劣化作用。受腐蚀混凝土的力学特性研究是腐蚀钢筋混凝土结构及其力学性能的研究的基础，对于受腐蚀混凝土自身的本构关系和破坏准则目前尚未取得清晰的研究结论，从而导致腐蚀钢筋混凝土结构的有限元计算与分析工作无法更好地反映真实情况。
&&& &3 钢筋与混凝土粘结性能的下降
&&& 钢筋腐蚀后，在其表面产生了一层不均匀结构疏松氧化物隔离层，损伤了混凝土和腐蚀钢筋的接触表面；周围保护层混凝土在钢筋锈蚀产物的径向膨胀力作用下发生开裂，减弱了其对钢筋的有效约束作用；同时钢筋发生腐蚀后，其变形肋将逐渐退化，周围混凝土和变形肋之间的机械咬合作用逐渐消失导致混凝土和钢筋之间的界面粘结性能不断劣化，降低了混凝土和钢筋材料的协同工作效应。研究表明，在钢筋锈蚀的初期，当锈蚀率小于 1% 时，腐蚀所引起的钢筋锈胀增加了钢筋与混凝土的裹握力，从而提高了混凝土和钢筋两者之间的粘结强度然而伴随着腐蚀发展，钢筋锈蚀率随之增加，钢筋表面的片状腐蚀及金属滑移纵向裂纹的扩张等因素，粘结强度将大幅度下降& 。X. Fu 通过试验对比发现，在锈蚀裂缝出现初期，锈蚀提高了光圆钢筋表面的粘结强度，而变形钢筋的锈蚀强度却相较无锈蚀状态有所降低。范颖芳等 试验研究发现，在实际的工程构件中混凝土和锈蚀钢筋的粘结能力下降幅度在 20% ～ 50%。Amleh& 通过试验给出了粘结强度与钢筋锈蚀率之间的关系曲线和粘结强度与裂缝宽度的关系曲线。为了更加准确地分析锈蚀钢筋混凝土构件的承载力变化，大量的工作研究旨在找出准确的钢筋混凝土粘结&滑移本构模型。赵羽习等 在钢筋拔出试验基础上，分析了锈蚀后的钢筋应力 、混凝土和锈蚀钢筋之间粘结应力 以及相应的两者相对的滑移量 关系，总结出了应力与滑移量三者的解析表达式，得出了不同位移条件下 关系变化规律。孙彬等 以钢筋锈蚀率和轴压比为变量利用有限元分析软件 ANSYS 对单调加载受弯锈蚀钢筋混凝土柱进行了全程分析，研究得出不同轴压比条件下压弯柱的屈服位移、屈服剪力和极限位移、极限剪力与钢筋锈蚀率的退化关系。
&&& 对于锈蚀钢筋与混凝土之间粘结性能的研究，目前国内外学者主要还是采用基础试验方法，然而在试验中所使用的构件中钢筋腐蚀程度往往不易控制且费事费工，采用有限元进行数值模拟仿真的方法能弥补试验中的不足，分析结果离散性小、成本代价低，但是限于现有的研究水平，无法给出准确的混凝土和钢筋界面的粘结&滑移本构模型。现有的数值模拟中所采用的粘结&滑移本构关系，主要还需要通过试验研究来获得。
&&& 钢筋混凝土结构的防护技术
&&& 混凝土中的钢筋锈蚀一般分为 2 个阶段：初始阶段 （ Initiation stage） 和 扩 展 阶 段。当钢筋表面的钝化膜受到破坏出现锈蚀之后，温度、氧气扩散浓度、孔隙液 pH 值、混凝土中的相对湿度（电阻率）都对钢筋的腐蚀速率有一定影响 。实践证明，对于在复杂恶劣条件下工作的钢筋混凝土结构，在建造和服役阶段需要充分考虑钢筋防腐的要求。现主要防护技术有内掺阻锈剂法、外涂层法、阴极保护法以及采用特殊材料的方法。
&&& 内掺阻锈剂法。内掺阻锈剂根据其所使用的材质种类可分为无机类和有机类；根据其工作原理可分为阴极型、阳极型以及混合型阻锈剂& 。在混凝土拌制过程中掺加化学阻锈剂，使其优先参与并抑制钢筋阴阳两极与周围电解质界面上的电化学反应来阻止钢筋腐蚀。国内外大量研究表明：采用钢筋阻锈剂的方法，能够有效防止并减缓混凝土内部钢筋的锈蚀。同时由于其成本低廉、使用方便而且经济效应高，在实际工程运用中大量使用，是目前主要的钢筋混凝土结构锈蚀防护技术措施。
&&& 外涂层法。按作用机理可分为覆盖层、隔离层、渗透层，按材质类别可分为水泥基、树脂类、聚合物涂层等 。外涂层具有隔离钢筋混凝土与周围腐蚀环境的功能，可以有效保护混凝土自身防止外部有害氯离子侵入，同时也可以起到装饰效果。
&&& 底层涂料（封闭漆）由于其低黏度性以及高渗透能力的特点，能够有效封闭结构内部孔隙，有利于提高后续防腐涂层对现有结构表面的附着力。但是由于外涂层在荷载作用和外部环境的侵蚀下容易出现开裂、破损的状况，而再次涂覆又比较困难，所以在使用时必须解决涂层中的附着力和耐碱性等方面的问题。
&&& 阴极保护法。根据阴极保护原理，通过牺牲阳极或施加外加电流的方法，使得混凝土内部的钢筋受到电化学保护。阴极保护可以用于潮湿地下环境、海水环境下的独立结构构件腐蚀防护，但是在使用时必须严格控制保护电位的范围，特别是对于预应力混凝土结构，需要注意防止由于析氢而引发的裹握力降低以及氢脆的情况发生。
&&& 采用特殊材料法。制造钢筋混凝土构件时钢筋与混凝土材料的选取直接决定了后期结构的防腐性能的优劣。特殊钢筋的选取有耐腐蚀钢筋、镀锌钢筋、不锈钢筋、环氧涂层钢筋等。混凝土的选取通常需要具有高强度、压密实和不透水的特性，采用新型混合混凝土材料（如树脂浸透的混凝土等）能够有效地防止内部钢筋腐蚀，提高结构后期承载力及耐久性。
&&& 现有国内外对腐蚀钢筋混凝土构件承载力研究大都是基于试验的基础上进行的，虽然试验研究能够比较真实地模拟构件实际锈蚀损伤情况，相对直观具体地体现腐蚀钢筋混凝土力学性能的退化，但是试验研究工作费时费力，开展大量的试验研究难度较大。而数值模拟的方法能够有效弥补试验的不足，现有的大部分数值模拟研究只考虑了锈蚀钢筋和混凝土的宏观力学特性和变形，忽视了锈蚀产物对于钢筋和混凝土材质的界面效应。但是由于影响钢筋腐蚀及钢筋混凝土界面粘结性能破坏机理比较复杂，暂时缺乏一套论据充分、较完整的粘结滑移模型使得有限元数值分析的工作存在一定困难。同时，现有的腐蚀钢筋混凝土防护技术，往往只考虑了防腐层面的技术要求，而忽视了结构承载力方面的考量。后期的研究可以结合试验数据，针对钢筋与混凝土之间的粘结滑移的界面问题，考虑不同时刻钢筋表面腐蚀程度对钢筋混凝土界面力学特性的影响，建立损伤界面模型，采用均匀化思想，根据钢筋混凝土的腐蚀损伤界面力学特性推导出腐蚀钢筋混凝土材料的宏观有效模量的表达式，更加准确地计算在役钢筋混凝土结构在腐蚀条件下的实时承载力，简化数值模拟工作量，提高计算结果精度，更好地指导构件建造初期和后期的结构修复工作以及表面防腐涂层和加固材料的制备，以满足结构承载力修护的技术要求。
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& 关于钢筋锈蚀对混凝土耐久性的影响
关于钢筋锈蚀对混凝土耐久性的影响
核心提示：关于钢筋锈蚀对混凝土耐久性的影响，在整个建筑工程中，钢筋的锈蚀对混凝土的耐久性影响问题是一个不可忽视的环节。如果不加注意，会引发一系列严重的问题，甚至整个工程的质量。【摘要】在整个建筑工程中，钢筋的锈蚀对的耐久性影响问题是一个不可忽视的环节。如果不加注意，会引发一系列严重的问题，甚至整个工程的质量。本文从锈蚀机理，影响因素，影响后果及防止方案进行讨论。
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关键词：钢筋耐久性钢筋锈蚀
引言：钢筋锈蚀就是钢筋放在潮湿的空气中发生氧化反应而锈蚀，如果已经浇筑到构件里，因为构件的商品混凝土保护层破损或脱落而露出钢筋导致钢筋锈蚀，这是一种结构损伤，会严重影响结构的使用寿命，应采取加固修补措施，防止钢筋外漏。商品混凝土耐久性主要包括以下几方面：一是抗渗性。即指商品混凝土抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。二是抗冻性。商品混凝土的抗冻性是指商品混凝土在饱水状态下，经受多次抵抗冻融循环作用，能保持强度和外观性的能力。三是抗侵蚀性。商品混凝土暴露在有化学物质的环境和介质中，有可能遭受化学侵蚀而破坏。四是碱集料反应。
钢筋的锈蚀机理
条件1：商品混凝土保护层不够
条件2：商品混凝土结构有裂缝
条件3：结构中有外露的钢筋头，水和空气渗透作用
条件4：商品混凝土质量没有满足密实要求，有空洞；或者商品混凝土标号太低（低标号商品混凝土不密实）
钢筋锈蚀原因主要就是谁和空气侵蚀，使钢筋产生氧化商品混凝土中钢筋锈蚀的条件是受氧化，如果保护层不够，或者水中有腐蚀性物质就会锈蚀的
引起锈蚀原因：由于商品混凝土质量较差或保护层厚度不足，商品混凝土保护层受二氧化碳碳化至钢筋表面，使钢筋周围碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子较高，均可引起钢筋周围氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到商品混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，从而生成氢氧化铁锈蚀物。
危害：钢筋锈蚀后，其氢氧化铁修饰物体积比原来增长约2~4倍，从而对周围商品混凝土产生膨胀应力，导致保护层商品混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗出到商品混凝土表面。由于锈蚀，使钢筋有效截面面积减小，钢筋与商品混凝土握裹力消弱，结构承载力下降，并诱发其他形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏
商品混凝土碳化破坏机理分析
商品混凝土的碳化是商品混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中CO2气渗透到商品混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使商品混凝土碱度降低的过程称为商品混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ca（OH）2+CO2＝CaCO3＋H2O。在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使商品混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为纯化膜。碳化后使商品混凝土的碱度降低，当碳化超过商品混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使商品混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，商品混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素商品混凝土，碳化还有提高商品混凝土耐久性的效果，但对于钢筋商品混凝土来说，碳化会使商品混凝土的碱度降低，同时，增加商品混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使商品混凝土对钢筋的保护作用减弱，出现钢筋锈蚀露筋现象，降低了结构强度和刚度。
影响钢筋商品混凝土中钢筋锈蚀的主要因素
1，商品混凝土的碳化程度：商品混凝土本身含有大量的毛细孔,空气中二氧化碳与商品混凝土内部的游离氢氧化钠反应生成碳酸钙,造成商品混凝土疏松、脱落。
碳化后使商品混凝土的碱度降低，当碳化超过商品混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使商品混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。
2，环境条件：环境对钢筋的锈蚀影响主要有以下几个方面：主要有温度，湿度，二氧化碳浓度，氧气浓度以及侵蚀性介质浓度。
3氯离子的影响：钢筋表面与介质如湿空气，电解质溶液等发生电化学作用而引起的腐蚀，叫做电化学腐蚀。在这种腐蚀的过程中有电子的流动，绝大部分腐蚀属于化学腐蚀。
钢筋的腐蚀过程
钢筋的腐蚀过程有两种，一种是电极反应交换电流引起的腐蚀。钢铁在酸性溶液中的溶解属于此类。另外一种是扩散速度控制的腐蚀过程。商品混凝土中钢筋的腐蚀大多数属于这种腐蚀。在中性和碱性的介质中，H+ 离子的浓度很小，溶解过程的共轭阴极反应往往不是氢的析出反应，而是溶解在溶液中的氧的还原反应。在这种情况下，铁的自溶解速度完全受氧的极限扩散速度控制，因此在同一介质中， 不同的金属几乎有相同的自溶解速度。不同种类的构件在海水中的腐蚀速度大致相同，其原因就在这里。它们都是受氧的极限扩散速度所控制。搅拌能减少扩散层的厚度，加快氧的供应，提高氧的极限电流，因此钢铁在流动的含氧介质中腐蚀速度较快。另外，一般较长的钢筋处在含氧量不同的介质中所引起的腐蚀，成为充气不均所引起的腐蚀。这种腐蚀的结果使含氧量较多的介质中腐蚀的速度减慢，含氧量小的介质中腐蚀速度增加，所以铁在充气小的部分会产生较大的腐蚀。
在商品混凝土硬化以后，外界的氯离子通过渗透的作用从商品混凝土的毛细孔中进入的。当商品混凝土开裂时，氯盐顺着裂缝进入的量会增加。一般认为在商品混凝土拌合时加入的氯盐，其氯离子被C2S2H 胶体吸附，对钢筋的腐蚀没有多大的影响。但是后来进入的氯离子，等它到达钢筋表面时，尽管它一般不改变钢筋周围的碱性环境，但是它降低了钢筋作为阳极反应的活化能，使钢筋容易发生腐蚀。
三，商品混凝土钢筋锈蚀的危害及防止
1，钢筋锈蚀的危害
钢材在存放中严重锈蚀,不仅截面积减少,材质降低甚至报废,而且除锈工作耗费很大;在使用中则锈蚀不仅使受力面积减少,而且局部锈坑的产生,可造成应力集中,促使结构早期破坏。尤其在反复荷载作用的情况下,将产生锈蚀疲劳现象,使疲劳强度大为降低,出现脆性破坏。
在钢筋商品混凝土中,由于钢筋的锈蚀,将使商品混凝土的保护层膨胀出现裂纹,严重时商品混凝土保护层脱落,钢筋脱离,使钢筋和商品混凝土之间的粘结应力损失或完全丧失,危急结构的安全,因此钢筋的锈蚀对钢筋商品混凝土结构的使用寿命有很大的影响。
,2，钢材锈蚀的防止
钢结构防止锈蚀的方法通常是采用表面刷漆:常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆等;常用面漆有灰铅漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等。在钢筋商品混凝土中,防止钢筋锈蚀的方法主要有:
(1)严格控制氯盐的掺用量;(2)限制并合理选用水灰比和水泥用量;(3)保证钢筋有足够的保护层厚度;(4)加强商品混凝土的振捣和养护工作,保护商品混凝土的密实。
对于预应力配筋,一般含碳量较高,又多系经过变形和冷加工处理,因而对锈蚀破坏较敏感,特别是高强度热处理钢筋,容易产生应力锈蚀现象。所以重要的预应力承重结构,除不能掺用氯盐外,应对原材料进行严格检验。
一）锈蚀后钢筋的力学性能 锈蚀钢筋抗力的降低直接影响服役结构和构件的承载能力，严重时可能造成结构提前失效甚至倒塌。沿钢筋长度发生均匀锈蚀时，钢筋的失重率近似等于钢筋的截面面积损失率，钢筋所能抵抗的极限拉力的降低与钢筋截面面积锈损率基本成正比，此时，可以简单地用锈损钢筋的实际截面面积乘以未锈钢筋的极限抗拉强度获得锈蚀钢筋的极限抗拉能力。 但是，由于商品混凝土材料的不均匀性、使用环境的不稳定性、钢筋各部位受力程度的不同等因素，实际上商品混凝土中的钢筋锈蚀很少有均匀锈蚀的情况，通常钢筋截面面积损失率大于重量损失率，而且随着钢筋锈蚀的发展，锈蚀的不均匀性和离散性增大，重量损失率与截面面积损失率的差异也越大。因此，钢筋极限抗拉能力的下降，除钢筋截面的锈损、有效截面面积减小外，还有一个因素：锈损钢筋的表面凹凸不平，受力以后缺口处产生应力集中，使锈蚀钢筋的屈服强度和极限强度降低；且锈损越严重，应力集中引起的强度降低越多。
（二）钢筋锈蚀后对钢筋与商品混凝土协同工作性能的影响 钢筋锈蚀后，钢筋与商品混凝土之间的粘结锚固性能降低。试验研究结果表明，锈蚀钢筋商品混凝土主梁抗弯承载力试验值小于只考虑锈蚀后钢筋截面积减小、屈服
当前，我国的基础设施建设工程规模宏大，投入资金每年高达2万亿元人民币以上，约30~50 年后，这些工程将进入维修期，所需的维修费或重建费用将更为巨大。有专家估计，我国&大干&基础设施工程建设的高潮还可延续20年，由于忽视耐久性问题，迎接我们的还会有&大修&20 年的高潮，这个高潮可能不用很久就将到来，其耗费将倍增于当初这些工程施工建设时的投资。因此，提高商品混凝土耐久性，延长工程使用寿命，尽量减少维修重建费用是建筑行业实施可持续发展战略的关键。
微信“扫一扫”资讯全知晓钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施 一.钢筋混凝土结构防腐蚀的意义 钢筋混凝土结构结合了钢筋和混凝土的优点，造价较低，在土建工程中应用范围非常广泛。在钢筋混凝土结构中，钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构过早被破坏的主要原因之一。新鲜混凝土是呈碱性的，其PH值一般大于12.5，在此碱性环境中钢筋容易发生钝化作用，使钢筋表面产生一层钝化膜，能阻止混凝土中钢筋的锈蚀。但当有二氧化碳、水汽和氯离子等有害物质从混凝土表面通过孔隙进入混凝土内部时和混凝土材料中的碱性物质中和，从而导致混凝土的PH值降低，就出现PH值小于9这种情况，钢筋表面的钝化膜就会被逐渐破坏，钢筋就会发生锈蚀，并且随着锈蚀的加剧，会导致混凝土保护层开裂，钢筋与混凝土之间的黏结力破坏，钢筋受力截面减少，结构强度降低等，从而导致结构耐久性的降低。 据调查，我国20世纪90年代前兴建的海港工程，一般10～20年就会出现钢筋严重腐蚀破坏，结构使用寿命基本上都达不到设计基准期要求。我国50年代至70年代建的海港工程，高桩码头不到20年，甚至7～8年就出现严重钢筋锈蚀破坏，海工混凝土结构破坏已成为我国港口建设中不得不重视并迫切需要解决的问题。 国外学者曾用“5倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性，即设计阶段对钢筋防护方面节省1美元;在发现钢筋锈蚀时采取措施需要追加维修费5美元;混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元;严重破坏时将追加维修费125美元。我国海洋工程中广泛使用的钢筋混凝土结构因腐蚀引起破坏的情况同样严重。除海洋环境本身属于强腐蚀环境因素外，环境的日益恶化、相关的混凝土结构耐久性规定标准偏低、施工质量不能保证等因素，致使我国混凝土结构大部分在使用10年左右即出现较严重的腐蚀破坏，给国家建设和经济发展造成了巨大的损失。因此，如何采取有效的防腐蚀技术措施，防止钢筋混凝土结构过早出现钢筋锈蚀破坏，确保建筑物达到预期的使用寿命是国内外学术界、工程界极为关切的热点。 二.钢筋的锈蚀原理及分类 1．钢筋的锈蚀条件： 钢筋混凝土构件内钢筋的锈蚀需要三个条件： （1）钢筋表面碱性钝化膜破坏。正常情况下钢筋是包裹在砼之内的，砼则由于水泥的水化反应造成其初始碱性（含有一定Ca（OH）2）较强，正常情况：下钢筋在这种碱性环境下不会发生氧化腐蚀。当PH值大于1O时，钢筋腐蚀的速度很慢，当PH值小于5时，其锈蚀的速度就快。由此可见，只有当钢筋混凝土构件内的钢筋周围碱性钝化膜因砼碳化或其它原因导致破坏后，才可能出现腐蚀。 （2）必须产生电位差，使钢筋产生微电池腐蚀式大电池腐蚀。钢筋腐蚀，是由于钢筋表面不同部分之间产生电位差引起的，其作用和电池一样，在钢筋表面有微弱的电流流动。当在钢筋表面构成了许多微小电池，其电化学反应，按下式进行： 阳极反应（活化区）：FeFe2++2e 阴极反应区：2H20+O2+4e4（OH）- 综合反应式就是：Fe2+2（OH）一Fe（OH）2 这就是铁变成铁锈的过程。当构筑物（或构件）处在离子条件差别很大的两种环境中，或遭受杂散直流电影响时，一部分钢筋（或一部分构筑物）作为阳极，而另一部分作为阴极，这样便构成大电池腐蚀。 （3）必须具备水和氧。水和氧是钢筋腐蚀的必要条件（尤其是水），它们均参加钢筋电化腐蚀的阳极反应过程。水分子能穿透任何肉眼可辩的裂缝。水还能起着电解质的作用，并溶饵氧和其它如氯等的有害离子，从而加速了腐蚀速度。另外在一定条件下氧还可以造成浓度电池腐蚀。最常见的实例就是水线腐蚀。如浸在海水中的钢筋混凝土结构，在水线附近钢筋腐蚀最为严重，这是由于水线以上空气中的含氧量较高，而水线以下（水中）含氧量突然降低，造成浓度电池腐蚀，使水线以下的部位钢筋成为阳极而腐蚀。 2．钢筋混凝土构件中钢筋的锈蚀的几种情况。 （1）由于混凝土不密实或有裂缝存在造成钢筋的腐蚀。混凝土密实度不良和构件上产生的裂缝，往往是造成钢筋腐蚀的很重要原因。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。因为孔隙和裂缝（一般在0．2ram以上时）给水（汽）、氧和其他侵蚀性介质的渗透创造了有利条件。因此，钢筋的电化学腐蚀和混凝土密实度、裂缝的宽度、保护层的厚度、空气的湿度以及空气中侵蚀性介质的含量，都有直接的关系。当混凝士密实度差和钢筋保护层不足时，各种介质就容易到达钢筋表面造成腐蚀。 （2）由于混凝土碳化和侵蚀性气体、介质的侵入，造成钢筋的腐蚀。空气中的二氧化碳气体，在混凝土表层中逐渐为氢氧化钙的碱性溶液所吸收，相互反应生成碳酸钙，这种现象称为混凝土的碳化，亦称“中性化”。砼碳化生成的碳酸钙很难溶解，其饱和溶液的PH值为9，因此混凝土碳化的结果，就使PH值不断下降，并不断向内部深化。混凝土碳化对混凝土强度一般无直接影响。其危害主要在于为钢筋腐蚀提供条件，而钢筋锈蚀体积将发生膨胀（体积比原来提高2.2倍），混凝土保护层将因此遭到剥落和损坏，从而降低钢筋和混凝土的工作性能；尤其对于薄壳钢筋混凝土结构和预应力高强度钢丝构件等，会造成严重的结构损坏而且这种破坏往往是脆性的，具有隐藏、突然性等特点，必须引起高度重视。 （3）由于混凝土内掺入氯盐造成钢筋的腐蚀。为提高混凝土早期强度或抗冻性能，过去人们往往在混凝土内掺入一定量的氯盐，如氯化钙、氯化钠等。氯化钙与水泥中的氢氧化钙、硅酸三钙、铝酸三钙结合，生成高水分子复合化合物，如氯硅酸盐等，并提高了氢氧化钙的溶解度。混凝土中，氯盐对钢筋的腐蚀多呈溃疡状，容易造成钢筋的应力集中：因此它的危害性是比较大的。混凝土中氯离子主要来源于原材料、外加剂加海砂、海水或氯盐高的水，以及掺加的用氯化钙作为促凝剂，用氯化钠作为防冻剂等，国内外已出现多起加氯盐过量而引起的严重腐蚀事件。 （4）由于高强钢筋中的应力腐蚀随着预应力钢筋混凝土结构的采用，出现了高 强钢筋中的一种特殊腐蚀形式，即“应力腐蚀”。一般在表面只有轻微损害或根本看不见损害，这种腐蚀尤为危险，因为它没有任何预兆而可以发生突然破坏。一般认为：高强钢筋在应力（拉应力）的作用下，导致钝化膜的破坏，裂缝比较活化，并作为阳极而腐蚀。在电化学腐蚀过程中继续扩大，同时由于钢筋中具有很高的拉应力，和高强钢筋的低变形性能。因此，腐蚀和应力共同作用，使裂缝迅速向深度发展，以致钢筋在看不到明显的腐蚀现象的情况下会突然断裂 （5）电流腐蚀工业用电中的直流电，当它泄漏到地下钢筋混凝土结构中时，会造成钢筋的腐蚀。在这种情况下，电流流入处相当于阴极区，电流流出处相当于阳极区。目前我国一些直流电解工厂、电气化铁路、直流电的载流设备等的电流泄漏现象比较多，有时比较严重。这些杂散电流对钢筋混凝土结构（如基础、梁、柱等）钢筋的腐蚀破坏时有所见。 三.钢筋混凝土结构防护措施 混凝土结构防腐蚀是系统工程，必须在勘察、规划、设计、施工、使用等各个阶段对所涉及的防腐问题进行细致的了解、分析和处理，各个阶段都应充分重视和充分合作，共同完成。混凝土结构防护措施可分为基本防护措施、混凝土表面涂覆防护措施和钢筋防护措施。 3.1混凝土的基本防护措施 混凝土的基本防护措施即是从设计、施工、制作等方面提高混凝土自身的防护性能。由于混凝土本身具有高碱性，正确设计、施工的优质混凝土保护层本身具有长期防止环境介质#from 本文来自 end#渗透的功能，因此，尽可能提高混凝土本身对钢筋的防护功能是预防钢筋腐蚀的许多措施中最经济合理、最有效的基本措施。这一类措施主要有以下几方面： 学优网/（1）合理的结构设计 混凝土结构形式及细部构造应有利于防腐、检测。如构件截面几何形状应简单、平顺，减少棱角、突变和应力集中;混凝土表面应有利于排水，不宜在接缝或止水处排水;特别注意构件应易于施工，尽可能在工场预制;结构形式应便于对关键部位进行检测和设置检测、维护和采取补充保护措施的通道;对处于腐蚀较严重部位和构件，应考虑其易于更换的可能性。由于混凝土保护层厚度与发生腐蚀的时间成平方关系，适当增加混凝土保护层厚度，以延长侵蚀性介质渗透到钢筋周围达到破坏钝化膜临界值的时间。但保护层厚度不宜大于80mm，否则混凝土表面易出现由于混凝土收缩、温度应力等所引起的混凝土表面裂缝。控制主筋的直径不宜过大，一般混凝土保护层厚度宜大于215倍主径直径，原因是较粗的钢筋提供较小的电阻，也就是提供了较大的腐蚀电流。更重要的是较粗的钢筋会生成较多的腐蚀产物，膨胀的体积增大比较多，从而造成较高的拉应力。所以，当混凝土保护层厚度相同时，钢筋越粗，钢筋直径对保护层厚度的比值越大，钢筋开始腐蚀到开始使混凝土胀裂的时间也就越短。 （2）选择优质原材料和优化混凝土配合比设计 选择优质原材料和优化混凝土的配合比，以提高混凝土的抗蚀能力。如尽量减 小水灰比提高混凝土的密实度，混凝土密实度高，孔隙率小，有利于提高混凝土的抗渗性，增强对侵蚀性介质的抗蚀能力;限制粗骨料的最大粒径，减少粗骨料与水泥砂浆界面的不利影响;规定混凝土拌合物最低水泥用量（或最低胶凝材料用量），确保混凝土具有较高的碱度;有抗冻要求时，加入合适量的引气剂以提高混凝土的抗冻性;不得采用可能发生碱-集料反应的活性骨料;严格限制砂、石、外加剂、拌和水等原材料中的氯离子含量，使混凝土拌合物中氯离子含量符合规定要求。 （3）采用高性能混凝土 高性能混凝土是指用常规材料、常规工艺，以较低水胶比、适当掺量的优质掺合料和较严格的质量控制制作的高耐久性，良好工作性及较高强度的混凝土。中交集团广州四航工程技术研究院等单位开发的海工抗盐污染高性能混凝土，其抗氯离子渗透性比普通混凝土提高数倍，可显著提高混凝土本身的护筋性能，从根本上提高混凝土的耐久性，从而延长结构物的安全使用寿命。目前，该项技术已成功应用于盐田港、湛江港、洋山港、东海大桥、杭州湾大桥等多项使用年限要求50年甚至100年的大型海港工程和跨海大桥工程中。 3.2混凝土表面涂覆防护措施 除了采取措施提高混凝土本身的耐久性外，采用混凝土表面涂覆防护措施有效地将混凝土与周围侵蚀性介质隔离开来或阻止有害介质的侵入，也是一种有效的防护措施。 3.2.1混凝土表面涂层 该措施是在混凝土表面涂覆一层涂料，形成一层隔离层制止氯离子、氧、水等介质渗入混凝土，以延缓钢筋腐蚀。从90年代开始，在我国一些海港工程，跨海大桥工程中得到应用，实践证明，混凝土表面实施涂层防腐蚀保护的技术成熟、保护效果显著，是海洋环境混凝土防腐最经济有效的保护措施。我国《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》已将该技术列为海港工程混凝土结构最重要的防腐蚀措施之一。对涂料的要求是能耐碱、耐老化和与混凝土表面应有良好的附着性。对海港工程潮差、浪溅区涂层，要求涂料应具有良好湿表面固化功能。 3.2.2表面涂覆浸入型涂料 浸入型涂料是一种粘度很低的有机硅化合物液体，将它涂（或喷）于风干的混凝土表面上，靠毛细孔的表面张力作用吸入（深约数毫米的混凝土表层中，它与孔壁的氢氧化钙反应，以非极性基使毛细孔憎水化或者填充部分细孔，使孔细化。浸入型涂料不能在混凝土表面上成膜，不会形成隔离层，也不能充满混凝土毛细孔隙，所以不会影响混凝土透气性，透水蒸汽性，但是，它却能显著降低混凝土的吸水性，使水和只能溶解于水中才能被毛细管吸收作用吸进去的氯化物都难以吸进混凝土中，而混凝土中的水份却可以化为水蒸汽自由蒸发出去，使混凝土保持干燥，从而显著地提高混凝土的护筋性。目前使用的侵入型憎水涂料中，以异丁基三乙氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷作为浸渍材料效果最好，有液状和膏体状。国内外已有不少海港工程、跨海大桥使用，但材料费用较高，国内能批量生产的较少。 3.3钢筋防护措施 3.3.1镀层钢筋和涂层钢筋 镀层钢筋主要是镀锌钢筋，利用锌的电位比铁低，对钢筋施加阴极保护。涂层钢筋是指在钢筋表面制作涂层，隔离钢筋与腐蚀介质的接触。这种钢筋是在严格控制的工厂流水线上，采用静电喷涂工艺将涂层（目前使用较普遍的是环氧涂层）喷涂于表面处理过的预热的钢筋上，形成具有一层坚韧、不渗透、连续的绝缘层的钢筋。所以，只要这种钢筋在运输、存放、加工、安装和混凝土浇捣过程中能按规范严格保护，它是可以将钢筋与周围混凝土隔开，即使氯离子、氧气等已大量侵入混凝土，它也能长期保护钢筋使它免遭腐蚀。 3.3.2钢筋阻锈剂 混凝土拌合物中掺入适量阻锈剂，可阻止或延缓金属和电解质界面的电化学反应，从而阻止金属腐蚀是预防恶劣环境中钢筋腐蚀的一种有效的补充措施。但是它不能代替优质混凝土，也就是说掺加阻锈剂不能降低对混凝土保护层的基本要求。按照作用机理，钢筋阻锈剂可分为阳极型、阴极型和混合型三种。加入钢筋阻锈剂既推迟了钢筋开始生锈的时间，又减缓了钢筋腐蚀发展的速度。 3.3.3阴极保护 阴极保护技术是应用电化学原理，通过给被保护钢筋加一负向电流，使它的电极电位负移，即使钢筋表面氯离子已达到或超过使钢筋脱钝的临界值，由于电化学腐蚀过程得到有效的抑制而使钢筋不会发生锈蚀。阴极保护的方式有牺牲阳极和外加电流两种： （1）牺牲阳极方式 采用电化学上比钢更活泼，即电位更负的金属（如铝合金、锌合金等）作为阳极，与被保护的钢电联接，以本身的腐蚀（牺牲）提供自由电子，对被保护的钢实施阴极保护。它施工简便，不需要外部直流电源，不必经常维护管理，但由于提供的保护电流有限，一般不适用于暴露于大气中的钢筋混凝土结构。 （2）外加电流阴极保护 以直流电源的正极接通难溶性阳极，发射保护电流;以其负极接通被保护的钢，而阳极与被保护的钢均处于连续的电介质中，使被保护的钢接触电解质的全部表面都充分而且均匀地接受自由电子，从而受到阴极保护。外加电流阴极防护技术在欧、美等国家已经用于环境恶劣的重要工程上。我国目前尚处于技术开发和引进阶段，中港-圣维可（广州）防腐工程有限公司已将该项技术成功应用于天津港、杭州湾大桥等工程，为该项新技术在国内的推广应用发挥了重要的示范作用。随着技术进步和认识的提高，作为一种长期有效的保护措施，该项技术将会有广阔的应用前景。 四.结语 随着我国经济建设的快速发展，对混凝土结构的质量和使用寿命要求也将越来越高。混凝土的腐蚀是客观存在的，但是只要对混凝土腐蚀问题进行深入的了解，可根据混凝土结构的特定使用环境，针对可能出现的腐蚀情况，在混凝土结构的设计、施工、质量控制等各阶段合理地应用各种防腐蚀保护措施，是可以确保混凝土 结构达到预期寿命的。值得引起重视的是应在设计初期，就根据设计寿命要求，提高预先设防的意识，高度重视预先采取混凝土防护措施，这虽然会增大初期投入，但可以大大减少工程使用期的维修费用，从而降低整个寿命期的总体花费。看完本文，记得打分哦：很好下载Doc格式文档马上分享给朋友：?知道苹果代表什么吗实用文章，深受网友追捧比较有用，值得网友借鉴没有价值，写作仍需努力相关安全管理常识：网友评论本类热门48小时热门}