混凝土结构中钢筋腐蚀与防护

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Jian Zhu Lun Tan

建筑与发展

Jian Zhu Yu Fa Zhan

·949·

混凝土结构中钢筋腐蚀与防护

陈　然

七冶炉窑建筑工程有限责任公司　贵州贵阳　550014

【摘　要】　混凝土对内在钢筋具有保护作用，钢筋混凝土结构中的钢筋是不易受到腐蚀的。但当混凝土的保护层被除数破坏而造成部分钢筋裸露或是由于施工中钢筋除锈不彻底，则极易发生钢筋锈蚀，产生事故隐患。本文通过对钢筋混凝土结构腐蚀特征的分析，介绍了工业建筑中钢筋混凝土结构的防腐问题，提出一系列切实可行的处理方法，防止或减轻腐蚀介质对结构的腐蚀破坏。

【关键词】　混凝土；钢筋；保护钢筋在混凝土中作用很大，根据钢筋类型位置的不同，用途也很多，混凝土在结构中主要是起抗压的作用，但是抗拉的能力差，所以常用钢筋增加抗拉的能力。

一、混凝土保护层对钢筋保护的功能与作用

钢盘和混凝土在建筑工程中密不可分，从材料的物理力学性能来分析，钢筋具有较强的抗拉、抗压强度，而混凝土只具有较高的抗压强度，抗拉强度很低。但两者的弹性模量较接近，还有较好的粘结力，这样既发挥了各自的受力性能，又能很好地协调工作，共同承担结构构件所承受的外部荷载。在自然环境中，铁的活性很高，极易产生锈蚀现象。在钢筋混凝土结构中，混凝土内部的碱性很高，在水泥凝结硬化过程中，PH值会达到13.5—13.8，硬化混凝土中液相PH 值一般在12.5以上，这样高的碱性可以使其内部钢筋表面保持钝化状态，钢筋表面会形成一层不易渗透的且牢固地粘附于钢筋表面上的氧化物一钝化膜，钝化膜使钢筋表面不存在活性的铁，电化学腐蚀无法进行，从而使钢筋免受腐蚀。钝化膜是阻止钢筋腐蚀的实质，而混凝土的保护层则是使钢筋表面形成钝化膜的前提，二者共同作用成为防止钢筋腐蚀的两道貌岸然防线。混凝土与钢筋共同工作的保证条件，是依靠混凝土与钢筋之间足够的握裹力。握裹力订有三种力构成：①粘结力（粘着力）。它是混凝土与钢筋表面的粘结力。②摩擦力。当结构处于受力状态时混凝土与钢筋表面产生一种摩擦力。③机械咬合力。它是由于钢筋表面凸凹不平与混凝土接触面产生一种咬合力。由粘着力、摩擦力、咬合力这三种力构成的握裹力，直接关系到钢筋混凝凝土结构的性能和承载能力。保证混凝土与钢筋之间的握裹力，就要求保护层要有一定的厚度。如果保护层厚度过小，则混凝土与钢筋之间不能发挥握裹力的作用。因此规范规定混凝土保护层厚度的最小尺寸，不应小于受力钢筋的一个直径。

二、混凝土内钢筋腐蚀的一般原因

1、混凝土浇筑不密实。混凝土不密实会导致混凝土内钢筋腐蚀，因此在施工过程中要防止以下情况发生，提高混凝土浇筑质量：①模板表面粗糙或清理不净，钢模板脱模剂刷不均匀或面部漏刷，拆模时混凝土表面粘浆而形成麻面。②模板接缝不严密，浇筑混凝土时漏浆，混凝土振捣不密实，混凝土中气泡未排出。③混凝土骨料计量不准确，骨料中小径较多，中石中含小石子。

2、保护层不够。①在浇筑工序中，应控制混凝土的均匀性和密实性。混凝土拌合物运至浇筑地点，应立即浇筑入模，在浇筑过程中，如发现混凝土拌合物的均匀性和稠度发生较大的变化，应及时处理。②浇筑混凝土时，应注意防止混凝土的分层离析。

3、结构内的主筋、副筋或箍外露。浇筑混凝土前应检查钢筋位置和保护层厚度是否正确，发现问题及时纠正，钢筋密集时，应选择合适的石子粒径，石子最大粒径尺寸不超过结构截面尺寸小边的4/1，同时不得大于钢筋净距的4/3。振捣进严禁振捣棒撞击钢筋。混凝土自由倾落高度超过2M 时，要用溜槽或串筒等工具下料，操作时不得踩钢筋，如发现踩弯和脱扣钢筋，应及时修正。

4、混凝土浇筑质量低劣，有孔洞等。施工过程中要预防控制蜂窝，严格控制混凝土控制配合比，混凝土拌合要均匀，搅拌时间要控制好、泥砂浆，砼坍落度应严格控制，底层振捣应认真操作，柱子应分段浇筑。并预防孔产生。

三、钢筋混凝土结构物中钢筋腐蚀的检测方法

按对结构的损伤状况可分为破损检测和无损检测两大类：

1、破损检测：破损检测就是结构物中已部分破坏的混凝土凿开，露出钢筋表面，可以检查钢筋、保护层厚度、混凝土密实情况等；必要时还可通过截取部分锈蚀最严重的钢筋，通过截面积损失率来计算钢筋的锈蚀率。破损检测是目前工程中应用较普通的一种检测结构物中钢筋锈蚀的手段，也是修复钢筋锈蚀结构的一种方法。但该法也存在一定的局限性，就是会对结构物造成较大的损伤，且由于是“点”的检测，故检测范围和数量及其代表性均受到限制。

2、无损检测：防止结构物受大的损伤，可以采用无损检测法。无损检测有以下方法：①回弹检测；②超声波法。③回弹检测；④雷达法；⑤拔出法；⑥钻芯法；⑦超声波CT 法。其中：回弹检测：是检测混凝土实体强度的方法，通过在混凝土结构上取点测定该点的混凝土强度，从而通过概率分析判断混凝土强度是否达标。超声波法。可用来检测混凝土强度、检测混凝土缺陷、检测钢筋直径等。而超声波法、雷达法、冲击回波法、红外成像法。现在一般都是用专门的仪器，其原理一般都是超声波检测、电磁感应。由于钢筋的存在，检测仪形成的电磁场收到影响，使线圈中产生感应电流，感应电流放大后，驱动显示仪表给出测试结果。超声仪发射超声波，遇到裂缝、空洞等缺陷，超声波会部分反射回来，通过接收到的反射回波，就能确定是否有缺陷、缺陷大小和位置，根据超声波在混凝土中的传播速率，还可以大致判断混凝土的强度。市场中的雷达系统仪器，是由主机、天线、控制显示单元、中文数据采集处理软件及配件组成。可检测预制混凝土构件中的钢筋分布、空洞异常和蜂窝异常。检测预制混凝土构件中的钢筋分布、底界面、混凝土空气交界和预埋的钢板位置。检测桥面的厚度。拔出法用于检测混凝土的强度，它是将安装在混凝土体内的锚固件拔出，测定其极限抗拔力，然后根据预先建立的混凝土极限拔出力与其抗压强度之间的相关关系来测定混凝土强度的一种破损（局部破损）检测方法。大量实验表明：极限拔出力与混凝土抗压强度之间确实存在着某种近似线性的对应关系，这就为该方法的应用提供了坚实的基础。拔出法可分为预埋拔出法及后装拔出法两种，预埋拔出法是指先将锚固件埋入混凝土内的拔出法，后装拔出法是指在已硬化的混凝土上钻孔，然后在其上安装锚固件的拔出法。前者主要适用于成批、连续生产的混凝土

结构构件的强度检测，后者可用于新、旧混凝土各种构件的强度检测。拔出法一般不宜直接用于遭受冻害、化学腐蚀、火灾等损伤混凝土的检测。

钻芯法是利用专用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头，在结构混凝土上钻取芯样以检测混凝土强度和缺陷的一种检测方法。它可用于检测混凝土的强度，结构混凝土受冻、火灾损伤的深度，混凝土接缝及分层处的质量状况，混凝土裂缝的深度、离析、孔洞等缺陷。该方法直观、准确、可靠，是其他无损检测方法不可取代的一种有效方法。钻芯法检测混凝土费用较高，费时较长，且对混凝土造成局部损伤，因而大量的钻芯取样往往受到限制，可利用其他无损检测方法如超声法与钻芯法结合使用，以减少钻芯数量，另一方面钻芯法的检测结果又可验证其他无损检测方法如超声法的检测结果，以提高其检测的可靠性。

四、钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀的防护

防止钢筋腐蚀的技术措施最主要的是提高混凝土自身的防护能力。（一）加强混凝土保护层的作用

1、混凝土结构中，钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种不同材料组成的符合材料，两种材料具有良好的粘结性能是它们共同工作的基础，从钢筋粘结锚固角度对混凝土保护层提出要求，是为了保证钢筋与其周围混凝土能共同工作，并使钢筋充分发挥计算所需强度。①钢筋裸露在大气或者其他介质中，容易受蚀生锈，使得钢筋的有效截面减少，影响结构受力，因此需要根据耐久性要求规定不同使用环境的混凝土保护层最小厚度，以保证构件在设计使用年限内钢筋不发生降低结构可靠度的锈蚀。②对有防火要求的钢筋混凝土梁、板及预应力构件，对混凝土保护层提出要求是，为了保证构件在火灾中按建筑物的耐火等级确定的耐火限的这段时间里，构件不会失去支持能力。应符合国家现行相关标准的要求。

（二）防止混凝土结构出现裂，混凝土结构物出现裂缝主要与混凝土本身因素、施工因素、设计因素、环境因素等有关，其中施工方面的因素说造成的混凝土结构物出现裂缝的大于75%，在现实施工中我们应加强对施工方面的质量与管理。根据影响混凝土裂缝的主要因素分析，其控制裂缝的主要方法包括：加强结构设计、制定科学合理切实可行的混凝土施工方案、重视混凝土原材料的选择和优化混凝土配合比等。当混凝土出现裂缝时，可以采取以下方法修补：树脂灌注法、钉和法、钻孔嵌塞法等。

（三）选择优秀的原材料和阻锈剂

1、水泥的选择，①大体积混凝土工程：该类工程证要精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用低砂率、低坍落度、低水胶比，掺高效减水剂和高性能引气剂，高粉煤灰掺量的设计准则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高级拉值的抗裂混凝土。严格控制混凝土原材料质量和技术标准，选用低水化热水泥，粗细骨科的含泥量应尽量减少（1–1.5%以下）。配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3–0.5%之间。②有抗渗要求的混凝土：该类工程应优先选的水泥标号不宜低于425号，当采用325号水泥时必须掺外加剂并应经过试验合格后方可使用，在不受侵蚀性介质和冻融作用时，宜采用普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，如采用矿渣硅酸盐水泥则必须掺用外加剂以降低泌水率；在受冻融作用时应优先选用普通硅酸盐水泥；大体积的抗渗混凝土，优先选用火山灰水泥。③普通钢筋混凝土不用高强度混凝土而预制混凝土要用高强度混凝土：对于普通的钢筋混凝土，如果采用高强度混凝土对提高混凝土构件的抗裂性能和控制裂缝宽度的作用不大，反而会提高成本。而对于预制混凝土，高强度混凝土对提高构件的抗裂性能，并延缓混凝土构件的开裂。

2、阻锈剂的选择。防止钢筋腐蚀的附加措施，主要包括使用：混凝土外涂层、特种钢筋（如环氧涂层钢筋、不锈钢钢筋邓）、阴极保护及钢筋阻锈剂。这些措施能达到长期有效的防护目的。工作中使用的各项措施也各有特点与利弊，就提高混凝土密实性的基础上，掺用钢筋阻锈剂，是最通常使用的方法，而且是最简单、经济和效果好的技术措施。施工过程中应选择适合工程特点的阻锈剂，以往常用亚硝酸盐，但现在已很少使用了，现在常用的有复合氨基醇钢筋阻锈剂，他的原理是：由分散分子、阻锈分子、防腐分子等多种高分子经过科学匹配复合而成。JK-H2O（A）复合氨基醇钢筋阻锈剂是以离子态或气态吸附到钢筋表面，由于钢筋的电场非常强，因此这些阻锈剂的分子是朝向钢筋的方向吸附的，到达钢筋表面后即与钢筋反应形成类似铁锈的化学膜，但这一化学膜是相当钝化的，不会象铁锈一样容易溶于水而流失。表面自由焓降低，即降低了溶液的表面张力，使混凝土拌合物在搅拌过程中产生许多微小的封闭气泡，气泡直径和间隔系数大多在200μm以下，从而提高了水泥的保水能力，使混凝土拌合物的泌水性能大为减少。

（四）采用三组分胶结材料及涂层。降低腐蚀介质在混凝土中的渗透性，是防止CI–进入钢筋表面最直接的方法之一。通常采用的方法是在混凝土中掺加一定量的微硅粉、粉煤灰或磨细矿渣。水泥、微硅粉、粉煤灰称为三组分胶结材料。三组分材料制成的混凝土，具有极低的渗透性并具有很高的抗CL—渗透能力，同时具有低热、经济等优点。

参考文献：

[1]吴荫顺，金属腐蚀研究方法[M]北京“治金工业出版社，1993

[2]孙跃、胡津.金属腐蚀与控制[M].蔡应桃，钢筋混凝土的腐蚀与防护

谈谈提高混凝土耐久性的几点认识

孙　磊

呼和浩特职业学院　内蒙古呼和浩特市　010000

【摘　要】　本文重点论述了混凝土结构耐久性的概念与研究混凝土耐久性的必要性，分析了混凝土结构劣化的原因，提出了提高混凝土结构耐久性的措施和方法。【关键词】　混凝土结构；耐久性；提高；措施引言：

在土木工程中，混凝土是用途最广、用量最大的建筑材料之一。自十九世纪发明混凝土以来，为了追求更高的工程需求，采用高强混凝土已经成为提高工程性能的必要手段，但是追求高强度混凝土的同时，也必须使混凝土再所处环境中经久耐用，所谓经久耐用的概念也已经从几十年扩展到上百年，甚至数百年，（如大型水库、海底隧道等等）这就把混凝土的耐久性提高到了一个更重要的地位，国内外专家一致的看法是高耐久性的混凝土是发展的一个趋势。我国每年混凝土的消费量约50多亿吨，约占世界混凝土消费量的1/2左右。提高混凝土结构的耐久性不但可以保证建筑物的安全、长期使用，它同时对于节能减排、环境保护和国民经济的可持续发展，都具有非常重要的意义。

一、混凝土结构的耐久性

（1）混凝土耐久性的概念：混凝土耐久性的概念为：结构在预期作用和预定的维护条件下，能在规定期限内长期维持其设计性能要求的能力。抗渗性是混凝土抵抗压力水或其他液体渗透的性质；抗冻性是混凝土结构吸水后反复冻融循环不破坏强度也不下降的性能；抗腐蚀性是混凝土能够抵抗水中带有的腐蚀性物质的性能；抗碳化性是混凝土结构抵抗空气中的水和二氧化碳对水泥石当中的氢氧化钙的腐蚀，造成混凝土碱度下降的性能；碱-骨料反应是水泥当中的纳或钾的强碱和砂石中的活性二氧化硅发生反应，产生膨胀性的物质使混凝土结构产生破坏。

（2）提高结构物耐久性的重要性：根据欧美等发达国家的经验，在经济的高度增长期中，大量建造的混凝土构造物，当使用10到20年以后，由于混凝土结构耐久性差结构损害而产生的维修费用、加固费用是相当昂贵的。因此，加强混凝土结构物的耐久性，树立全寿命设计的理念，对于降低后期的养护费用、节能减排、环境保护和国民经济的可持续发展，都具有非常重要的意义。

二、混凝土结构劣化的原因

影响混凝土结构耐久性的因素很多，可以分成内因和外因两大类。内因包括：（1）混凝土各组成材料自身特性，如再工程所处环境下水泥品种的选择、砂和石子的质量、拌合混凝土所用的水的质量；（2）混凝土结构设计，如混凝土的水灰比、砂率、单位水泥用量、外加剂的掺加、钢筋网的密度是否影响混凝土的浇筑、混凝土保护层厚度是否足够；（3）施工质量，如混凝土拌合是否均匀、振捣是否密实、施工缝处的处理是否得当等等。

外因是混凝土所处的环境条件和防护措施。其中环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏主要有：空气中的水和二氧化碳对混凝土碳化使得钢筋锈蚀、氯离子对水泥石的侵蚀、碱-骨料反应使混凝土产生开裂碎落、混凝土结构大量渗水使钢筋生锈和混凝土腐蚀、冻融循环对混凝土的破坏等等。

三、提高混凝土结构耐久性的思路及方法

根据对影响混凝土耐久性的主要因素的分析，就可以找出提高混凝土耐久性的主要技术途径。对很多腐蚀破坏的混凝土进行分析得出，要想提高混凝土的耐久性，可以通过以下几点来提高混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碳化性等等

性质。目前提高混凝土耐久性基本有以下几种方法：

1、混凝土材料中掺入外加剂如减水剂和引气剂：在保证混凝土拌和物工作性的条件下，尽可能的降低混凝土拌合物的水灰比，也就是单位体积混凝土当中减少拌合用的水量。用水量减少会使混凝土中游离的水量减少，水分蒸发后产生的孔隙也会减少，特别是毛细管孔隙率大幅度降低，混凝土更加密实，水、二氧化碳等对混凝土有害的物质进入混凝土内部的机会将大大减少。这些封闭的气泡还可以包裹在孔隙内壁的周围当孔隙吸水结冰的时候，这些微小的气泡可以吸水水结冰体积膨胀而产生的压力，从而提高混凝土的抗冻性。

2、掺入高效活性矿物掺料：普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，是混凝土不能提高耐久的另一主要因素。研究发现主要是水泥石当中的氢氧化钙和水化铝酸三钙造成了混凝土容易被腐蚀性的缺点。在普通混凝土中掺入粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料等活性混合材料的目的，在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。此外，还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用，对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献。

3、消除混凝土自身的结构破坏因素：除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外，混凝土本身的一些物理化学因素，也可能引起混凝土结构的严重破坏，致使混凝土失效。例如，混凝土的收缩引起的大量的开裂，大体积混凝土水化热过高使得结构物内外温度不均匀引起的结构裂缝，硫酸铝的延迟生成，以及混凝土的碱-骨料反应产生的混凝土碎裂，混凝土结构物保护层厚度不够导致的钢筋锈蚀等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必须消除这些结构破坏因素。根据环境的不同合理选用质量合格的原材料，限制或消除从原材料引入的，可以引起破坏混凝土结构和侵蚀钢筋物质的含量，加强施工控制环节，避免收缩及温度裂缝产生，以提高混凝土的耐久性。

4、保证混凝土的强度：尽管强度与耐久性是不同概念，但又密切相关，它们之间的本质联系是基于混凝土的内部结构，都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分密实条件下，随着水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高。与此同时，随着孔隙率降低，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随之提高。在现在的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂外，还掺入了活性矿物材料，它们不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的同时，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除内部破坏因素的条件下，随着混凝土强度的提高，其抵抗环境侵蚀破坏的能力也越强。

高耐久性混凝土在配制上的特点是低水灰比，减少水的用量，选用优质原材料，除水泥、水和骨料外，必须掺加足够数量的矿物集料和高效减水剂，提高施工质量和养护条件，从而减少混凝土孔隙率，减少体积收缩，提高耐久性。

参考文献：

[1]《建筑材料》魏鸿汉主编/2010年02月/中国建筑工业出版社

[2]陈学明；茅哲烽.高性能混凝土技术特点及应用，经营管理者，2009-04

混凝土结构中钢筋腐蚀与防护

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

陈然

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