混凝土中钢筋锈蚀的防护措施

混凝土中钢筋锈蚀的防护措施

李兴权

李兴权

身份证号码：522526197810131819广东东莞523000

摘要：建筑施工中钢筋混凝土作为常见材料，做好钢筋锈蚀防护工作，可以显著提升建筑物质量，一定程度延长使用寿命。有鉴于此，文中分析混凝土中钢筋锈蚀的防护措施。

关键词：混凝土施工；钢筋锈蚀；防护措施

工程调查表明，由于耐久性问题，使用中的钢筋混凝土桥梁越来越多地受损。其中钢筋腐蚀是混凝土结构耐久性损坏的重要原因，其负面影响和经济损失难以估计。混凝土结构中的钢筋如果发生锈蚀就会引起混凝土的膨胀开裂现象，严重者甚至造成混凝土大片剥落和结构断裂，严重影响混凝土结构的耐久性。

1、钢筋锈蚀的原因

1.1混凝土碳化

混凝土的碳化，亦称“中性化”，是空气中的酸性气体（主要是二氧化碳，少量二氧化硫等）沿着混凝土缝隙逐渐渗入到混凝土中被氢氧化钙的碱性溶液所吸收，并相互反应生成碳酸钙的过程。

碳酸钙难溶于水，PH值降到9左右，随着混凝土不断碳化，PH值不断下降，并不断向混凝土内部延伸。碳酸钙的生成增加了混凝土的体积及提高了混凝土的密实度，一定程度上阻止了氧气与二氧化碳继续渗入，对混凝土的耐久性起到了一定的作用，并且对混凝土强度一般也无直接影响，因此，对于素混凝土可以不用考虑碳化的影响。但是对于钢筋混凝土，碳化降低了碱性溶液的PH值，使钝化膜破坏，钢筋失去保护，在水与空气同时存在的条件下，钢筋锈蚀产生，所以对于钢筋混凝土要尽量减少碳化的发生。

在大气环境中，混凝土碳化是比较常见的一种使钢筋锈蚀的形式。影响混凝土碳化的因素主要有：大气中酸性气体的浓度、空气湿度、温度、水泥的品种及用量、水灰比的大小、骨料、外掺料、外加剂、施工操作方面等。

1.2氯离子侵蚀

混凝土中的氯化物可能通过原材料加入，也可能是通过混凝土裂缝从外界渗入的，但只有当氯离子是自由状态且浓度达到一定值并且处于潮湿、氧气充分的环境下才会对钢筋锈蚀产生影响。

进入混凝土中的自由氯离子，与其中的氢氧化钙发生反应，降低混凝土碱度，保护钢筋的钝化膜失效，在有水及氧气满足条件的情况下，钢筋锈蚀，这一原理与混凝土的碳化使钢筋锈蚀类似。

另外一种情况是氯离子与失去钝化膜保护的钢筋或直接从钝化膜的缺陷处渗进与钢筋发生反应，首先发生在局部，在钢筋表面产生点蚀（坑蚀）。在钢筋锈蚀的过程中，本身不消耗氯离子，氯离子只是起到了催化剂的作用，钢筋锈蚀的反应产物被及时运走，不使其在阳极区域堆积下来，加速了钢筋的锈蚀，并且点蚀容易造成钢筋的应力集中，这才是氯离子危害性最大的一面，要比混凝土的碳化对钢筋的锈蚀严重的多。因此，在钢筋混凝土施工时一定要控制氯离子的含量，尤其是原材料中的氯离子含量。

1.3应力锈蚀

碳化及氯离子属于电化学锈蚀，还有一种锈蚀称为应力锈蚀。

应力锈蚀是指受力钢筋受到外界侵蚀时韧性变脆的一种锈蚀。钢筋因受到应力作用（主要是拉应力），在钢筋表面产生微小的裂缝，锈蚀沿钢筋的裂缝不断向深度发展。通过试验得知，同样条件下的钢筋，受力愈大、锈蚀愈快、寿命愈短。

2、混凝土中钢筋锈蚀的防护措施

2.1钢筋的直接防护

钢筋的直接防护是从钢筋自身出发，进行一系列处理以提高自身抗锈蚀能力。本文分析的防护措施有电化学处理、在其表面进行金属镀层和涂层、在钢筋中添加合金元素四种方式。电化学处理是利用金属活泼性施加电流保护；对其进行涂层或金属镀层都是使其与混凝土的接触面不易锈蚀；添加合金元素则是直接改变钢筋的自身性质。

阴极保护能直接抑制钢筋自身的电化学腐蚀过程，可分为牺牲阳极保护法和外加电流阴极保护法。前者使用比钢电势更负的铝合金作为阳极和钢棒，并提供自由电子以通过其自身的腐蚀来保护钢；后者将直流电源的负极与受保护的钢棒连接，正极连接不溶的辅助阳极以提供保护电流，以保护钢棒免受阴极极化。在高腐蚀性环境中，钢筋上的金属镀层是常见的措施。通常使用的涂层金属是：锌、镍、铬等。对于普通钢筋，镀锌是一种阳极涂层，具有优异的电化学保护。腐蚀对粘接强度有一定影响。镀锌钢筋和普通带肋钢筋加速腐蚀14天后，镀锌钢筋的粘结强度降低了18.0％，普通碳素钢筋的粘结强度降低了25.8％。因为锌腐蚀产物的体积变化小于普通碳钢的体积变化，腐蚀产物扩散到混凝土的孔隙中。将合金元素添加到钢筋中以制造不锈钢钢筋。不锈钢钢筋具有很高的化学稳定性，特别是在高腐蚀性环境中，使不锈钢越来越成为研究人员关注的焦点。不锈钢主要含有铬、镍、钼等合金元素，其中不锈钢中铬的含量不同。不锈钢的耐酸性和耐腐蚀性会发生变化，钢的铬含量应保持在11%至30%之间。不锈钢耐酸和耐腐蚀，非铬含量越多越好。通常不锈钢应具有大于10.5%的铬含量和小于或等于1.2%的碳含量。不锈钢增强材料仍然可以在高氯环境中钝化，用不锈钢增强材料代替普钢筋可以提高结构的耐久性。其中，CCES01-2004规定在特别严重的腐蚀环境中，不锈钢钢筋可以作为使用材料用于一百多年的特殊重要工程。

2.2钢筋的间接防护

钢筋的间接防护则是通过对混凝土的防护对钢筋产生有益的效果，首先是混凝土材料的选择，应选择不易腐蚀钢筋的材料，还可在混凝土中添加外加剂减缓钢筋锈蚀，最后细致施工和维护方面，优化混凝土的孔结构使结构更加致密，在结构出现裂缝时及时修补使结构更加牢靠。

在选择材料时，优选使用普通硅酸盐水泥，低碱水泥和高性能混凝土。它由高质量的I和I粉煤灰和低碱混合物制成。精细1级和1I级粉煤灰可达600m2/kg，颗粒形状为圆形。它与水泥形成良好的物理级配，可以大大提高混凝土的致密性。其次，粉煤灰可以与水泥水化产物氢氧化钙反应形成水合硅酸钙和钙水合铝酸钙，从而降低混凝土的碱度。大大改善混凝土的孔隙结构和骨料界面结构，提高混凝土的致密性。

钢筋防锈剂是缓蚀剂的缓蚀剂。最早开发的钢筋防锈剂是亚硝酸盐，但它会降低混凝土的强度。其中钠离子具有促进碱骨料反应的危险，并且是阳极型防锈剂。不足量会促进钢筋的局部腐蚀。另外，亚硝酸钠是有毒的，因此不能广泛使用。近年来，有机防锈剂的应用已发展成为抑制混凝土中钢筋腐蚀的有效方法。它主要是由胺和酯组成的水基有机混合物。

优化混凝土孔隙结构也是有效措施。硬化混凝土由三部分组成：骨料、界面过渡区和硬化水泥浆。界面过渡区和硬化水泥浆中有大量的孔隙。研究表明界面过渡区的孔隙度可达到约50％，远高于浆料的平均孔隙率，这使得过渡区中的氯离子迁移比凝胶化系统更容易。 因此，优化混凝土的孔隙结构，特别是界面过渡区的孔隙结构，对于降低氯离子从混凝土表面到钢表面的迁移和渗透速率是必不可少的。目前，优化混凝土孔隙结构的方法研究主要集中在优化水泥浆料的组成和混凝土的内部养护。

当结构产生裂纹很容易在结构内部引入杂质锈蚀钢筋，所以应及时对裂纹进行有效的修补。通过用聚合物灌浆可以修复细小的裂缝；应使用松散和未压实的混凝土清洁粗裂缝，用水泥聚合物砂浆进行修复，并涂上外部纤维增强材料。常用砂浆、混凝土的聚合物有：共聚乳液（EVA）、丙烯酸酯共聚乳液（丙乳PAE）、水溶性聚氨酯浆料、氯丁乳胶（CP）、乙烯一醋酸乙烯、丁苯乳胶（SBP）、PBM-1树脂、甲凝灌浆材料等。

3.结语

如何有效地保护混凝土中的钢筋已成为一个迫切的工程问页。要解决此问题的关键在于如何在提高钢筋自身抗锈蚀性质的同时，兼具较为经济适用的特点。提高钢筋自身抗锈蚀性能之后批量生产相对于其他防护措施要简便许多。

参考文献：

[1]廖晓，季涛，李伟华.海工混凝土结构钢筋锈蚀防护研究进展[J].混凝土，2017（03）：15-18+23.

[2]程兆俊，宋丹，江静华，游凯，马爱斌.混凝土中钢筋腐蚀与防护研究进展[J].热加工工艺，2016，45（06）：14-19.

[3]马凤娜.氯离子侵蚀对钢筋混凝土的影响及预防措施[J].商品混凝土，2013（09）：71+73.