混凝土结构钢筋腐蚀的影响因素与防护

郑州大学土木工程学院 硕士研究生课程论文 课程名称 《工程结构耐久性》 学 时 36 学 分 2 姓 名 主讲教师 指导教师 ?培养类型：□ 专业学位科学学位 □□ 高校教师工程硕士 级 12级 年 号 学 供职单位 无 联系电话 Email 提交日期 2013.5.29 混凝土结构钢筋腐蚀的影响因素及防护 姓名：郑萌立 学号：201222212462 郑州大学土木工程学院 摘 要：钢筋混凝土结构从出现到21世纪，经历了比较久的发展时期，并且依旧占据着建筑结构中最重要的一部分。然而，近年来的工程实际情况表明，在役钢筋混凝土结构因为耐久性问题而引起破坏的现象越来越严重，因此，有必要对钢筋锈蚀对混凝土结构耐久性的影响做研究。尤其是混凝土中影响钢筋锈蚀的因素与针对这些因素所采取的 措施。 混凝土结构；耐久性；钢筋锈蚀；预防措施关键词： Factors Influencing The Corrosion of Steel In Concrete And Its Protection Name：ZHENG Meng-li ID：201222212462 School of Civil Engineering of Zhengzhou University Abstract：From being create to twenty-first century，Reinforced concrete structure experienced a period of development for a long time, and still plays the most important part of the building structure. However, the actual situation of the project shows that in recent years, the damage caused by durability problems in existing reinforced concrete structure is more and more serious, which is leaded by the orrosion of steel bar give a large part. Therefore, it is necessary to do research on the influence of reinforcement corrosion on the durability of concrete structures. Especially the influence factors of steel corrosion in concrete and the measures taken in response to these factors.1 Keywords：reinforced concrete structure； durability； corrosion； prevention measures 0 引言 最开始人们认为，钢筋混凝土结构很好地结合了钢筋与混凝土材料的优点，可模性好、可塑性强、整体性好、耐久性好、后期维护费用较低以及易于就地取材等诸多优点使得当今世界上的建筑大多选择采用钢筋混凝土结构。但随着时间的推后与累积，钢筋混凝土结构远远没有人们当初想象的那样耐久，其良好性能会在使用期内由于诸多因素的影响而逐渐退化从而引起世界上对耐久性问题的关注。特别是由于混凝土中钢筋的腐[1]。随着腐蚀的加剧将导致混凝土保护层开裂、钢筋与混蚀引起的混凝土可靠性的降低凝土间粘结力破坏、钢筋受力截面减小、结构强度降低等一系列不良后果。据统计全世界每年因混凝土结构耐久性问题造成的社会经济损失十分巨大。美国目前整个混凝土工程的价值约为60000亿美元，每年用于维修或重建的费用竟高达3000亿美元；英国建筑工业年成交额为500亿英磅，而因腐蚀损坏，钢筋混凝土结构的年维修费用高达515亿英磅，已成为英国的一个沉重的财政负担。我国的混凝土结构耐久性问题同样不容忽视，20世纪70年代末，我国开始兴建大量立交桥，20世纪90年代时发现混凝土保护层剥落，钢筋锈蚀等严重损坏现象，急需进行维修、加固，甚至重建，造成社会财富的[2]。 巨大浪费我国由于社会、经济以及历史原因，对于混凝土耐久性的关注与研究起步较晚，在建设领域还贯穿着“重建设，轻耐久”的思想。在美国，“立足前期措施、着眼长远效益”，美国经过正反两个方面的经验教训所得出的可贵结论已成为美国建设领域的重要思想。美国正在强行实施基建工程管理中的“全寿命经济分析法”(LCCA) ，其基本思想是，在设计施工阶段，不论是事先采取防护措施还是以后“坏了再修”，都要做出经济预算与比较，承建者要对工程的“全寿命”负责到底，这样可避免“短期行为”给后人带来的麻烦与巨大经济损失。推行“全寿命经济分析法”与倡导工程前期(设计、施工阶段)采取防钢筋腐蚀的措施，已经不是单纯的技术问题，其重大意义与长远经济效益是不可[3]。低估的 1 研究钢筋混凝土耐久性的意义 钢筋混凝土结构的耐久性，是指钢筋混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的共同作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而能够保持其安全、使用功能与外观要求的能力。图1.1可直观的表述钢筋混凝土耐久性需要2 [4]。研究的内容 通过以上数据可知，每年由于混凝土结构中钢筋腐蚀造成的国民经济损失巨大，造成资源的极大浪费。若能采取主动控制，事前控制大幅度提高钢筋混凝土的耐久性，能从根本上最大限度地减少经济损失，充分的合理利用好现有资源，对于保护环境与造福人类具有非常重大的现实意义。 2 混凝土中的钢筋锈蚀 2.1 混凝土中钢筋锈蚀的机理 混凝土结构中的钢筋锈蚀受许多因素影响，其中内外部因素有钢筋位置、钢筋直径、水泥品种、混凝土的密实度、保护层厚度及完好性、混凝土的液相组成(pH值及Cl-含量)等；外部因素有温度、湿度、周围介质的腐蚀性、周期性的冷热交替作用的。其腐蚀的机理是相同的, 产生腐蚀的原因主要有电化学腐蚀与应力腐蚀两类。 3 2.1.1电化学腐蚀 钢筋的电化学腐蚀通常有两种： 一种是碳化作用；另一种是氯离子的侵蚀。 碳化作用是在有水或潮湿的环境中, 并有氧气存在的条件下才能发生。其主要反应式如下： 2+-Fe → Fe + 2e-