钢筋锈蚀的原理、防止与处理

钢筋锈蚀的原理、影响因素、防治钢筋锈蚀的原理、影响因素、防治 钢筋锈蚀分为在加工完成至混凝土浇筑期间的锈蚀和混凝土浇筑完成后的 内部锈蚀。首先要明白钢筋锈蚀产生的原理，然后采取针对性的防止措施，对 已锈蚀的钢筋采取合理有效的处理措施。 钢筋锈蚀的原理：钢筋锈蚀的原理： 1. 钢筋混凝土的碳化作用 由于钢筋混凝土并不是完全密实的，钢筋混凝土在水泥硬化作用后由于氢 氧化钙的碱性作用会使钢筋混凝土内部的钢筋表面形成致密均匀的钝化保护膜， 避免锈蚀作用的影响。但是由于混凝土不能完全密实，混凝土在空气中的CO2 的影响作用下，氢氧化钙会与其发生化学反应生成碳酸钙，进而使混凝土原有 的碱性环境逐步减弱，混凝土中保护钢筋钝化膜，最低碱度 PH 值不小于 11.5， 而碳化结果可使混凝土的 PH 值低于 9.0，原有的钝化保护膜被破坏，进而造成 钢筋开始锈蚀。水泥中水化产物之一约占 10~15％它一方面提高混凝土的碱度， 同时也是最不稳定的成分最容易与酸性介质发生中和反应，使混凝土中性化。 混凝土中保护钢筋钝化膜，最低碱度 PH 值不小于 11.5，而碳化结果可使混凝土 的 PH 值低于 9.0，因而使钝化膜破坏，钢筋发生锈蚀。 2. 氯离子对钢筋混凝土的锈蚀作用 氯离子对于混凝土内部钢筋的锈蚀作用机理，主要有以下几方面： （1）氯离子导致钢筋钝化保护膜失效。由于钢筋的钝化保护膜是在混凝土 原有的碱性环境下形成的，二氯离子进入混凝土后会导致碱性环境的破坏，氯 离子不断吸附于钝化膜附近形成酸性环境，导致其保护作用逐步减弱。 （2）氯离子在混凝土内部形成腐蚀电流，导致钢筋的电化学腐蚀。由于钢 筋混凝土钝化保护膜的破坏会导致腐蚀电位差的出现，而氯离子则大大降低了 混凝土的电阻值，造成钢筋钝化保护膜边缘的腐蚀电流最大，促进了钢筋腐蚀 的进一步发展。此外，氯离子与钢筋中的铁结合形成具有水溶特性的氯化铁， 氯化物不仅是一种钢筋腐蚀的催化剂，还属于较强吸湿作用的盐，会导致氯离 子在混凝土内部的不断渗透，最终导致钝化保护膜的彻底破坏。 （3）氯离子与水泥化学反应对钢筋锈蚀的影响。由于水泥的主要成分铝酸 三钙在特定的化学条件下会与渗入混凝土中的氯离子发生化学反应形成特性较 为稳定的化学物，这可以降低混凝土中氯离子的含量进而避免钢筋的锈蚀作用。 但是这种化学物质只有在碱性条件下才能保持稳定，当混凝土酸碱环境 发生变 化时， 会导致期分解进而增加氯离子的含量， 导致钢筋 表面的氯离子浓度升高， 对于防止钢筋锈蚀作用的发生是十分不利的。 （4）氯离子在钢筋混凝土锈蚀过程中的阳极去极比作用对于钢筋腐蚀的化 学反应，其实质是的阳极反应过程，即铁原子失去电子形成亚铁离子，亚铁离 子如果不能及时脱离而累积与阴极表面会导致阳极反应的受阻，这一过程即为 阳极极化过程。但是如果而亚铁离子与氯离子结合形成氯化亚铁，则会促进阳 极反应的发生，进而起到加速去阳极化的过程。由于氯离子具有可溶性，当期 与混凝土内部的氢氧根离子相遇时会生成难溶的氢氧化亚铁，导致混凝土内部 生成铁锈，而氯离子随即与亚铁离子脱离继续作为催化剂促进去阳极化作用， 造成循环连续的化学破坏过程。 钢筋锈蚀的影响因素有钢筋锈蚀的影响因素有: : 1、混凝土 pH 值的影响研究表明， 钢筋锈蚀速度与混凝土液相的 pH 值有密 切关系。当 pH 值大于 10 时，钢筋锈蚀速度很小；而当 pH 值小于 4 时，钢筋 锈蚀速度急剧增加。由于混凝土碳化后 pH 值降低，因而随着碳化深度的增加， 钢筋的锈蚀率也相应增加。我国建研院混凝土研究所的研究工作表明，钢筋的 锈蚀与混凝土的抗碳化能力之间有明显的函数关系。他们以快速碳化试验法对 200 组不同水泥用量、 不同水灰比的普通混凝土及轻集料混凝土进行试验测得了 钢筋锈蚀失重率 A 与混凝土碳化深度 D 的函数关系。经回归分析得出，保护层 厚度为 20mm 时的钢筋失重率与混凝土 28 天碳化深度的函数关系式如下： A=0.00369D1.34 式中： A 为混凝土保护层厚度为 20mm 时的钢筋失重率； D 为龄 期为 28 天的混凝土碳化深度，单位 mm。 2、混凝土中 Cl-含量的影响混凝土中 Cl-含量对钢筋锈蚀影响极大。由于钢 筋锈蚀过程中，Cl 并没有被消耗掉，它充当载体和催化剂的作用。所以，当氯 离子浓度超过临界浓度时，增加保护层厚度并不能减少钢筋的锈蚀。一般情况 下， 钢筋混凝土结构中氯盐的掺入量应少于水泥重量的1％。 3、混凝土的密实度及保护层厚度的影响 混凝土对钢筋的保护作用包括两个方面：一是混凝土的高碱性使钢筋表面 形成钝化膜； 二是保护层对外界腐蚀介质、 氧气及水分等的渗入起到阻止作用。 后一种作用主要取决于混凝土的密实性和保护层厚度。一般来说，强度高的混 凝土其密实性较好，从而其抗渗性较好。在相同条件下，保护层越厚，保护层 完全碳化所需的时间就越长，钢筋锈蚀程度越轻。 4、混凝土保护层完好程度的影响 混凝土保护层的完好程度是指混凝土有无蜂窝孔洞、 是否开裂、 裂缝宽 度及长度等。它对钢筋锈蚀有明显的影响，特别是对处于潮湿环境或腐蚀性介 质中的钢筋混凝土构件影响更大。一方面，裂缝会增加混凝土的渗透性，加速 混凝土的碳化和侵蚀性介质的侵蚀，使钢筋锈蚀加剧；另一方面，钢筋的锈蚀 膨胀又会使混凝土进一步开裂，从而加重钢筋的锈蚀。许多调查表明，在潮湿 环境中使用的钢筋混凝土构件，其横向裂缝宽度达到0.2mm 时，即可引起钢筋 的锈蚀。 4、钢筋所处位置的影响 对于钢筋混凝土梁、 柱而言， 位于角部的钢筋锈蚀程度要比中间部位的大。 试验表明，在相同条件下，位于构件角部的钢筋锈蚀速度比中间部位的钢筋快 大约 50％。这是由于位于角部的钢筋会受到两个方向渗透的影响。 6 环境条件的影响 环境条件是引起钢筋锈蚀的外部条件，如温度、湿度及干湿交替等都对混 凝土中的钢筋锈蚀有明显影响。特别是当混凝土的自身保护能力（如密实度及 保护层厚度） 较弱或保护层有裂缝等缺陷时， 外界因素的影响就会更加突出。实 际调查结果表明，钢筋混凝土构件在干燥无腐蚀介质的条件下，其使用寿命要 比在潮湿及腐蚀介质中使用的长 2-3 倍。 钢筋锈蚀后生成 Fe （OH）（OH） 2 或 Fe2 3 及结晶水合物 Fe（OH） 3·3H2O（俗称铁锈） ，其体积膨胀，引起混凝土保护层 局部开裂，严重时还会发生顺筋开裂，导致混凝土保护层剥落。钢筋锈蚀的形 态与引起钢筋锈蚀的原因有关。 由于碳化引起的钢筋锈蚀，其特点是锈蚀分布 较 均匀；而由氯离子引起的钢筋锈蚀，其特点是坑蚀明显。 温、湿的影响混凝土中水分越多，其导电性越好，因此，空气的相对湿度 越高，混凝土中的水分越多，钢筋锈蚀越快。对混凝土中钢筋而言，空气温度 达到 50~60％就能使金属发生电化学腐蚀， 大多数钢筋混凝土处于干燥的环境下， 服役几十年钢筋也不会锈蚀。处于干湿交替的环境或漏雨、渗水的部位，钢筋 锈蚀的很快。 因此渗透性多的混凝土钢筋更容易锈蚀。 根据 Arrhenius 定律指出， 温度每升高 10℃反应速度大约提高 2~3 倍因此温度越高，钢筋锈蚀越快，混凝 土中的钢筋的锈蚀速度与温度成 正比[3]。