刍议钢筋锈蚀导致混凝土结构失效的机理与检测技术.docx

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刍议钢筋锈蚀导致混凝土结构失效的机理与检测技术

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张俭

摘要：在各种建筑结构中，钢筋的使用率是非常大的，但是由于钢筋在使用的过程中，容易受外界环境的影响产生锈蚀，钢筋锈蚀现象对混凝土结构的使用寿命等会产生一定的影响，因此文章对钢筋锈蚀导致混凝土结构失效的机理与检测技术进行了简要的阐述。

关键词：钢筋锈蚀；混凝土结构；失效机理；检测技术

中图分类号：TV331文献标识码：A

由于钢筋的锈蚀所导致的混凝土结构失效的现象时有发生，这对于建筑的使用寿命以及使用人员的安全产生了一定的影响，所以对钢筋锈蚀的原因以及检测技术的研究就成为了现在一个新的研究课题。

一、钢筋腐蚀机理

（一）钢筋腐蚀的过程

钢筋在出现锈蚀的过程中，不论是由于什么情况引发的，都同样是一个具有阴极和阳极半电池反应的电化学过程。在这些微电池中，钢筋表面的阳极区域，铁原子失去了电子变为铁离子溶人混凝土的微孔水中。

阳极反应：FeFe2++2e—

阳极反应生成的电子通过钢筋本身定向移动到钢筋表面的阴极区域，并在这里与水和氧气反应生成氢氧根离子。

阴极反应：2e一+H20+O220H一

电子在这种化学反应的过程中，被消耗掉最后保持了钢筋的电中性。在阴极区域的氢氧根离子(OH一)，增加了该区域附近微孔水的局部碱度，强化了该处钢筋表面上的钝化膜。

如果阳极区域的铁原子只是通过阳极反应变成了亚铁离子，溶人混凝土的微孔水后，不再发生变化，那么，钢筋的混凝土保护层就不会出现顺筋开裂和剥落现象。但是在一定条件下，亚铁离子还会进一步参加反应，使钢筋表面上生成红锈。

Fe2++20H一Fe(OH)2

4Fe(OH)2+02+2H204Fe(0H)3

2Fe(OH)32H20+Fe203·H20

（二）碳酸物质的腐蚀机理

混凝土碳酸化是大气中的二氧化碳气体与混凝土中的碱性氢氧化物相互作用的结果。二氧化碳像氯化物、二氧化硫等气体一样，都能溶解于水形成一种酸。但二氧化碳气体溶解于水形成的碳酸与其他绝大多数的酸(如盐酸、硫酸等)不同，它不侵蚀混凝土的水泥石基体，而仅与混凝土微孔水中的碱发生中和反应，生成碳酸钙，沉积于微孔的内壁上：

C02+H20H2C03

H2C03+Ca(OH)2CaC03+2H20

随着微孔中氢氧化钙消耗和生成碳酸钙在水溶液中的沉淀，微孔水溶液的pH值会明显降低。当pH值降到一定程度时，钢筋的钝化膜将遭到破坏，钢筋裸露出来后将发生电化学腐蚀。

（三）氯化物对钢筋的腐蚀机理

氯离子在钢筋腐蚀过程中，其本身并不被消耗，只起到加速腐蚀过程的催化作用。在氯离子的催化作用下，钢筋表面腐蚀阳极反应的产物Fe2+被及时地“搬运”出去，不使其在阳极区域堆积下来。这样，就大大加速了钢筋的腐蚀过程。同时，氯化物侵入混凝土后，其中的氯离子(C1一)及钠离子(Na2+)钙离子等阳离子都会参与混凝土中的离子导电，这样就降低了钢筋腐蚀电池阴、阳极之间的混凝土电阻，从而加速了电化学腐蚀的进程。

二、时间过程

混凝土钢筋在进行腐蚀的过程中，会表现出三种状态，我们可以简单的将腐蚀的状态分为三个阶段，即即孕育、发展、最终阶段。

孕育阶段——从浇筑混凝土时到钢筋去钝化过程，即钢筋开始腐蚀止。结构从这一时间开始腐蚀。

发展阶段——从钢筋开始腐蚀发展到最终阶段。即到达严重腐蚀，此时混凝土覆盖层出现层裂和剥落。

三、腐蚀对混凝土结构的影响

如果钢筋产生腐蚀的现象，就会对混凝土结构的使用寿命产生伤害，这种伤害表现在两个方面，首先，由于锈蚀产物是钢筋原始体积的2～4倍，这将导致体积膨胀，从而使混凝土产生拉应力，最后使得整个混凝土结构的表面产生裂纹以及胀裂的现象。由于混凝土保护层的损失必将导致结构承载能力的下降，从而使侵蚀成分容易达到钢筋表面而加快腐蚀。其次，就是钢筋的腐蚀会使钢筋的横截面减少，这样就会降低钢筋承压的系数。钢筋的局部点蚀有时比均匀腐蚀更危险，因为它在某一点上减少钢筋的横截面面积，而使其不能承受结构的临界载荷。

四、检测方法

（一）检测方法—半电池电位法

半电池电位法基本原理是在钢筋混凝土阳极区和阴极区存在着电位差使电子流动并导致钢筋腐蚀。通过测量钢筋和一个放在混凝土表面的半电池(参比电极)之间的电位差来预测钢筋可能的锈蚀程度。

测试步骤：一参比电极(Ag／AgCl、Cu／Cu-S04、甘汞电极)及一高电阻的伏特计测量钢筋电极电位，将实测的电位与标准电位相比判断钢筋是否处在腐蚀状态。

同常的情况下，半电池电位的测定值是铁溶解量(即钢筋去钝化)的函数。当钢筋周围的混凝土微孔水中无氧存在时，阴极反应不能发生，只有少量铁溶入微孔水中。铁离子趋于一定浓度后就会趋于平衡；尽管此时测量的半电池电位可能非常低(负)，但实际上此时的钢筋却未发生严重腐蚀，或者说钢筋的腐蚀速率很低。另一影响电位读数的因素是混