荷载对混凝土中钢筋腐蚀的影响研究.pdf

魏福成 ： 荷载对混凝土 中钢筋腐蚀的影响研究 8 1 荷载对混凝土中钢筋腐蚀的影响研究 魏福成 ( 大庆石化工程有 限公司 土建 室 黑龙江大庆1 6 3 1 4 ) 【 摘要】 普遍认为， 混凝土结构中的钢筋在受到腐蚀后会影响混凝土结构的承载能力， 钢筋受到的腐蚀越 严重， 结构的承载能力越低， 但结构所承受的荷载大小对混凝土中钢筋的腐蚀的影响却少有研究。本文通过对腐 蚀环境下混凝土结构试样施加不同的荷载 ， 发现了结构所承受的荷载与混凝土中钢筋腐蚀程度以及腐蚀速率的 关系。实验结果表明： 承受荷载越大的混凝土试样保护层出现的裂缝越多， 钢筋腐蚀的越严重， 腐蚀速率越快。 【 关键词】 混凝土； 钢筋腐蚀 ； 腐蚀电位 【 中图分类号】 T U 3 7 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 4 ) 1 0 0 0 8 1 0 2 目前 ， 钢 筋混 凝 土结 构应 用广 泛 ， 已经 大量 应用 在了各类 民用建筑、 公路、 桥梁以及工业建筑当中。 但是随着钢筋混凝土结构的使用时间的延长， 其 中的 钢筋以及各类金属预埋件就会受到环境的腐蚀 ， 轻则 会造成混凝土结构的破坏， 重则会影响甚至危及整个 建筑的安全。一项在我国开展的混凝 土结构耐久性 调查表明， 在一般的使用环境下有 4 0 的建筑物中的 混凝土结构中的钢筋 已经发生碳化现象， 在较潮湿的 环境下 9 0 建筑物中的混凝土结构中的钢筋已经发 生锈蚀。钢筋混凝 土结构 的建筑其设计寿命一般要 求为 5 O年， 大型或者 比较重要的建筑为 8 0年或以上。 而在我 国的现状是 ， 处在有一般腐蚀作用的环境中， 建筑的实际使用寿命远达不到设计使用寿命的要求。 有的建筑 1 5 2 0年就会出现钢筋被锈蚀的情况， 有的 甚至不足 5年就会出现钢筋腐蚀情况。而且， 修复 由 于腐蚀产生承载能力下降的混凝土构件的花费也是 惊人的。因此钢筋混凝士结构的防腐 问题是一个重 要的研究课题。 1 钢筋的腐蚀 机理 混凝土结构 中的水分一般以饱和氢氧化钙溶液 的形式存在， 另外其 中还会含有一些氢氧化物， 其 p H 值一般都会超过 l 2 。钢筋在这种强碱性的条件下 ， 其 表面会出现一层钝化膜， 这种钝化膜可以防止钢筋的 腐蚀。对于一些施工质量好、 裂缝很少的混凝土结 构， 即使处在腐蚀条件下， 钢筋也能依靠其表面形成 的钝化膜而不发生腐蚀。但是， 当这种钝化膜 由于混 凝土的开裂而受到侵蚀发生破坏之后， 钢筋就会被进 一 步腐蚀。在钢筋表面所发生的腐蚀反应的电化学 机理是当钢筋表面有水分存在时， 就发生铁电离的阳 极反应和溶液态氧还原的阴极反应 ， 相互以等速度进 行 ， 其反应式 如下 ： 阳极反应 ： 2 F e 一 4 e _ + 2 F e “ 阴极反应 ： O 2 + 2 H 2 O+ 4 e O H一 腐 蚀过程 的全 反应 是 阳极 反 应 和阴极 反应 的组 合， 在钢筋表面析出氢氧化铁。其反应式为： 2 F e +O 2 + 2 H 2 O F e + 4 O H一 _ 2 F e ( O H ) 2 4 F e ( O H) 2 + O 2 + 2 H 2 O F e ( o n ) 3 该化合物被溶解氧化后生成氢氧化铁， 并进一步 生成 n F e O ，m H ： O， 一 部 分 氧 化 不 完 全 的 变 成 F e ， O 。 ， 在钢筋表面形成锈层。铁锈体积膨胀对周围混 凝土产生压力， 将使混凝 土沿钢筋方 向开裂， 称之为 顺筋 开裂 ， 使 混凝 土保 护层 发生 脱 落， 而裂缝 及保 护 层的脱落又进一步会导致钢筋更剧烈的腐蚀 】 。 2腐蚀实验 2 1 试样 实验中采用普通硅酸盐水泥、 普通河砂、 可饮用 风载荷下的强度和稳定性 ， 为地面雷达罩的结构设计 及安全性的校核提供数值参考； 天线罩半径和截球 比对于位移和应力的结果影响较大。 参考文献 1 哈玻所 玻璃钢地面雷达天线罩 M 哈尔滨： 哈尔滨工程大 学 出版社 。 2 0 0 3： 3 5 2 孙训方 ， 方孝淑。 关来泰 材料力学 M 北京： 高等教育出版 社 ， 1 9 9 4： 4 61 2 5 3 韦生文 A型夹芯复合材料在地面雷达天线罩中的应用 J 电子机械工程 ， 2 0 0 6， 2 2 ( 4) ： 3 5 3 9 4 佟丽莉 ， 孟松鹤， 陈辉 大型地面雷达天线罩的内力及稳定性 分析 J 纤维复合材料 ， 2 0 0 2 ， 1 2 ( 4 ) 收稿日期 2 0 1 4 0 6 0 4 作者简介 王丽君( 1 9 9 0一) ， 女 ， 黑龙江兰西人， 硕士研究 生 ， 研究方 向： 结构工程 。 8 2 低温建筑技术 2 0 1 4年第 1 O期 ( 总第 1 9 6期) 自来水 ， 钢筋为建筑用 I 级钢筋。浇注前用砂纸除去 钢筋表面钝化膜及铁锈， 丙酮除去油污。混凝土配合 比为水泥： 水： 砂 =1 ： 0 5 ： 3 。制作钢筋混凝土试样规 格均为 4 0 0 ra m l O O m m 8 0 m m， 试样 中埋入 4根直径 为 8 m m的钢筋， 平行排列。试样拆模后， 将湿布覆盖 混凝土的表面上， 在室温条件下养护 2 8天。混凝土试 样两端露出的钢筋采用环氧树脂包裹 ， 并在试样一端 的每根钢筋上引出铜制导线， 以不锈钢材料作为辅助 电极 。其 中一个试样不加 荷载 ， 另三个 试样分 别施加 3 0 、 6 0 和9 0 的极限荷载 ( 结构破坏时的荷载) ， 并将所有的试样浸泡在 3 5 浓度的氯化钠溶液中。 实验中持续监控腐蚀电位和腐蚀电流密度的变化。 2 2 荷载对腐蚀程度的影响 表 1 钢筋腐蚀电位的变化规律 V 在整个实验过程 当中按预定 的天数记录每个试 样 中 的钢 筋相对 于饱 和甘汞 电极 的腐 蚀 电位 E。 由表 1 记录的腐蚀电位数值， 可以看出， 承受荷载越大 的混凝土试样， 钢筋的腐蚀电位的数值越小， 在实验 开始的 5 0 d内， 不同荷载下的钢筋腐蚀 电位 E的数值 相差都比较大。随着实验天数的增长， 不同荷载下混 凝土试样的腐蚀电位 E都趋于稳定状态 ， 不同荷载的 试样 腐蚀电位差减小。通过表 1的实验数据还可 以发 现 ， 承受 6 0 和 9 0 极限荷载的混凝土试样的腐蚀 电 位 E在整个浸泡过程中的变化情况比较稳定 ， 波动较 小。作者认 为出现这种情况与不同荷载作用下试样 中出现的裂缝程度有关 ， 对于承受荷载较大的混凝土 试样 出现 的裂缝 较 多 ， 并且 裂缝 的 宽度较 大 ， 这样 溶 液中的氯离子就能快速通过裂缝到达混凝土中钢筋 的表面， 造成钢筋的腐蚀 电位变小。而承受荷载较小 的混凝土试样出现的裂缝数量少且宽度小， 溶液中的 氯离子扩散到达钢筋表面的时间延长， 浸泡初期， 承 受荷载越大的试样 ， 其 中钢筋的腐蚀 电位就越低。随 着浸泡时间的延长， 溶液中的氯离子扩散到钢筋表面 并最终达到临界浓度， 使钢筋的电位都负移 ， 导致不 同荷 载下试样 的腐蚀 电位差减小 。 2 3 荷载对腐蚀速率的影响 根据线性极化的腐蚀电流公式计算不同荷载作 用下的混凝土试样 中钢筋的腐蚀 电流密度 。表 2就是 计算出的不同荷载的试样在各浸泡时间上 的腐蚀 电 流密度， 从表中可以看出， 承受荷载越大的混凝土试 样， 其中钢筋的腐蚀 电流密度就越大。在实验 的初 期， 不同荷载作用下的混凝土试样的腐蚀电流密度相 差较大 ， 承受 9 0 极 限荷载的试样和承受 6 0 极 限荷 载的试样的腐蚀 电流密度较其他试样大的多。随着 实验天数的增加， 不同荷载作用下的混凝土试样的腐 蚀电流密度都趋于稳定， 且不同荷载间试样的腐蚀电 流密度差异变小。作者认为这是承载较大荷载的试 样上裂缝较多， 氯离子通过裂缝迅速渗透到达钢筋表 面并致钢筋腐蚀， 而承载较小荷载的试样上裂缝较 少， 氯离子渗透到达钢筋表面并引起钢筋腐蚀所需时 间延长， 因此 ， 在腐蚀初期， 承受荷载越大的试样 ， 钢 筋的腐蚀 电流密度就越大， 腐蚀速率越快 ， 在腐蚀后 期腐蚀速率变慢， 不同荷载的腐蚀速率接近。 表 2 钢筋腐蚀电流密度变化规律 c n l 3结 语 ( 1 ) 钢筋混凝土试样承受荷载越大， 其保护层 出现的裂缝越多， 钢筋腐蚀电位越小， 腐蚀越严重。 ( 2 ) 在腐蚀初期， 钢筋混凝土试样承受的荷载 越大， 钢筋的腐蚀电流密度就越大， 腐蚀速率越快。 参考文献 1 梁晖 钢筋混凝土的腐蚀与亚硝酸钙的防护作用 J 材料开 发与应用 ， 2 0 0 0 ， 1 5 ( 6 )： 1 8 2 1 2 李琮琦 混凝七中钢筋锈蚀的研究进展 J 建筑技术开发， 2 0 0 2， 2 9 ( 7) ： 7 9 3 贾红梅， 阎贵平， 闰光杰 混凝士中钢筋锈蚀的研究 J 中国 安全科学学报， 2 0 0 5 ， 1 5 ( 5 ) ： 5 6- 5 9 收稿日 期 2 0 1 4 0 6 - 2 3 作者简介】 魏福成( 1 9 8 0 一) ， 男 ， 黑龙江大庆人， 结构工程 师， 从事建筑结构设计工作。