浅谈混凝土中钢筋的锈蚀问题.pdf

浅谈混凝土中钢筋 的锈蚀 问题刘志杰 1 4 9 【 混 凝 土 】 浅谈混凝土中钢筋的锈蚀问题 刘 志 杰 ( 内蒙古电力勘测设计院， 内蒙古 呼和浩特 0 1 0 0 2 0 ) 摘要 文章针对混凝土中钢筋锈蚀的原因和机理等问题进行分析， 探讨 了混凝土中钢筋锈蚀的研究趋势。 关键词 混凝土； 钢筋； 锈蚀 中图分类号： r v 4 3 1 文章标识码： B 文章编号： 1 0 0 9 0 0 8 8 ( 2 0 1 1 ) O 1 0 1 4 9 0 1 钢筋锈蚀后导致混凝土结构性能的劣化和破坏， 主要表现 在三方面 ： 钢筋锈蚀导致钢筋截面积减少， 使得钢筋的力学 性能下降； 钢筋锈蚀导致钢筋和混凝土之间的粘结力减小， 使得钢筋与混凝土不能很好的协同工作， 造成钢筋混凝土构件 承载能力下降； 由于铁锈蚀产物体积是原铁体积的2 4倍 ， 锈蚀产物在混凝土和钢筋之间堆积， 最终会导致混凝土保护层 破坏使得钢筋与混凝土粘结力迅速下降甚至完全丧失。 1 钢筋锈蚀机理 混凝土中的钢筋表面有一层致密的钝化膜 ， 在正常情况下 钢筋不会发生锈蚀， 但是， 钝化膜破坏 以后， 在有足够的水和氧 化剂的条件下钢筋就会发生电化学锈蚀。这一锈蚀过程包括4 个基本过程。 ( 1 ) 阳极 反应 过程 ： 钢筋表面处于活化状态 ， 阳极 区铁原子 进行 释放 电子的氧化 反应 。 Fe Fe +2e一 ( 2 ) 电子输送过程 ： 阳极区释放的电子通过钢筋向阴极区 传送。 ( 3 ) 阴极反应过程： 钢筋表面附近的电解质溶液中有足够 数量的氧化剂( 通常为氧气) ， 氧气与阳极区传来的电子发生还 原反应 ： 02+2H2 0 +4 e 一 _ 4 O H 一 ( 4 ) 锈蚀产物生成过程： 阴极区生成的 O H 通过混凝土孔 隙和钢筋与混凝土界面的空隙中的电解质扩散到阳极区， 与阳 极附近的 F e “反应生成 F e ( O H) ： ， F e ( O H) 被进一步氧化成 F e ( O H) ， F e ( O H) ， 脱水后变成疏松、 多孔的红锈 F e 0 ； 在氧 气较少的条件下由于 F e ( O H) 。氧化不完全， F e ( O H) ：部分就 形成黑锈 F e ， 0 4 ， 这就是为什么我们看到的铁锈有红色也有黑 色。 F e + 2 0 H _ + F e ( O H) 2 ) ； 4 F e ( O H) 2 +0 2 + 2 H 2 0 F e ( O H) 3 2 F e ( O H) 3 _ + F e 2 0 3 + 3 H 2 0； 6 F e ( O H) 2 +0 2 也F e 3 o 4 + 6 H 2 0 2 钢筋锈蚀因素 影响钢筋锈蚀的因素一直是研究的热点， p H值、 氯离子浓 度、 温度、 杂散电流、 孔隙水饱和度和混凝土碳化等因素都会对 钢筋锈蚀的速度产生影响。 ( 1 ) P H值。对于在混凝土中的钢筋， p H值大于 1 1 5时， 钢筋处于完全钝化状态 ， 锈蚀不会发生 ； p H值小于 91 0时， 钢筋完全脱钝， 锈蚀速度不再受p H值影响； 当p H值由 1 1 5逐 渐降至 9时， 钢筋钝化膜逐渐被破坏 ， 锈蚀速度逐渐增大。 ( 2 ) 氯离子浓度。当钢筋周围混凝土中氯离子浓度达到临 界浓度值时， 氯离子吸附在局部钝化膜处 ， 使得该处的p H值降 低 ， 从而使钢筋脱钝。目前， 关于氯离子使钢筋脱钝的理论认 识还不完全一致 ， 但， 多数人认为对于 C 1 一 引起的钢筋锈蚀 ， 开 始锈蚀的时间主要是由混凝土中的氯离子的“ 临界浓度” 决定。 氯离子在钢筋锈蚀过程中主要有三方面作用 ： 破坏钝化膜； 氯离子的阳极去极化作用； 氯离子导电作用。在海洋环境 下混凝土 中的钢筋主要就是受到氯离子 的侵蚀 。 ( 3 ) 温度。在4 0 以下时， 随着温度的增加钢筋的锈蚀率 增加 ， 但在 4 0 以上时 ， 反而会延 缓钢筋的锈蚀 。 ( 4 ) 其他因素。环境的湿度、 C O ：浓度 、 水灰比、 水泥品种 和用量 、 掺合料种类和掺量、 养护龄期等混凝土的碳化因素对 在钢筋混凝土中钢筋锈蚀影响非常大。 3 钢筋锈蚀研究现状 现有的钢筋锈蚀模型可分为理论模型和经验模型两类。 B a z a n t 根据钢筋锈蚀过程中物质质量守恒、 F i c k第一扩散 定律、 Ma x e l l 静电方程及化学反应速率方程建立了钢筋锈蚀理 论模型， 该模型考虑因素较全面， 但 ， 其中扩散系数的参数难 以 确定 ， 方程组求解有一定难度 ， 模型将最后 的锈蚀产物定为 F e ( O H) ， 结果较保守。肖从真以混凝土中氧气扩散， 法拉第定 律为基础建立了钢筋锈蚀理论模型， 并通过试验修正， 但是， 该 模型中氧气在混凝土中的扩散系数计算过程复杂， 且需要现场 实测数据， 实际应用较复杂。牛荻涛以法拉第定律为基础建立 了胀裂前钢筋锈蚀量的预测模型， 假设胀裂后氧气沿钢筋周边 扩散建立了胀裂后钢筋锈蚀量的预测模型。该模型对式中的 多数参数都提供了具体计算方法， 但建立模型时的假设条件还 有待验证， 部分影响钢筋锈蚀因素没有考虑 ， 在实际应用中还 需修 正。 1 5 0 内 蒙 古 水 利 2 0 1 1年第 1 期( 总第 1 3 1期) ( 摘要 文章结合达拉特电厂三期冷却塔地基处理方案， 对风积砂地基处理过程进行归纳总结， 供今 后设 计 工作借 鉴 。 关键词 冷却塔 ； 风积砂 ； 地基处理 ； 案例 中图分类号 ： T N 6 2 文章标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 90 0 8 8 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 1 5 0 0 2 l 概况 达拉特电厂三期 2 3 0 0 MW 湿冷发电机组工程 ， 设 2座 4 5 0 0 m 双 曲线型 自然通风冷却塔。冷却塔 由环板 型基础 、 人字柱 、 和塔 筒组成 ， 均为现浇钢筋混 凝土结构。塔筒为双曲线形壳体结构。冷却塔塔高 1 0 5 m， 塔底直径 9 0 8 m， 塔筒 由4 4对人字支柱支撑 ， 支柱下部固定在环板基础上 ， 环板基础宽度 5 2 r n ， 基 础埋深 3 5 m。 冷却塔 内部布置淋水装置构架 。淋水装置构架 由 压力进水沟、 中央竖井、 配水槽 、 配水管、 支撑淋水填料 和配水管的梁柱组成。柱基础作用在水池底板上 ， 水池 底板为整体式现浇钢筋混凝土 ， 底板底标高 一2 3 m。 2 工程地质 达拉特电厂场地地基土 6 O 4 0 m范围内均系第 四 系砂类土层。 自上而下分别为层 ， Q 风积砂 、 细砂 ； 层， Q 冲洪积粉、 细砂； 层， Q 湖积粉、 细砂及冲 洪积细、 中、 粗砂层； 其中层由【 2 1 】 、 【 2 2 】 、 【 2 3 】 、 【 2 4 】 4个亚层构成， 层由【 3 1 】 、 【 3 2 】 2 个 惠云玲通过试验考虑不同胀裂宽度下保护层厚度、 混凝土 强度、 钢筋直径、 钢筋位置、 钢筋种类及箍筋等参数的影响 ， 考 虑的因素较全面， 但个别参数不易确定 ， 模型只适应于锈胀裂 缝出现后的锈蚀量预测。邸小云通过试验和调查建立了钢筋 截面损失率与保护层厚度、 混凝土强度、 钢筋直径等参数之间 的模型 ， 并对养护条件、 水泥品种、 环境条件等修正， 但该模型 中修正系数由于混凝土锈蚀的复杂性不能给出精确值 ， 另外， 经验模式存在其本身的局限性 ： 缺乏足够的理论依据， 模型的 准确性取决于样本空间的大小。 综上所述， 由于混凝土是一个非常复杂的体系， 影响因素 很多， 因此， 对钢筋锈蚀的研究现在还没有一个 比较符合实际、 方便计算、 大家公认的公式得出， 还有待进一步研究。 参考文献 1 张誉， 蒋利学， 张伟平等 混凝土结构耐久性概论 M 上 2 3 ； a 海： 上海科 学技术 出版社 ， 2 0 0 3 中国工程院土木水利与建筑学部工程结构安全性与耐久 性研究咨询项 目组 混凝土结构耐久性设计与施工指南 M 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 4 洪乃丰 混凝土中的钢筋腐蚀与防护技术 一氯盐与钢筋 锈蚀破坏 J 工业建筑， 1 9 9 9 2 9 ( 1 O ) ： 6 06 3 ( 编校 ： 杨亚军) 收稿 日期 ： 2 0 1 01 2 2 6 作者简介： 刘志杰( 1 9 8 1 一) ， 男， 硕士研究生， 主要从事电 力工程设计研 究。