钢筋锈蚀对混凝土的影响

1、.混凝土中钢筋腐蚀与防护技术(1)& d4 o3 t2 i/ z2 l/ d/ qi钢筋腐蚀危害与对混凝土的破坏作用4 w/ r3 i5 x: x* |: i) c$ f/ o7 ; r8 lg/ u1 k) o; w2 q% a6 ) p5 q: x+ g: u3 j bp; o/ e混凝土中钢筋锈蚀已成为世界关注的大问题，被认为是当今影响 混凝 土结构耐久性的首要原因。钢筋锈蚀已经或正在给国民经济带来巨大经济损失。基于此，美 国总结正反两个方面的经验教训，提出了“立足前期措施，着眼长远效益”，并强行实施基 建工程管理中的“全寿命经济分析法”(lcca)。目前，我国正处于基本建设*时期，国内

2、 外的经验教训应认真吸取，这已不是单纯技术问题。本讲座结合大量国内外新近资料与工程实例，以知识性和使用性为主分5讲系 统介绍了钢筋腐蚀危害及对混凝土的破坏作用、钢筋锈蚀的电化学过程及混凝土对钢筋的保 护、氯盐对钢筋的腐蚀、中性化的影响、钢筋防腐蚀技术、钢筋锈蚀的检测与判定技术等， 供业内人士参考。6 w/ l; k* : y9 c0 / p7 3 vf. h, z; j% h! b& m编者4 x* d, k7 ( o b. i) 7 / o% % j0 u7 p# y( i/ _steel corrosion and protective technology in concrete(1)

3、d$ p& d- j2 o( k, _* v; xdamage of steel corrosion and failure effect on concrete精品./ $ w% q# m w( l* |+ |j, v$ o3 m! mhongnaifeng. c. p$ % h# i7 k/ b! m4 u(central research institute of building & construction,mmibeijing10 0088)% m: s( p$ z+ u2 |3 j: c* i. ) v2 o* e1钢筋锈蚀危害与经济损失: rw, * y8 n z0 j# w世

4、界一些国家的腐蚀损失，平均可占国民经济总产值的2%4%；其中，被认为与钢筋腐蚀有 关者可占40%(至今我国尚无确切统计数据)。2 v- r e7 x 8 ! e# q美国1984年报道，仅就桥梁而言，57.5万座钢筋混凝土桥，一半以上出现钢筋腐蚀破坏，4 0%承载力不足和必须修复与加固处理，当年的修复费为54亿美元；1998年报道钢筋混凝土腐 蚀 破坏的修复费，一年要2?500亿美元，其中桥梁修复费为1?550亿美元(是这些桥 初建费用的4倍 )；还有报道说，到本世纪末，美国要花4?000亿美元用于修复和重建钢筋腐蚀破坏的 工程。 如此巨大的经济投入，引起美国朝野人士的震惊与高度重视，并制定法

5、律法规，限制腐蚀破 坏的发生和挽回部分经济损失。加拿大早期大量使用“防冰盐”，使钢筋混凝土桥梁等破坏 严重。欧洲、英国、澳大利亚、海 湾国家等，都有以氯盐为主的钢筋腐蚀破坏问题(英国修复费为每年50亿英镑)。韩国曾发生 一系列建筑物破坏、倒塌事件，其中也与“盐害”有关。我国台湾重修澎湖大桥和不断发生 的“海砂屋”事件，也是氯盐腐蚀钢筋所造成的。精品./ y6 q( n- z* b j8 n& n! t. h混凝土耐久性已是当今世界的重大问题，在第二届国际混凝土耐久性会议上，梅塔教授指出 ：“当今世界混凝土破坏原因，按递减顺序是：钢筋锈蚀、冻害、物理化学作用”。他明确 将“钢筋锈蚀”排在影响混凝

6、土耐久性因素的首位。而来自海洋环境和使用“防冰盐”中 的氯盐，又是造成钢筋锈蚀的主要原因。当然，混凝土中性化、冻融等也促进钢筋腐蚀破坏 。此外，“碱集料反应”也在钢筋混凝土破坏中占一定的比例(本文暂不讨论)。2 x, b) c b$ . v我国海港码头不能耐久，北方使用化冰盐，桥梁道路遭破坏。以北京立交桥为例，仅使用19 年的西直门立交桥(已重修)，钢筋锈蚀破坏十分明显与严重。我国存在着广泛的腐蚀环境， 北方地区使用化冰盐有增无减，而桥梁道路却未采取应有的防护措施(甚至“规范”中无防 盐腐蚀要求)；我国海岸线很长，而大规模的基本建设大都集中于沿海地区，以往的海港码 头等工程，多数达不到设计寿命

7、要求；特别是沿海一带河砂已呈短缺现象，滥用海砂则其害 无 穷；我国还有广泛的盐碱地(石油基地)，其腐蚀条件更为苛刻；特别应该指出的是，我国工 业 环境中的建筑物，其钢筋锈蚀破坏十分普遍与严重，有调查报告表明，大多数工业建筑达 不 到设计寿命的年限，目前正在进入大规模修复的时期。因此，我国钢筋锈蚀破坏的形势是严 峻的。4 d: i, _$ l8 af8 2 e精品.“立足前期措施、着眼长远效益”，这是美国经过正反两个方面的经验教训所得出的可贵结 论。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

8、出经济预算和比较 ，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。“全寿命经济分析法”中曾有以下例举：工程处在氯盐腐蚀环境中，钢 筋混凝土结构物设计寿命为40年，前期实施措施(采用钢筋阻锈剂)，附加费用为0.85美 元/m2(混凝土面板)；若前期无措施，则1520年开始修复，40年内累积费用为4.8美元/ m2(5倍于前者)。可见，推行“全寿命经济分析法”和倡导工程前期(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，其重大意义和长远经济效益是不可低估的。7 % 5 w; , b# f, i: o$ a k x$ e! m2钢筋腐

9、蚀破坏的主要表征 ( t2 b& u/ g$ 1 2 s, s p混凝土中的钢筋一旦具备了腐蚀条件，锈蚀便会发生和发展。钢筋锈蚀是一个电化学过程， 由铁变成氧化铁，其体积发生膨胀，根据最终产物的不同，可膨胀27倍。( q; w e s. h: u6 钢筋锈蚀破坏的主要破坏特征可归纳为： n) _3 u$ n3 w(1)混凝土顺钢筋开裂* s# w0 w/ e2 w/ 精品.混凝土具有较好的抗压性能，但其抗折、抗裂性差，尤其钢筋表面混凝土缺乏足够的厚度时 ，钢筋锈蚀产物体积发生膨胀，足以使钢筋表面发生混凝土顺钢筋开裂。大量试验研究和工 程实践表明，钢筋表面锈层厚度很薄时(如2040m)，便可导致

10、混凝土顺钢筋开裂。换言 之，钢筋锈蚀导致混凝土开裂是容易发生的。设计、施工、使用、管理及维护人员，认识到 这一点十分重要。欲使混凝土不发生顺钢筋开裂，提高结构物的耐久性，其着眼点就是要最 大限度地阻止钢筋生锈，而不应立足于锈蚀发生后再采取补救措施。+ a! v9 p- ?# r1 w混凝土一旦发生顺钢筋开裂，腐蚀介质更容易到达钢筋表面，钢筋锈蚀的速度将会大大加快 。研究和工程实践表明，这时钢筋锈蚀的速度，有可能快于裸露于大气中的钢筋。这是由于 裂缝处更易促成电化学腐蚀的发生和发展。由此引出两个重要观念：一是要阻止钢筋生锈， 二是钢筋锈蚀一旦发生或初见混凝土顺钢筋开裂时，就立即采取防护措施。这是

11、被提高了的 新认识，对于防钢筋锈蚀破坏、提高结构物的耐久性具有重要指导意义，更具有巨大经济价 值。7 n6 * n$ x8 m9 d. f(2)“握裹力”下降与丧失$ y; j9 v9 y+ m; _, j8 g5 g% fg初见混凝土发生顺钢筋开裂时，结构物物理力学性能、承载能力等，可能还没有发生明显变 化(这是人们不重视初始顺钢筋开裂的重要原因之一)。然而，随着裂缝的不断加宽，混凝土与钢筋之间的粘结力(握裹力)也随之下降(下降速度取决于钢筋锈蚀速度)，滑移增大 ，构件变形。 当“握裹力”丧失到一定限度时，局部或整体失效便会发生。这时的钢筋锈蚀程度也并不一 定十分严重。那些对“握裹力”敏感的

12、构件，更具重要性。精品.3 n; j( v6 g$ q) x6 b: m(3)钢筋断面损失* r; f! ) ; o0 . ?) m% o混凝土中钢筋锈蚀，一般分为局部腐蚀(如坑蚀)和全面腐蚀(均匀腐蚀)，常常是局部腐蚀为 主而造成钢筋断面损失，其损失率达到极限时，构件便会发生破坏。应该说明的是，从钢筋 锈蚀、混凝土顺钢筋开裂到构件破坏，是一个复杂的演变过程，不仅取决于钢筋锈蚀的发展 速度，也取决于构件的承载能力及钢筋的受力状态等。故有时钢筋锈蚀并不十分严重，构件 就破坏了，而有时钢筋出现明显的断面损失，构件却还在支撑着(有些人认为“钢筋锈蚀无 大妨害”就是依此为证)。对于钢筋断面损失与构件承

13、载能力之间的关系，尚待进一步研究 。/ g- u6 v5 k; |(4)钢筋应力腐蚀断裂) d$ f8 |/ j% _! k处在应力状态下的钢筋(包括预应力)，在遭受腐蚀时有可能发生突然断裂。世界上曾发生过 此类事故，如钢筋混凝土桥梁突然倒塌，建筑物突然断裂等。柏林议会大厦屋顶突然塌 落，即与钢筋应力腐蚀断裂有关。! m: * 9 ) c* j1 i1 x应力腐蚀断裂可在钢筋未见明显锈蚀的情况下发生，断裂时钢筋属于脆断。这 是“腐蚀”与“应力”相互促进的结果：应力可使钢筋表面产生微裂纹、腐蚀沿裂纹深入、 应力再促裂纹开展。如此周而复始，直到突然断裂。这是一种危险的形式，应引起重视。此 外，应力

14、腐蚀断裂与环境介质有关。精品.- _; u) x# g( p1 y- m s, b( s, b) g5 n7 e4 l, y3混凝土质量与钢筋锈蚀. u_# c e1 h$ h应该指出，钢筋混凝土过早破坏(或称耐久性不足)多半是综合因素造成的，在任何情况下工 程质量都是首要的。而工程质量又取决于正确设计、良好施工、精心管理与维护等。在腐蚀 环境中，不采取防护措施或措施不当，更是导致钢筋腐蚀破坏过早出现的原因。而混凝土工 程质量不佳，则防护措施也难以奏效。钢筋首先是受混凝土保护的，因此，混凝土质量对防 止钢筋腐蚀是至关重要的。, o$ a1 m# w% |0 a, _3.1设计与规范7 v7 n

15、! j+ t2 # r g$ t我国相关设计规范，多以混凝土“抗压强度”为主要甚至唯一标准，而混凝土对钢筋的保护 能力，主要取决于“密实性”和钢筋表面混凝土层的厚度。实践中“抗压强度”与“密实性 ”并不是同步关系，在一定条件下，甚至“超强设计”也未必能实现对钢筋的良好保护。新 近修订的相关设计规范中，已引入“耐久性设计”的观念(与国际接轨)，这是提高混凝土对 钢筋保护能力的重要方面。设计者除了强化“耐久性设计”的观念外，还要根据结构所处的 腐蚀环境的严酷程度，采取相应的防钢筋锈蚀的技术措施，才可实现结构耐久的目的。以往 ，人们对于钢筋锈蚀危害及混凝土耐久性认识不足、相关规范的欠完善和“修标”滞

16、后，在 一定条件下没有采取相应的防钢筋锈蚀的技术措施等，是造成已有结构物过早出现钢筋锈蚀 的原因之一。精品.7 i6 i7 8 g b: t3 c1 u3.2施工质量u$ a( % q0 ? u7 e6 w8 ?钢筋混凝土工程施工质量的重要性是不言而喻的，已有工程的实践表明，钢筋过早的出现腐 蚀破坏，大多与混凝土质量欠佳有关。工程施工质量与众多人为因素密不可分(这里暂不讨 论)也有一些技术问题没有得到很好的解决。如微裂纹与宏观缺陷，似在施工过程中是很难 完全避免，这就对钢筋保护不利；又如，目前特别强调建设速度，设法使混凝土“早强”， 其结果使“密实性”得不到保证，长期强度与耐久性受到不良影响。

17、总之，施工质量对于保 护钢筋、保证结构物的耐久性，在任何情况下都起着关键作用。* z9 d5 w8 k6 g3.3原材料/ ( v: w9 p8 c5 - w c3.3.1水泥 h$ u0 s1 ; t( j6 q ng8 t水泥水化的高碱度，使钢筋表面形成钝化膜，这是混凝土之所以能保护钢筋的主要依据与基 本条件。任何削弱或丧失这个条件的因素，都将促进钢筋锈蚀、影响混凝土的耐久性。混凝 土的高碱度，主要来源于水泥水化产物中的氢氧化钙和少量氢氧化钠、氢氧化钾(ph12.6 )。钾、钠离子含量高时，能刺激“碱集料反应”，因此，限制其含量十分必要。然而，认 为“水泥碱度越低越好”的看法，也是十分有害

18、的。在为避免“碱集料反应”而寻求“低碱 度水泥”的同时，切莫忘记，长期保持混凝土的高碱度(至少ph11.5)，是钢筋得到保护 的起码条件，也是保证混凝土耐久性的关键问题之一。碱度过低的水泥，对于钢筋混凝土应 限制使用，或使用时同时采取防腐蚀技术措施(如用耐腐蚀钢筋、涂层钢筋、掺钢筋阻锈剂 等)。精品.# l9 n; v6 v x0 s9 a3.3.2海砂, g( v: x( y/ w. z7 ( ! q由于海砂含有不等量的氯离子，能够刺激钢筋锈蚀，我国相关规范不推荐或严格限制使 用海砂。这是完全必要的，国内外滥用海砂造成的危害不乏实例。从另一个角度讲，海砂也 是可利用资源，日本即是成功开发利用海砂的国家之一，主要是同时采取防氯离子腐蚀的技 术措施(如掺加钢筋阻锈剂等)。在我国，如日