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)钢筋腐蚀危害与对混凝土的破坏作用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 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

2、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。编 者STEEL CORROSION AND PROTECTIVE TECHNOLOGY IN CONCRETE(1)DAMAGE OF STEEL CORROSION AND FAILURE EFFECT ON CONCRETEHong Naifeng (Central Research Institute of Building & Construction,MMIBeijing 10 0088)1钢筋锈蚀危害与经济损失世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

3、 关者可占40%（至今我国尚无确切统计数据）。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

4、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。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， 乂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

5、坏中占一定的比例 （本文暂不讨论）。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

6、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。“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）

7、，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。2钢筋腐蚀破坏的主要表征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。钢筋锈蚀破坏的主要破坏特征可归纳为：（1）混凝土顺钢筋开裂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

8、，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。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。

9、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 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。（2）“握裹力”下降与丧失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

10、对“握裹力”敏感的构件，更具重要 性。（3）钢筋断面损失混凝土中钢筋锈蚀，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 损失与构件承载能力之间的关系，尚待进一步研究。（4）钢筋应力腐蚀断裂处在应力状态下的

11、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。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 夕卜，应力腐蚀断裂与 环境介质有关。3混凝土质量与钢筋锈蚀应该指出，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。而工程质量乂取决于正确

12、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。3.1设计与规范我国相关设计规范，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

13、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。3.2施工质量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

14、免， 这就对钢筋保护不利；乂如，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。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。3.3原材料3.3.1水泥水泥水化的高碱度，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

15、越低越好”的看法，也是十分有害的。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）。海砂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，如日本那样严格而合理地开发利用海砂资源 已提到日程上来（据悉宁波地区已经发布文件，采取加钢筋阻锈剂等措施 后开放使用海砂）。总之，严格界定海砂的使用，是我国建设中面临的新 问题，意义重大。掺合料、外加剂各种掺合料（粉煤灰、矿渣等，用于改善水泥性能，降低成本），正在 大力发展中。凡是能提高混凝土密实性、增强对钢筋保护能力者，均有 利于结构物的耐久性；然而，一些掺合料能降低混凝土的碱度和碱储量， 这是不利于对钢筋的保护的，甚至可引起钢筋腐蚀（与掺合料的性质、掺 加量等有关）。这一点应该引起重视，在掺合料的研究和应用中