钢筋锈蚀的机理

1、.钢筋的腐蚀机理1人头马钢筋腐蚀对钢筋混凝土结构和钢筋混凝土结构的耐久性和安全性有很大影响。由于碳化、氯离子侵蚀等多种因素的作用，钢筋最初在碱性介质中生成的钝化膜被破坏，逐渐失去了保护效果，钢筋腐蚀，钢筋锈蚀的体积比腐蚀的金属大34倍，混凝土保护层沿钢筋纵向开裂，出现裂缝，钢筋腐蚀速度大大加快，结构构件的支撑力和可靠性明显下降，部分发展为钢筋锈蚀破坏，危及结构安全。有文献称，钢筋腐蚀导致钢筋混凝土结构的早期破坏成为世界各国关注的主要问题。1975年美国标准局的调查显示，钢筋对混凝土的腐蚀占美国各种腐蚀的40%。日本新干线不到10年就渡边杏了，由于钢筋的腐蚀，混凝土裂缝和侵蚀广泛发生。我国几十年

2、来大量采用钢筋混凝土结构，影响了恶劣环境条件的腐蚀效果，特别是20世纪50年代和60年代，混凝土中必须添加过多氯盐的结构，耐久性破坏现象严重。长期以来，人们发现混凝土结构复杂、恶劣的环境下会出现不衰老的现象，特别是连续的工程事故，学界在血的教训面前深刻认识到了研究和提高混凝土耐久性的现实意义。笔者分析了钢筋的腐蚀机理、影响因素、腐蚀过程、锈蚀后钢筋混凝土的力学性能及粘结特性，提出了钢筋腐蚀应采取的预防措施，提高混凝土耐久性和结构的安全性，减少耐久性破坏带来的损失将是一个具有重大实际社会经济效益的研究课题。2钢筋腐蚀分析2.1混凝土中钢筋腐蚀机理的研究2.1.1钢筋腐蚀过程电化学反应过程混凝土空

3、心的水分通常以饱和氢氧化钙的溶液形式存在，还包括一些氢氧化钠和氢氧化钙，pH值为12.5。在这样强碱性的环境下，防止钢筋进一步腐蚀的210-9-610-9m厚度水合氧化物(nFe3O3mH2O)的钢筋表面形成钝化膜。因此，工程质量好、没有裂缝的钢筋混凝土结构，在海洋环境中，钢筋基本上不会腐蚀。但是钢筋表面的钝化膜受损，一旦激活，钢筋就容易腐蚀。活化状态下钢筋表面发生的腐蚀反应的电化学机制是对铁离子化的阳极反应和对液氧溶解还原的阴极反应，以徐璐相同的速度进行，其反应如下：阳极反应2Fe-4e-2Fe2阴极反应O2 H2O 4e- 4oh-腐蚀过程的整体反应是阳极反应和阴极反应的组合，在钢筋表面析

4、出氢氧化铁，其反应式如下2fe O2 H2O 2fe 2 4oh- 2fe (oh2)4 Fe (oh2) O2 H2O 4 Fe (oh) 3该化合物一旦氧化溶解，就会产生氧化铁Fe(OH)3，进一步产生nFe3O3mH2O(红锈)，部分氧化成为不完全的Fe3 O4(黑锈)，在钢筋表面形成一层锈。红色熔化的体积可以大到原来体积的4倍，黑色熔化的体积可以大到原来的2台。随着铁锈体积的膨胀，周围混凝土受到压力，混凝土向钢筋方向开裂(一般称为“腱裂”、“铁锈后裂”)，保护层掉落成碎片，由于裂缝和保护层的剥离，钢筋受到了更严重的腐蚀。2.1.2钢筋在裂纹状态下的腐蚀结构发生横向裂纹时，根据电化学腐蚀

5、机制，开裂的钢筋主要表现为通过未开裂区域混凝土传递到阴极的氧阴极。根据电化学作用原理，钢筋的腐蚀必须具备四个条件。(1)钢筋表面必须有电位差。(2)阴极和阳极之间必须有介质连接。(3)在阳极金属表面应激活。(4)在阴极上，钢筋表面必须有足够的氧气和水分。对于开裂的钢筋，一般大气条件下具备条件(1)、(2)；从客观的角度来看，裂缝是两极的，混凝土没有裂缝的地方是阴极的，裂缝的地方是钢筋暴露在空气中，钢筋失去了混凝土的钝化而被激活，因此也具备了条件(3)。关于条件(4)，氧的扩散速度越大，钢筋腐蚀速度越快，腐蚀速度取决于混凝土的密度和保护层厚度，混凝土密度越低，腐蚀速度越快。2.2影响钢筋腐蚀的主

6、要因素影响混凝土中钢筋腐蚀的因素包括混凝土的密度、混凝土保护层厚度、混凝土碳化、环境湿度、氯离子侵入等。在这些因素中，混凝土保护层的碳化及氯离子侵入是钢筋腐蚀的主要原因。2.2.1混凝土密度低或有裂缝混凝土密度低、水泥不合适、振动差、混凝土浇筑中发生露根、蜂窝、大麻面时，钢筋腐蚀加速等，往往是钢筋腐蚀的重要原因。调查结果表明，混凝土的碳化深度与混凝土密度有很大关系。密度好的混凝土碳化深度仅限于表面。密度低的混凝土碳化深度大。2.2.2混凝土碳化、侵蚀气体和介质侵入碳化是介质与混凝土相互作用的一种非常广泛的形式，最典型的例子是空气中的CO2渗透，与气孔中的Ca(OH)2反应，产生降低pH值的Ca

7、CO3。PH值为11.5时，钝化膜开始变得不稳定。当PH下降到大约9时，钢筋表面的钝化膜被破坏，钢筋开始腐蚀。根据理论分析和实验分析，大气环境下混凝土碳化深度和时间的关系如下。类型，碳化深度；DkCO2扩散系数；C混凝土表面浓度；B单位大体积混凝土碳化所需的CO2量；K混凝土碳化系数与结构所在的自然环境和使用环境、水泥品种、结构混凝土质量以及混凝土的初始硬化条件有关。T混凝土暴露时间(年)。2.2.3与环境湿度密切相关混凝土的碳化及钢筋腐蚀与环境湿度有直接关系。在潮湿的环境中，空气的相对湿度接近100%，混凝土孔隙中充满水分，防止空气中的氧气扩散到钢筋表面，二氧化碳也难以渗透，因此钢筋很难腐蚀

8、。相对湿度低于60%，钢筋表面难以形成水膜，钢筋几乎不生锈，碳化也难以深层化。空气的相对湿度约为80%时有利于碳化，混凝土的钢筋腐蚀快速发展。环境内湿度经常随气候和生产情况而变化，因此混凝土会随着气候或生产环境的变化而碳酸化，钢筋会腐蚀。2.2.4混凝土中C1含量对钢筋腐蚀的影响另一方面，可能是与C1-混凝土组合物(水泥、沙子、石头、外加剂)一起进来的。为了提高冬季施工、混凝土的抗冻性，混合了氯盐、海砂混合混凝土等。另一方面，C1-是被海水侵蚀的海岸混凝土结构，冬季在混凝土路面上撒生理盐水防止路面结冰，用氯消毒游泳池等混凝土凝固后通过外部气孔渗透。混凝土构件长期处于这种环境中时，氯离子通过混凝

9、土内部的气孔，与水一起流入混凝土内部，最终接触钢筋并开始积累。氯离子达到临界浓度后，在足够的氧气和水分条件下发生腐蚀(氯离子临界浓度与力筋周围混凝土的碱度有关，碱度越高，氯离子临界浓度值越大，氯离子和羟基离子的浓度比例越大，氯离子临界浓度就越常见)。主要反应式如下，反应最终产物氧化铁Fe(OH)3熔化。Fe fe2eFe2 2Cl2- 4H2OFeCl2？4H2OFeCl2？4h2o 2fe (oh) 2 2c L2-2h 2 H2O4Fe(OH) 2 O2 2H2O4Fe(OH) 32.3钢筋的腐蚀过程在时间上，钢筋腐蚀引起的混凝土破坏过程可以通过下图所示的不同阶段来表示，具体内容如下：(1

10、)t0段：碳化前沿到达钢筋表面，侵蚀介质在混凝土和钢筋接口中达到阈值，但钢筋钝化膜没有损坏。这一阶段主要是腐蚀介质在混凝土中的扩散和在混凝土和钢筋界面中的积累。(2)t1段：腐蚀介质在局部区域内局部腐蚀超过阈值，腐蚀产物积累导致混凝土局部开裂的阶段，被钢筋表面的钝化膜局部损伤，混凝土局部开裂的时间。(3)t2段：钢筋的大面积腐蚀、混凝土大面积裂缝、钢筋的腐蚀速度加快，使钢筋接口减少到低于安全允许的可靠性指标的程度。(4)t3段：无法安全使用元件，需要加强服务。钢筋腐蚀损伤的几个阶段因此，可以认为t0段是真正的结构安全使用期限，最保守的寿命预测应该是t0段的预测。目前，许多研究人员致力于T2段或

11、T3段的预测，但由于混凝土和实际环境的复杂性以及数据和模型的不足，预测经常遇到很多困难。更重要的是，当结构在T3段时，必须尽快实施加固维修计划，允许破坏渡边杏。2.4钢筋腐蚀对结构应力的影响在钢筋混凝土结构内，钢筋受周围混凝土的保护，一般不会腐蚀。但是，如果保护层被破坏或保护层厚度不足，则钢筋在特定条件下腐蚀，钢筋腐蚀会引起对结构影响的变化，如下表所示。截面损失率对结构应力的影响参考表一般来说，由于钢筋和混凝土连接面的钢筋锈胀力，混凝土发生了筋，混凝土保护层脱落，减少了构件截面的有效面积，更重要的是钢筋和混凝土之间的粘结性能下降。与此同时，钢筋随着生锈，剖面面积减少，顾问减少，机械特性下降，结

12、构或构件多种程度的损坏。混凝土的钢筋腐蚀会降低构件的承载力，从而降低结构的性能。2.5钢筋腐蚀对混凝土粘结性能的影响钢筋和混凝土之间形成的铁锈层削弱了变形钢筋和混凝土的粘结作用。锈胀引起混凝土开裂，减少混凝土对钢筋的约束作用。钢筋的变形肋上被腐蚀变形的钢筋和混凝土之间的机械咬合效果消失了。(1)混凝土中钢筋腐蚀的产物是钢筋与混凝土之间形成松散的分隔层，大大改变钢筋与混凝土之间的接触面积，减少钢筋与混凝土之间的粘结作用的结构松散氧化物。(2)钢筋的腐蚀产物比腐蚀前钢的体积大，因此对于钢筋周围凝固钢筋的腐蚀破坏的各个阶段。因此，可以认为t0段是真正的结构安全使用期限，最保守的寿命预测应该是t0段的

13、预测。目前，许多研究人员致力于T2段或T3段的预测，但由于混凝土和实际环境的复杂性以及数据和模型的不足，预测经常遇到很多困难。更重要的是，当结构在T3段时，必须尽快实施加固维修计划，允许破坏渡边杏。2.4钢筋腐蚀对结构应力的影响在钢筋混凝土结构内，钢筋受周围混凝土的保护，一般不会腐蚀。但是，如果保护层被破坏或保护层厚度不足，则钢筋在特定条件下腐蚀，钢筋腐蚀会引起对结构影响的变化，如下表所示。截面损失率对结构应力的影响参考表一般来说，由于钢筋和混凝土连接面的钢筋锈胀力，混凝土发生了筋，混凝土保护层脱落，减少了构件截面的有效面积，更重要的是钢筋和混凝土之间的粘结性能下降。与此同时，钢筋随着生锈，剖面面积减少，顾问减少，机械特性下降，结构或构件多种程度的损坏。混凝土的钢筋腐蚀会降低构件的承载力，从而降低结构的性能。