1 鋼筋的腐蝕機理

鋼筋的腐蝕過程是一個電化學反應過程。砼空隙的水分通常以飽和的氫氧化鈣溶液形式存在，其中還有一些氫氧化鈉和氫氧化鉀，pH值約為12.5。在這樣強性堿的環境中，鋼筋表面形成鈍化膜，它是水化氧化物(nFe2O2.mH2O)，阻止鋼筋進一步腐蝕。因此，施工質量良好、沒有裂縫的鋼筋砼結構，即使處在海洋環境中，鋼筋基本上也不發生腐蝕。但由于各種原因，當鋼筋表面的鈍化膜受到破壞，成為活化態時，鋼筋就容易腐蝕。氯離子侵蝕是氯鹽污染環境下鋼筋砼結構耐久性降低的一個主要原因，氯離子穿透性非常強，可穿過鈍化膜直接與Fe反應，形成FeCI2，使鋼筋表面形成腐蝕坑。如何提高砼結構抵抗氯離子侵蝕的能力是目前研究的一個熱點。本文對不同水灰比以及摻加粉煤灰、硅灰的砼的滲透性進行了實驗研究，為配置高抗氯離子侵蝕性能砼提供了實驗依據。呈活化態的鋼筋表面所進行的腐蝕反應的電化學機理是，當鋼筋表面有水分存在時，就發生鐵電離的陽極反應和溶解態氧還原的陰極反應，相互以等速度進行。其反應式如下：陽極反應：Fe-2e→Fe2 ;陰極反應：O2 2H2O 4e→4OH-;腐蝕過程的全反應是陽極反應和陰極反應的組合，在鋼筋表面析出氫氧化亞鐵，該化合物被溶解氧化后生成Fe(OH)2，并進一步生成nFe2O2·mH2O(紅銹)，一部分氧化不完全的變成Fe2O?4(紅銹)，在鋼筋表面形成銹層。紅銹體積可增大到原來的四倍，黑銹體積可增大到二倍。鐵銹體積膨脹，對周圍砼產生壓力，將使砼沿鋼筋方向開裂，進而使保護層成片脫落，而裂縫及保護層的剝落又進一步導致腐蝕。

2 受腐蝕鋼筋砼結構性能研究的現狀

(1)研究方法。目前，對受腐蝕鋼筋砼結構的研究方法主要是試驗研究和有限元分析。試驗研究中，腐蝕試件的模擬是通過試驗室試驗，包括快速腐蝕試驗(電化學腐蝕、加氯鹽腐蝕等)和鹽霧試驗。電化學快速腐蝕試驗通常是將試件浸入一定濃度的NaCI溶液中，用外部電源通以恒電源，砼的鋼筋做陽極，不銹鋼做陰極，通過控制電流密度的大小和通電時間來控制鋼筋的腐蝕量。在砼中摻和氯鹽的快速腐蝕試驗一般是在澆注砼試件時，在砼拌合物中加入一定比例的氯鹽(如CaCI2)，然后在自然條件下放置，或是施加一定大小的電流進行加速腐蝕。鹽霧室中的腐蝕試驗是用來模擬氯化物的砼試件中的滲透，一般將試件放置在一個密閉的鹽霧中，鹽霧室上部的四個角部各有一個噴霧口，鹽霧室中還可以進行干濕交替、溫度變化等。長期自然暴露試驗是將鋼筋砼試件放置在各種自然侵蝕環境，中，試驗的周期較長，但能夠較真實的反映實際情況。替換構件法是對長期處于腐蝕環境下的、實際工程中的鋼筋砼構件從工作現場拆下來，進行各種力學性能實驗。自然腐蝕的復雜條件需要在試驗室用簡單但具有代表性的方法模擬，如何在試驗室更好地模擬真實的腐蝕環境對構件的作用，在較短的時間內達到結構在一定時期后的腐蝕狀態，對試驗結果的可靠性非常重要。

(2)受腐蝕鋼筋砼構件的抗彎性能，鋼筋腐蝕通常會改變正常配筋砼梁的破壞類型，完好梁一般為彎曲破壞，而受腐蝕梁很多情況下為剪切破壞。受腐蝕梁在鋼筋屈服前，受力裂縫不明顯，裂縫高度很低，一旦出現高度較為明顯的受力裂縫，這時鋼筋已經屈服，構件即將破壞。有試驗表明，鋼筋腐蝕后，當壓區腐蝕縱向裂縫寬度大于2mm時，在鋼筋剛剛屈服的上部砼會出現被壓碎的現象，破壞形態處于超筋和適筋的界限破壞狀態。而當受拉鋼筋腐蝕量大到一定程度時，構件會由適筋梁變為少筋梁。不管是出現超筋梁的破壞還是少筋梁的破壞，結構的破壞形態都是從有預兆的塑性破壞變為無預兆的脆性破壞。

(3)受腐蝕鋼筋砼構件抗剪性能，由于砼構件中箍筋位于縱筋外邊，其保護層總是比縱筋小，因此一般箍筋首先腐蝕，其腐蝕程度往往比縱筋嚴重，特別是在箍筋與縱筋交接處，而箍筋不僅直接影響鋼筋砼構件的抗剪性能，而且受腐蝕的箍筋不能有效地約束砼，從而對構件的承載力有間接影響。

(4)受腐蝕鋼筋砼結構中鋼筋和砼的粘結性能，受腐蝕鋼筋砼構件性能劣化的一個主要原因就是粘結性能的退化。有些環境下鋼筋的腐蝕不是均勻腐蝕，而是局部腐蝕，對鋼筋與砼的粘結性能能影響更大。在模擬鋼筋表面局部腐蝕的拔出試驗中，極限粘結強度在鋼筋腐蝕達到某一個程度(試驗給出值是1%)之前有所增加，但隨著腐蝕進一步增加，極限粘結強度不斷降低直至為零。在模擬鋼筋表面相對均勻腐蝕的梁試驗中，極限粘結強度也在鋼筋腐蝕達到某一個程度(試驗給出值是0.5%)之前有所增加。而后隨著腐蝕量的增加而降低，但降低得非常緩慢。兩種試驗都顯示自由端的滑移值隨著縱向裂縫的開展而迅速增大，表明鋼筋約束突然喪失，標志著粘結破壞發生的臨界滑移量受鋼筋表面狀況和約束程度的極大影響。

(5)受腐蝕鋼筋砼結構在使用荷載作用下的性能，鋼筋松散構件實際上都是處于工作狀態，而構件在應力狀態下的腐蝕與沒有加載時有很大不同，其各方面的性能亦有很大改變。荷載對受腐蝕鋼筋砼構件的影響是多方面的，加載歷史和加載級別對腐蝕的發生和發展有明顯影響，并影響砼中鋼筋的腐蝕量，而腐蝕量反過來通過強度或剛度損失影響砼構件的適用性。預先加載和持續加載對腐蝕發生的影響相似，在同樣的暴露條件下，荷載水平的增加縮短了腐蝕發生的時間。較高的荷載水平下試件發生腐蝕較早，一般是由于加載載期間砼產生了裂縫。裂縫使水、氯離子等侵蝕介質易于滲透到鋼筋表須，加速了鋼筋發生腐蝕。

(6)受腐蝕鋼筋砼結構的動力性能，由于腐蝕使鋼筋的載面尺寸、表面狀況以及鋼筋和砼之間的粘結等均發生了變化，腐蝕對鋼筋砼結構動力性能(例如疲勞性能和抗震性能)的不利影響將為嚴重。而我國在腐蝕環境已服役多年的鋼筋砼結構也存在著抗震性能不斷降低的隱患。

3 關于侵蝕問題的處理措施

在砼表面涂料或孔隙阻塞劑只能涂刷位部防止水汽進入，但它不能阻止砼中已有的氯離子繼續侵蝕鋼筋，也不能阻止氯離子、水份和氧氣從未涂刷的部位(如反面和側面)、有裂縫的部位、或其它無法涂刷的部位(如橋梁和建筑物的接縫部位)滲入砼，破壞里邊的鋼筋。如果單純采用粘鋼或粘貼碳纖維布進行加固，而不采用阻銹劑對內部鋼筋銹蝕進行扼制，其內部鋼筋仍會銹蝕、膨脹，造成砼保護層與結構主體間產生空鼓剝離，粘貼在這層剝離層(砼保護層)上的碳維或鋼板對原結構是起不到有效加固作用的。目前有公司針對這一情況開發了新一代的表面滲透型鋼板對原結構是起不到效加固作用的。目前有公司針對這一情況開發了新一代的表面滲透型鋼筋砼阻銹劑，使用時，只需將其涂刷在砼夫面，該阻銹劑便可自動滲入砼中高達70mm以上，并吸附到鋼筋表面形成一層保護膜。該種阻銹劑滲入砼中的原理與鋼筋生銹的原理一致，它以液態(像水一樣)、氣態(像氧氣一樣)、離子態(像氯離子一樣)涌入砼中，所有能產生銹蝕的地方，該產品便右達到，同時由于它對鋼筋具有比氯離子更強的吸附力，因此它可將鋼筋表面的氯離子置換出來，在鋼筋表面形成比較牢固的保護膜，從而防止鋼筋進一步銹蝕。

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