钢筋锈蚀对混凝土的影响

《钢筋锈蚀对混凝土的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢筋锈蚀对混凝土的影响（9页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

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 外的

2、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)” D$ P

3、& D- j2 o( K， _ V; X-DAMAGE OF STEEL CORROSION AND FAILURE EFFECT ON CONCRETE/ $ 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世界一些国家的腐蚀损失，平均可占国民经济

4、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，并制定法律法规，限制腐蚀破 坏的发生和挽回部分经

5、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。/ 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”排在影响混凝土耐久性因素的首位。而来自海洋环境和使用“防冰盐

6、”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要求；特别是沿海一带河砂已呈短缺现象，滥用海砂则

7、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“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

8、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钢筋腐蚀破坏的主要表征 （ T2 b U/ g$ 1 2 S, S

9、 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/ 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、

10、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

11、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”敏感的构件，更具重要性。3 N； J( v6 g Q） x6 B: m（3)钢筋断

12、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)

13、 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,应力腐蚀断裂与环境介质有关。- _； u) X# G( p1 Y- m” S， b（ s, b） g5

14、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！ 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

15、 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。7 i6 I7

16、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。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/ （

17、 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

18、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）。# 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，如日本那样严格而合理地开发利用海砂资源已提到

19、 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。! b# z. N/ o. V% V3 A+ P！ V3。3。3掺合料、外加剂1 Y% l7 K2 _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,考虑 其对混凝土作用的同时，必须考虑到对钢筋的影响。GW. e* J。 v1 d” Q5 r： Q我国混凝土外加剂种类繁多,特别是含氯盐的早强、防冻剂，已经给我国一批建筑物带来严 重的钢筋腐蚀危害（包括国家级重要建筑物).尽管已经有使用限制规定，但此类工程事故仍 时有发生。含硫酸盐的外加剂种类更多，硫酸盐也刺激钢筋腐蚀（不及氯盐明显）。国外研究 表明，许多外加剂在短期内能改善和提高混凝土的某些性能，但对其长期耐久性并无改善, 甚至明显降低其耐久性。在我国，通过不适当使用外加剂引发的问题，是影响钢筋腐蚀和混 凝土耐久性的一个重要方面. : R! g； l” T r