钢筋混凝土中钢筋腐蚀原理的研究

黎潇

【摘要】建筑行业的不断发展下，钢筋混凝土也在不断地改良，现如今，国内外的钢筋混凝土的强度都达到了比较先进的水平，然而很多建筑内钢筋混凝土中的钢筋腐蚀现象还是非常的容易发生，所以混凝土内钢筋的腐蚀的原理是当下需要研究的主要内容，混凝土结构耐久性的性能是对混凝土结构耐久性性能劣化进行定量评价的基础，本文主要是针对钢筋混凝土中钢筋腐蚀的的机理进行探究和总结。

【关键词】混凝土；钢筋腐蚀

一、钢筋混凝土耐久性退化原因

钢筋混凝土中经常会存在混凝土耐久性退化的现象的出现，出现这种现象的原因主要有两大类，分别是混凝土材料自身的腐蚀和钢筋腐蚀现象这两大类，其中钢筋腐蚀现象是影响混凝土结构耐久性的重要因素，也决定着钢筋混凝土的使用寿命。钢筋的腐蚀对整个建筑物的都产生着非常重大的影响，钢筋的腐蚀会导致钢筋混凝土构件承载力下降，会降低延性，从而影响到整个钢筋结构的安全，所以也就降低了钢筋混凝土的耐久性，严重的话钢筋的腐蚀还会导致整个结构的破坏。

二、混凝土中钢筋腐蚀的原理

钢筋腐蚀现象和其他很多的钢材腐蚀的现象一样，主要是由于化学变化引起的，引发刚进复试的化学变化主要是由于电化学反应，电化学反应的发生是在钢筋的表面的不同部位分别形成阳极和阴极，处于阳极部位的钢筋的表面处于一种活化状态，处于活化状态的钢筋表面可以自由的释放电子，而处于阴极表面的钢筋表面有足够的水和氧，刚进腐蚀电化学反应方程在阴极的的反应为：Fe→Fe2++2e，在阴极的反应为：H2O+ O2+2e→2（OH）-，阴极、阳极反应生成的铁离子和氢氧根离子结合生成氢氧化亚铁：Fe2++2（OH）-→Fe（ OH）2，其中氢氧化亚铁会与水中的氧作用可生成氢氧化铁，其发生反应的化学方程式是4Fe（OH）2+O2+2H2O→4Fe（OH）3。在钢筋电化学反应中所生成的物质就是我们平时俗称的铁锈，铁锈其实就是完全丧失钢材的原有力学性能的分离物质，这种物质会造成结构钢筋断面面积的减损，而且这种物质的体积能够占到铁本身的体积的2～6倍，而且在产生之后就会导致混凝土保护层开裂和剥落，这样能够使水分更加的容易进入，这样就会发生促使腐蚀加快发展的现象。

三、钢筋腐蚀的电化学监测技术

正如我们上文所说的混凝土中钢筋腐蚀是一个电化学反应的过程，而我们所进行的电化学测量其实就是反映其本质过程的一个非常有力的手段，这种方法在进行与分析法或物理法比较的时候，其发生的电化学反应有很多的优点，比如说测试速度比较快、灵敏度较高而且还有可连续跟踪和原位测量等优点，所以在钢筋腐蚀测试的时候电化学的检测方法就受到了很大的重视和对于其的发展给予了很大的支持。就目前的情况来说，在试验室中比较常用的电化学检测方法主要有：半电池电位法、线性极化法、电化学噪声法等，在这些方法当中半电池电位法和线性极化法应用最为广泛，但是两种方法当中，半电池电位法只能定性的判断钢筋腐蚀的腐蚀概率，而不能直接就得出钢筋的腐蚀速度；相反线性极化法是根据著名的Stern公式进行测量的一种测量钢筋腐蚀速度的方法，它有很多的优点，比如说半电池电位具有操作比较的简单，而且操作起来操作的速度也比较的快，而且还具有无损的特点，而且这种方法可以通过仪器在混凝土构件外部检测混凝土试样中钢筋的腐蚀状态和瞬时腐蚀速度。

虽然有很多的钢筋腐蚀的检测方法，但是在上述钢筋腐蚀的检测的方法当中，进行操作时都需要将外部的测量探頭或者进行参比电极放在混凝土的构件上，这样的操作方法对于测量部位较多的还有需要长时间监测的重要建筑来讲，是一种非常难以完成，操作量很大，其所需要的工作量是巨大的，而且这也这样的操作方法在操作的过程中的测量结果也很容易受到外界因素的干扰。所以我们应该研究如何将外部检测装置较为简便的埋入混凝土内部，并且能够使之适用长期监测对于这个问题需要我们进行研究，一个这样的简便的方法是进行混凝土内钢筋监测的关键。下面我将对于几种常用的方法进行简述。

1）第一种方法是半电池点位的监测方法，半电池电位方法是一种相对来说是比较成熟的方法，它有很多的优点，比如说简单和经济的特点。它测量混凝土内刚进的腐蚀电位的方法是通过采用半电池点位的方法，通过这个方法，判断混凝土内的钢筋的腐蚀的风险，但是测出的钢筋的腐蚀电位的值也不能够直接的就反应出钢筋的腐蚀速度。在利用半电池点位的方法进行钢筋腐蚀的监测的时候，会在钢筋的附近买入永久性的参比电极，然后再利用外接的高阻抗电压表读出钢筋的腐蚀点位。

2）第二种检测方法是埋入式参比电极研究。在进行利用电化学技术测量钢筋的腐蚀数据的时候，运用的电极的选择是非常的重要的，就目前的情况来说，常用的是外部参比电极是硫酸铜参比电极和氯化银电极，但是由于他们都是属于液体溶液，因此啊，在进行钢筋腐蚀在线检测技术发张的时候，首要任务就是能够研制出能够埋进混凝土内部的固体的参比电极，经过长期的监测可以得到二氧化锰的电极的稳定性比较好而石墨电极的稳定性比较差的这样的一个结论，并且混凝土试件中是否加入了氯离子，这一点对他们的影响非常的小。同时在检测的过程中，利用表面镀二绿化铱的钛棒作为了参比电极，对混凝土钢筋腐蚀的情况进行了监测。

3）第三种检测方法是线性极化监测技术。线性极化法是一种用公式Stern-Geary计算其腐蚀速度的电化学测试方法，在进行测试的时候，首先应该先测量混凝土内钢筋的极化电阻，然后再用公式进行其腐蚀速度的电化学方法的计算。这种方法在测量的时候可以直接获得混凝土内钢筋的腐蚀速度，比较的方便，但是有一点和和半电池电位方法不同，就是在进行测量的时候不仅仅需要参比电极，而且还要埋置一个性能相对稳定的辅助电极，只有这样才能够使这种方法准确的测量学胡钢筋的腐蚀的速度。而且线性极化方法测试的速度比半电池电位的测试方法慢，而且每测量一个数据都需要几分钟的等待时间。而且，一般情况下混凝土的结构中实际长度比较长的钢筋，在钢筋中受到的极化扰动的表面积很难准确的进行确定，而且阴阳极之间混凝土的电阻也很难直接的进行测量，所以在进行测试数据的精度上也有一定误差，位了解决这一个问题，我们所研究的的护环技术已在工程上有所应用。

4 钢筋腐蚀监测存在的问题

混凝土内钢筋的腐蚀速度的准确检测是结构的耐久性评估、可靠度计算、剩余寿命预测以及结构工程加固的前提。可以说对于结构来说非常的重要，但是目前的情况来说在混凝土的监测技术上还存在着很多的问题：

1）电化学多参数的综合判断技术还需要进一步的进行发展，其中半电池电位法、线性极化法、混凝土电阻法、交流阻抗法、宏电流技术等都可以对钢筋腐蚀作出判断，但是在进行判断的时候也都存在着判断结论不统一的情况。

（2）上文中所提到的埋入式监测装置需进一步研究。在进行长期监测的时候还需要在混凝土内设置一个监测探头，在进行钢筋腐蚀性测定的时候，如何能够保证元件的稳定性、如何提高监测结果的真实性，对于这个问题应进一步的进行研究。

参考文献

[1]耿春雷；徐永模；翁端；；混凝土中钢筋保护技术研究进展[J]；材料导报；2009年09期

[2]周富春；；三峡库区酸沉降引起的桥梁腐蚀效应[J]；重庆交通大学学报（自然科学版）；2007年05

[3]汪燃原；孔纲；卢锦堂；；混凝土中热浸镀锌钢筋的研究及应用[J]；电镀与涂饰；2009年10期