钢筋混凝土中钢筋腐蚀原理的研究

窦超

摘要：目前钢筋混凝土是各类建设工程中最常见的建筑主体结构，其在使用中结合了两种材料的使用优点，使工程整体结构更加稳定。目前在此种结构中最常见的问题就是钢筋的腐蚀，而造成其腐蚀的因素较多且原理各不相同，以下则以此角度来探索其腐蚀的原理，并结合钢筋混凝土的使用环境、情况、用途等方面提出具体可采用的防范措施，从而延长整个钢混结构的使用寿命及使用的安全性、稳定性。

关键词：钢筋混凝土 钢筋腐蚀 原理

根据钢筋砼的配比及实际结构来看，其主要是通过将钢筋以网、板、纤维的形式融入砼中来提高砼的整体强度，从而改善结构原有的力学性质，由于两种材料在实际中膨胀系数之间相差不大，因此可以制成两种材料联合使用的混合物。同时钢筋与砼之间的粘合力决定了整个结构的稳固性，但是在钢筋发生腐蚀情况时其内部粘合力会下降，致使其出现开裂等现象，严重时还会导致结构出现变形的情况。

一、基本概况

混凝土作为一种胶凝材料在使用中通常呈碱性，其与钢筋混用的时候会在钢筋外部形成一层保护膜，在相对温度、湿度、气体结构都处于恒定时，钢筋砼结构的使用较为稳定。但是现今气候环境较为复杂，再加上混凝土其结构特质就属于多孔类材料，因此在使用中外部的各类物质可能会穿过这些孔隙与钢筋发生反应，从而影响钢筋砼结构的应力性质，在腐蚀部位出现局部变形，并且钢筋腐蚀反应的范围会在时间作用下不断扩大推移，致使建筑物主体结构出现变形、开裂的情况。目前在钢筋发生腐蚀情况的主要影响因素有H2O、CL-、SO42-等，以下通过电化学反应、化学反應等方式探讨钢筋砼中钢筋的腐蚀原理。

二、钢筋混凝土中钢筋的腐蚀问题解析

（一）对于氯盐在混凝土中的作用

为了保证钢筋混凝土的使用效果，在进行混凝土的配制时会在其中添加一定量的氯化钙进行防冻及早强，从而使砼快速的提高强度。而在制作钢筋砼的结构体时，氯化钙与钢筋会产生一定的接触，氯的离子式为CL-，属于阴离子，其会与钢筋产生电解从而使钢筋中的铁出现氧化还原反应，此时的电化学反应为原电池反应，同时需要注意的是此时钢筋表面阳性电子必须属于活性电子且氯化钙分解成氯离子及钙离子才会产生反应。由于氯盐属于早强剂，因此其在使用中会加快砼的干缩速度，从而产生裂缝，扩大钢筋与空气及水分接触的面积。

（二）不密实或存在裂缝给混凝土带来的影响

在砼的配制过程中最重要的一项就是其水灰比的确定，水灰比直接影响砼后续使用效果，若是在密度的确定及捣实的过程中操作不到位将会使砼体出现裂缝漏筋的情况，而空气中的水分或是具有腐蚀性的物质会与钢筋直接进行接触，造成氧化铁保护层受到破坏，露出筋体，致使钢筋腐蚀。

（三）“碳化”过程给混凝土带来的损伤

在“碳化”的过程中其主要是由H2O2与砼中的碱产生化学反应，从而使混凝土结构的PH值不断的下降，在PH值下降到11以下后碱的活性会提高，因此会加速与H2O2的反应，形成酸性物质，并且在混凝土的空隙中其碳酸物质的形成会加速钢筋腐蚀情况，长时间作用下形成恶性的“碳化”循环，其可以称为碳酸化反应。

三、钢筋混凝土中钢筋的腐蚀原理

（一）电化学腐蚀

在钢筋的表面上排列着极多的原电池，而电化学腐蚀的发生主要是带有阴极的分子或是离子与钢筋表面的阳极原电池接触，产生电子流动情况，其在表面的反应带走了钢筋中的Fe，出现锈蚀情况。同时在发生反应的过程中，钢筋表面的电子必定处于一种较为活跃的状态从而可以与阴极产生电化学作用。

根据钢筋砼使用特点来看，若是其发生反应需要有两种条件，氧气及水，具体为在共轭阴极的作用下出现氧化还原反应而造成钢筋出现腐蚀溶解。因此可以得出在湿度及气温较高的条件下更易发生电化学腐蚀反应。

（二）化学腐蚀

根据钢筋的分子结构可以看出在实际使用中其与受酸、碱、盐发生反应，但是由于钢筋会在混凝土碱性特质的作用下形成特殊的保护膜，起到保护的作用，因此碱在砼中与钢筋发生反应的程度较小，可以忽略不计，最主要的化学腐蚀因素为酸与盐所造成的。

（三）应力腐蚀

钢筋的电化学腐蚀以及应力复合作用的结构就称为应力腐蚀。影响钢筋的应力腐蚀的主要因素包括：钢筋的应力水平、腐蚀介质、钢筋的材料情况。由于钢筋受到化学腐蚀等原因，造成了钢筋表面形成大小不一，分布分散的腐蚀坑，这些腐蚀坑会在钢筋受到拉力时引起应力分布不均匀，导致应力集中而引起钢筋的早期断裂。

四、防范措施

（一）常规的做法

首先，需要精准的制定砼的水灰比，并做好捣实工作，尽量减少混凝土结构中存在的孔隙，减少外界介质与钢筋接触的渠道；其次，为避免氯离子破坏钢筋的氧化铁保护层尽量减少含有氯离子早强剂的使用；最后，为了增强钢筋砼结构的稳固性可在其外部涂一层具有防腐性质的保护层，从而使钢筋砼结构表面可以形成密封性的涂层，从而避免H2O2与碱之间的反应及水分、空气等侵蚀性物质的进入。

（二）一般性的防范措施

在发生电化学反应的过程中阴极电子会带走钢筋表面的阳极电子，因此可以采用阴极保护法进行解决。阴极保护法的原理是给钢筋增加一个负向电流，从而使其电极电位负移，就是使钢筋表面的氯离子超过能够使钢筋脱钝的一个临界值，这就有效抑制了电化学腐蚀的过程，使钢筋不容易发生锈蚀。通常有如下两种做法：第一，阳极牺牲法；第二，外加电流阴极保护法。阳极牺牲的方法是采用电化学上比钢还要活泼的，也就是电位更负的金属来作为阳极，由腐蚀本身来提供自由电子，从而对钢筋实施阴极保护。

五、结语

由于钢筋腐蚀的原理较为复杂，因此在防范中应结合其产生的腐蚀反应进行措施的选择。而在钢筋砼结构的使用中，钢筋的腐蚀反应需要有氧气及水分的参与才会产生，若是只在恒定的干燥环境中其出现腐蚀的几率极低。因此在对腐蚀问题进行防治时要结合现有的技术降低混凝土中水分的含量及氧气的活跃度，从而使钢筋的腐蚀速度可以有效降低。

参考文献：

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[2]张良，户江涛.混凝土结构中钢筋锈蚀机理及其防护研究[J].建筑工程技术与设计，2016，（19）.

[3]殷宪秋.浅谈混凝土中钢筋锈蚀机理及影响因素[J].城市建设理论研究：电子版，2014，（31）.

（作者单位：长春新星宇房地产开发有限责任公司）