水下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕-原因及評(píng)測(cè)

1、水下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕-原因及評(píng)測(cè)            摘要：水下混凝土中鋼筋銹蝕的現(xiàn)狀；水下鋼筋混凝土鋼筋銹蝕的原因；評(píng)定與檢測(cè)水下混凝土構(gòu)件中鋼筋的銹蝕的狀態(tài)，對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件可做出使用壽命的推測(cè)和預(yù)見。 關(guān)鍵詞：水下混凝土結(jié)構(gòu) 耐久性 鋼筋的銹蝕 監(jiān)測(cè)  隨著時(shí)間的不斷推延，許多水下混凝土構(gòu)件中的鋼筋逐漸被滲水而發(fā)生銹蝕，從而導(dǎo)致其構(gòu)件的耐久性降低，結(jié)構(gòu)安全性也降低1.因此，引起的工程損壞事例不斷發(fā)生，由此帶來的工程損失及處理費(fèi)用也迅速增加，這也引起了

2、建筑工程界和路橋部門的高度重視。其中，水下混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕較為普遍，特別是沿海地區(qū)的閘、涵、橋、防護(hù)堤及鹽湖地區(qū)的水下混凝土較為嚴(yán)重，據(jù)資料顯示，施工質(zhì)量較差的混凝土構(gòu)件，因?yàn)殇摻畹匿P蝕，正常使用幾年后，就會(huì)產(chǎn)生順筋脹裂，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，以致鋼筋混凝土的失效。一、水下混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的原因混凝土在水化作用時(shí)，水泥中氯化鈣生成氫氧化鈣，使混凝土中含有大量的氫氧根離子，使PH值一般可達(dá)到12.5-13.5，鋼筋在這樣的高堿環(huán)境中，表面容易生成一層鈍化膜2，研究結(jié)果表明，這種鈍化膜能阻止鋼筋的銹蝕，只有這層鈍化膜遭到破壞，鋼筋開始銹蝕。1.1 、混凝土碳化引起鋼筋銹蝕因?yàn)榛炷劣不?，?/p>

3、面混凝土遇到空氣中二氧化碳的作用，使氫氯化鈣慢慢經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)變成碳酸鈣，使之堿性降低，碳化到鋼筋表面時(shí)，使鈍化膜遭到破壞，鋼筋就開始腐蝕，眾所周知，大氣是二氧化碳的主要來源，大氣中通常含0.2%-0.3%的二氧化碳，而且只要有大氣存在的地方，就必然存在二氧化碳，而水下混凝土結(jié)構(gòu)也有不少部分存在于二氧化碳環(huán)境中，對(duì)于普通的硅酸鹽而言，水化產(chǎn)生的氫氧化鈣可達(dá)到整個(gè)水化產(chǎn)物的10%-15%，它作為水泥水化產(chǎn)物之一，一方面，它是混凝土高堿度的提供源和保證者，對(duì)保護(hù)鋼筋起著十分重要的作用；另一方面，它又是混凝土中最不穩(wěn)定的成分之一，很容易與環(huán)境中的酸性介質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，使混凝土碳化，并逐步延伸鋼筋，使鋼

4、筋開始銹蝕3。1.2、氯離子引起的鋼筋銹蝕水下混凝土中，氯離子進(jìn)行混凝土通常有兩種途徑：其一是“摻入如含有氯鹽的外加劑，使用海砂，施工用水含氯鹽，在含鹽環(huán)境中攪拌，澆筑混凝土?xí)r，其二是”滲入“環(huán)境中的氯鹽通常通過混凝土的宏觀、微觀缺陷，滲入到混凝土中并達(dá)到鋼筋表面，直接或間接破壞混凝土的包裹作用及鋼筋鈍化的高堿度兩種屏障,使之發(fā)生銹蝕繼而銹蝕產(chǎn)物體積膨脹,使混凝土保護(hù)層開裂與脫落4;在海洋環(huán)境中的水下混凝土結(jié)構(gòu)大都是這種情況。氯離子引起鋼筋銹蝕可以從以下幾個(gè)方面分析：混凝土屬于堿性材料，其孔隙溶液的PH值為12-142，因而對(duì)鋼筋具有較好的保護(hù)作用，有利于鋼筋表面形成保護(hù)鋼筋的鈍化膜，但這種鈍

5、化膜只有在高堿環(huán)境中才是穩(wěn)定的。如果周圍環(huán)境PH值降到11.8時(shí)，鈍化膜就開始變得不穩(wěn)定，當(dāng)PH值繼續(xù)降到9.88時(shí)，鈍化膜就開始變得難以生存或逐漸破壞，使得進(jìn)入混凝土中的氯離子吸附于鈍化膜處，并使鈍化膜的PH值迅速降低，逐步酸化，從而使得鈍化膜被破壞。無論混凝土碳化還是氯離子侵蝕，都可以引起鋼筋部分銹蝕，在鈍化膜破壞處有腐蝕電流產(chǎn)生，在鈍化膜破壞還與未破壞區(qū)這間存在電位差，有宏電流產(chǎn)生，但微電流要比宏電流大得多。又因?yàn)槁入x子的存在大大降低了混凝土的電阻率，并且氯離子和鐵離子的結(jié)合可以形成易容于水的氯化鐵，從而加速了腐蝕產(chǎn)物向外的擴(kuò)散過程，并由于宏觀腐蝕電流在鈍化膜破壞區(qū)邊邊緣最大，使得靠近鈍

6、化區(qū)的邊緣的局部鈍化膜破壞較快，這種現(xiàn)象稱為局部銹蝕鋼筋的“邊緣效應(yīng)”。正是由于混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子的存在，大大降低了陰、陽極之間的歐姆電阻，強(qiáng)化了離子通路，提高了腐蝕電流的效率，從而加速了鋼筋的電化學(xué)腐蝕過程，氯離子對(duì)混凝土中鋼筋銹蝕更嚴(yán)重更快速5.而氯化物是鋼筋的一種活化劑，它能置換鈍化膜的氧而使鋼筋發(fā)生潰爛性腐蝕，而氯鹽是高吸濕性的鹽，它能吸收空氣中的水分變成液體，從而使氯離子從擴(kuò)散作用變成滲透作用，達(dá)到氯離子，透過保護(hù)區(qū)去腐蝕鋼筋的目的。    2007-04-21       

7、 氯離子不僅促成了鋼筋表面的腐蝕電流，而且加速了電流的作用過程，陽極反應(yīng)過程Fe2eFe2+,如果生成的Fe2+不能及時(shí)搬運(yùn)而積累于陰極表面，則陰極反應(yīng)就會(huì)因此而受阻，相反，如果生成的Fe2+能及時(shí)被搬走，那么。陽極反應(yīng)過程就會(huì)順利乃至加還進(jìn)行，Cl與Fe相遇就會(huì)生成FeCl2，Cl能使Fe消失而加速陽極過程，通常把陽極過程受阻稱做陽極極化作用，而加速陽極過程者，稱作陽極去極化作用，氯離子正是發(fā)揮了陽極去極化作用的功能。應(yīng)該說明的是，在氯離子存在的混凝土中，鋼筋通常的銹蝕產(chǎn)物很很難找到FeCl2的存在，這是由于FeCl2是可溶的，在向混凝土內(nèi)擴(kuò)散遇到氫氧根離子，立即生成Fe(OH)2

8、的一種沉淀物質(zhì)又進(jìn)一步氧化成鐵的氧化物，即通常說的“鐵銹”，由此可見，氯離子只起到了“搬運(yùn)”的作用，而不被消失，也就是說進(jìn)入混凝土的氯離子，會(huì)周而復(fù)始地起破壞作用，這也是氯鹽危害特點(diǎn)之一。水泥中的鋁酸三鈣，在一定條件下，可與氯鹽作用生成不溶性“復(fù)鹽”，從而降低了混凝土中游離氯離子的存在，從這個(gè)角度講，含鋁酸三鈣高的水泥品種有利于氯離子的侵害，海洋環(huán)境中優(yōu)先選用鋁酸三鈣含量高的普通硅酸鹽水泥，然而，復(fù)鹽只有在堿性環(huán)境下才能生成和保持穩(wěn)定，當(dāng)混凝土的堿度降低時(shí)，復(fù)鹽會(huì)發(fā)生分解，重新釋放出氯離子來。在做鋼筋銹蝕實(shí)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，如果大面積的鋼筋表面上具有高濃度的氯化物，則氯化物所引起的銹蝕是均勻的，但是

9、在不均質(zhì)的混凝土中，常見的局部銹蝕，導(dǎo)致點(diǎn)蝕6.首先則是在很小的鋼筋表面上，混凝土孔隙液具有較高的氯化物濃度，形成破壞鈍化膜的具備條件，形成小陽極，此時(shí)，鋼筋表面的大部分仍具鈍化膜，成為大陽極，這種特點(diǎn)的由大陽極、小陰極組成的銹蝕電偶，由于大陰供養(yǎng)充電，使小陽極上的鐵迅速溶解而產(chǎn)生沉淀，小陰極區(qū)局部酸化，同時(shí)，由于大陰極區(qū)的陰極反應(yīng)，生成氫氧化根離子，PH值增高，氯離子提高了混凝土的吸濕性，使得陰極與陽極之間的混凝土孔隙的歐姆電陰降低，這幾方面的自發(fā)變化，將使上述局部銹蝕電偶得以自發(fā)的一局部深入形式繼續(xù)進(jìn)行。    二、評(píng)定與檢測(cè)水下混凝土構(gòu)件中鋼筋的銹蝕狀態(tài)為了減少鋼筋銹蝕對(duì)結(jié)構(gòu)造成危害，需要即時(shí)了解現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕狀態(tài)，以便對(duì)鋼筋采取必要的措施進(jìn)行預(yù)防，我們對(duì)鋼筋銹蝕的測(cè)試，可采用如下幾種方法：2.1視覺法和聲音法在常規(guī)的混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋銹蝕的第一視覺特征是鋼筋表面出現(xiàn)大量的銹斑，顯然，只要檢查鋼筋表面就可以看到；有時(shí)，混凝土的表面下的裂縫發(fā)展到表面，混凝土最終開裂時(shí)可直接檢查鋼筋在早期可以用“發(fā)聲”方法估計(jì)下部裂縫引起的破