水下钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的原因及评测

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1、水下钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的原因及评测摘要:水下混凝土中钢筋锈蚀的现状;水下钢筋混凝土钢筋锈蚀的原因;评定与检测水下混凝土构件中钢筋的锈蚀的状态,对钢筋混凝土构件可做出使用寿命的推测和预见。关键词:水下混凝土结构耐久性钢筋的锈蚀监测随着时间的不断推延,许多水下混凝土构件中的钢筋逐渐被渗水而发生锈蚀,从而导致其构件的耐久性降低,结构安全性也降低[1].因此,引起的工程损坏事例不断发生,由此带来的工程损失及处理费用也迅速增加,这也引起了建筑工程界和路桥部门的高度重视。其中,水下混凝土结构中钢筋的锈蚀

2、较为普遍,特别是沿海地区的闸、涵、桥、防护堤及盐湖地区的水下混凝土较为严重,据资料显示,施工质量较差的混凝土构件,因为钢筋的锈蚀,正常使用几年后,就会产生顺筋胀裂,从而导致结构破坏,以致钢筋混凝土的失效。一、水下混凝土结构中钢筋锈蚀的原因混凝土在水化作用时,水泥中氯化钙生成氢氧化钙,使混凝土中含有大量的氢氧根离子,使PH值一般可达到12.5-13.5,钢筋在这样的高碱环境中,表面容易生成一层钝化膜[2],研究结果表明,这种钝化膜能阻止钢筋的锈蚀,只有这层钝化膜遭到破坏,钢筋开始锈蚀。1.1、混凝土

3、碳化引起钢筋锈蚀因为混凝土硬化后,表面混凝土遇到空气中二氧化碳的作用,使氢氯化钙慢慢经过化学反应变成碳酸钙,使之碱性降低,碳化到钢筋表面时,使钝化膜遭到破坏,钢筋就开始腐蚀,众所周知,大气是二氧化碳的主要来源,大气中通常含0.2%-0.3%的二氧化碳,而且只要有大气存在的地方,就必然存在二氧化碳,而水下混凝土结构也有不少部分存在于二氧化碳环境中,对于普通的硅酸盐而言,水化产生的氢氧化钙可达到整个水化产物的10%-15%,它作为水泥水化产物之一,一方面,它是混凝土高碱度的提供源和保证者,对保护钢筋起

4、着十分重要的作用;另一方面,它又是混凝土中最不稳定的成分之一,很容易与环境中的酸性介质发生中和反应,使混凝土碳化,并逐步延伸钢筋,使钢筋开始锈蚀[3]。1.2、氯离子引起的钢筋锈蚀水下混凝土中,氯离子进行混凝土通常有两种途径:其一是“掺入如含有氯盐的外加剂,使用海砂,施工用水含氯盐,在含盐环境中搅拌,浇筑混凝土时,其二是”渗入“环境中的氯盐通常通过混凝土的宏观、微观缺陷,渗入到混凝土中并达到钢筋表面,直接或间接破坏混凝土的包裹作用及钢筋钝化的高碱度两种屏障,使之发生锈蚀继而锈蚀产物体积膨胀,使混凝

5、土保护层开裂与脱落[4];在海洋环境中的水下混凝土结构大都是这种情况。氯离子引起钢筋锈蚀可以从以下几个方面分析:1.2.1破坏钝化膜混凝土属于碱性材料,其孔隙溶液的PH值为12-14[2],因而对钢筋具有较好的保护作用,有利于钢筋表面形成保护钢筋的钝化膜,但这种钝化膜只有在高碱环境中才是稳定的。如果周围环境PH值降到11.8时,钝化膜就开始变得不稳定,当PH值继续降到9.88时,钝化膜就开始变得难以生存或逐渐破坏,使得进入混凝土中的氯离子吸附于钝化膜处,并使钝化膜的PH值迅速降低,逐步酸化,从而使

6、得钝化膜被破坏。1.2.2形成腐蚀电流无论混凝土碳化还是氯离子侵蚀,都可以引起钢筋部分锈蚀,在钝化膜破坏处有腐蚀电流产生,在钝化膜破坏还与未破坏区这间存在电位差,有宏电流产生,但微电流要比宏电流大得多。又因为氯离子的存在大大降低了混凝土的电阻率,并且氯离子和铁离子的结合可以形成易容于水的氯化铁,从而加速了腐蚀产物向外的扩散过程,并由于宏观腐蚀电流在钝化膜破坏区边边缘最大,使得靠近钝化区的边缘的局部钝化膜破坏较快,这种现象称为局部锈蚀钢筋的“边缘效应”。1.2.3氯离子导电作用正是由于混凝土结构中氯

7、离子的存在,大大降低了阴、阳极之间的欧姆电阻,强化了离子通路,提高了腐蚀电流的效率,从而加速了钢筋的电化学腐蚀过程,氯离子对混凝土中钢筋锈蚀更严重更快速[5].而氯化物是钢筋的一种活化剂,它能置换钝化膜的氧而使钢筋发生溃烂性腐蚀,而氯盐是高吸湿性的盐,它能吸收空气中的水分变成液体,从而使氯离子从扩散作用变成渗透作用,达到氯离子,透过保护区去腐蚀钢筋的目的。1.2.4氯离子的阳极去极比作用氯离子不仅促成了钢筋表面的腐蚀电流,而且加速了电流的作用过程,阳极反应过程Fe→2e→Fe2+,如果生成的Fe2

8、+不能及时搬运而积累于阴极表面,则阴极反应就会因此而受阻,相反,如果生成的Fe2+能及时被搬走,那么。阳极反应过程就会顺利乃至加还进行,Cl与Fe相遇就会生成FeCl2,Cl能使Fe消失而加速阳极过程,通常把阳极过程受阻称做阳极极化作用,而加速阳极过程者,称作阳极去极化作用,氯离子正是发挥了阳极去极化作用的功能。应该说明的是,在氯离子存在的混凝土中,钢筋通常的锈蚀产物很很难找到FeCl2的存在,这是由于FeCl2是可溶的,在向混凝土内扩散遇到氢氧根离子,立即生成Fe(OH)2的一种

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1、水下钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的原因及评测摘要:水下混凝土中钢筋锈蚀的现状;水下钢筋混凝土钢筋锈蚀的原因;评定与检测水下混凝土构件中钢筋的锈蚀的状态,对钢筋混凝土构件可做出使用寿命的推测和预见。关键词:水下混凝土结构耐久性钢筋的锈蚀监测随着时间的不断推延,许多水下混凝土构件中的钢筋逐渐被渗水而发生锈蚀,从而导致其构件的耐久性降低,结构安全性也降低[1].因此,引起的工程损坏事例不断发生,由此带来的工程损失及处理费用也迅速增加,这也引起了建筑工程界和路桥部门的高度重视。其中,水下混凝土结构中钢筋的锈蚀

2、较为普遍,特别是沿海地区的闸、涵、桥、防护堤及盐湖地区的水下混凝土较为严重,据资料显示,施工质量较差的混凝土构件,因为钢筋的锈蚀,正常使用几年后,就会产生顺筋胀裂,从而导致结构破坏,以致钢筋混凝土的失效。一、水下混凝土结构中钢筋锈蚀的原因混凝土在水化作用时,水泥中氯化钙生成氢氧化钙,使混凝土中含有大量的氢氧根离子,使PH值一般可达到12.5-13.5,钢筋在这样的高碱环境中,表面容易生成一层钝化膜[2],研究结果表明,这种钝化膜能阻止钢筋的锈蚀,只有这层钝化膜遭到破坏,钢筋开始锈蚀。1.1、混凝土

3、碳化引起钢筋锈蚀因为混凝土硬化后,表面混凝土遇到空气中二氧化碳的作用,使氢氯化钙慢慢经过化学反应变成碳酸钙,使之碱性降低,碳化到钢筋表面时,使钝化膜遭到破坏,钢筋就开始腐蚀,众所周知,大气是二氧化碳的主要来源,大气中通常含0.2%-0.3%的二氧化碳,而且只要有大气存在的地方,就必然存在二氧化碳,而水下混凝土结构也有不少部分存在于二氧化碳环境中,对于普通的硅酸盐而言,水化产生的氢氧化钙可达到整个水化产物的10%-15%,它作为水泥水化产物之一,一方面,它是混凝土高碱度的提供源和保证者,对保护钢筋起

4、着十分重要的作用;另一方面,它又是混凝土中最不稳定的成分之一,很容易与环境中的酸性介质发生中和反应,使混凝土碳化,并逐步延伸钢筋,使钢筋开始锈蚀[3]。1.2、氯离子引起的钢筋锈蚀水下混凝土中,氯离子进行混凝土通常有两种途径:其一是“掺入如含有氯盐的外加剂,使用海砂,施工用水含氯盐,在含盐环境中搅拌,浇筑混凝土时,其二是”渗入“环境中的氯盐通常通过混凝土的宏观、微观缺陷,渗入到混凝土中并达到钢筋表面,直接或间接破坏混凝土的包裹作用及钢筋钝化的高碱度两种屏障,使之发生锈蚀继而锈蚀产物体积膨胀,使混凝

5、土保护层开裂与脱落[4];在海洋环境中的水下混凝土结构大都是这种情况。氯离子引起钢筋锈蚀可以从以下几个方面分析:1.2.1破坏钝化膜混凝土属于碱性材料,其孔隙溶液的PH值为12-14[2],因而对钢筋具有较好的保护作用,有利于钢筋表面形成保护钢筋的钝化膜,但这种钝化膜只有在高碱环境中才是稳定的。如果周围环境PH值降到11.8时,钝化膜就开始变得不稳定,当PH值继续降到9.88时,钝化膜就开始变得难以生存或逐渐破坏,使得进入混凝土中的氯离子吸附于钝化膜处,并使钝化膜的PH值迅速降低,逐步酸化,从而使

6、得钝化膜被破坏。1.2.2形成腐蚀电流无论混凝土碳化还是氯离子侵蚀,都可以引起钢筋部分锈蚀,在钝化膜破坏处有腐蚀电流产生,在钝化膜破坏还与未破坏区这间存在电位差,有宏电流产生,但微电流要比宏电流大得多。又因为氯离子的存在大大降低了混凝土的电阻率,并且氯离子和铁离子的结合可以形成易容于水的氯化铁,从而加速了腐蚀产物向外的扩散过程,并由于宏观腐蚀电流在钝化膜破坏区边边缘最大,使得靠近钝化区的边缘的局部钝化膜破坏较快,这种现象称为局部锈蚀钢筋的“边缘效应”。1.2.3氯离子导电作用正是由于混凝土结构中氯

7、离子的存在,大大降低了阴、阳极之间的欧姆电阻,强化了离子通路,提高了腐蚀电流的效率,从而加速了钢筋的电化学腐蚀过程,氯离子对混凝土中钢筋锈蚀更严重更快速[5].而氯化物是钢筋的一种活化剂,它能置换钝化膜的氧而使钢筋发生溃烂性腐蚀,而氯盐是高吸湿性的盐,它能吸收空气中的水分变成液体,从而使氯离子从扩散作用变成渗透作用,达到氯离子,透过保护区去腐蚀钢筋的目的。1.2.4氯离子的阳极去极比作用氯离子不仅促成了钢筋表面的腐蚀电流,而且加速了电流的作用过程,阳极反应过程Fe→2e→Fe2+,如果生成的Fe2

8、+不能及时搬运而积累于阴极表面,则阴极反应就会因此而受阻,相反,如果生成的Fe2+能及时被搬走,那么。阳极反应过程就会顺利乃至加还进行,Cl与Fe相遇就会生成FeCl2,Cl能使Fe消失而加速阳极过程,通常把阳极过程受阻称做阳极极化作用,而加速阳极过程者,称作阳极去极化作用,氯离子正是发挥了阳极去极化作用的功能。应该说明的是,在氯离子存在的混凝土中,钢筋通常的锈蚀产物很很难找到FeCl2的存在,这是由于FeCl2是可溶的,在向混凝土内扩散遇到氢氧根离子,立即生成Fe(OH)2的一种

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