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钢筋混凝土结构锈胀问题分析及对策探讨 陈学民 （济南铁路局工务处，山东 济南 250001） 内容摘要：本文从钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构性能的影响、钢筋锈蚀的成因、锈蚀程度的评定、锈蚀病害的防治等方面进行了探讨，为钢筋混凝土结构的设计、施工、维护管理提供参考。 关 键 词： 钢筋 锈蚀 影响 成因 对策 1.概述 混凝土自问世就被称为人造石，人们认为它能像石材那样的坚固耐久。但是，由于混凝土结构钢筋保护层太薄，混凝土的密实性太差，加上长期处于露天环境下使得钢筋锈蚀、混凝土开裂，造成结构的耐久性不足而提前失效。美国有研究显示，由于钢筋锈蚀，造成过早的维修加固和停运损失费用约为结构初始造价的5倍。虽然大多数混凝土结构的设计寿命在50年甚至100年以上，但是相当一部分混凝土结构在3～5年内即开始出现局部开裂、剥落、钢筋锈蚀等破坏现象。钢筋锈蚀引起的结构过早破坏是混凝土结构最为突出的一大灾难，在影响钢筋混凝土结构性能的诸多因素中，钢筋腐蚀名列前茅。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。锈蚀造成钢筋断面受损，降低钢筋自身的力学性能，特别对处于高应力状态下的高强预应力钢筋，腐蚀敏感性更高，对工程结构的安全性、耐久性造成恶劣影响，可能发生突然断裂和造成严重事故。因此，混凝土结构钢筋锈蚀问题是一个十分重要而迫切需要加以解决的问题，它既有服务于现役结构的现实意义，又有指导待建结构进行耐久性设计的重要作用。 2.锈胀成因分析 2.1影响因素:混凝土密实度、保护层厚度、周围介质环境、混凝土的液相组成（pH值、氯离子含量）、等。其中氯离子含量对钢筋锈蚀的影响最大。因为氯盐是一种强电解质，既能与钢材直接发生化学腐蚀，又极易形成电化学腐蚀。氯盐一方面来自混凝土原材料，如拌和水、海砂、防冰盐、盐雾及氯盐（或含氯盐）外加剂等；另一方面来自使用环境，我国有相当多地下含氯盐环境，除沿海地区外，还有盐碱地、盐湖地区及盐污染的工业环境等。氯离子能透过混凝土到达钢筋表面，破坏钢筋表面氧化物钝化膜而使钢筋锈蚀。文献[1]指出：当NaCl或CaCl2掺量在1%以下时，它们对钢筋的危害并不严重；只有当掺量超过2%时，钢筋钝化膜才会被严重破坏。而当NaCl和CaCl2掺量相同时，掺CaCl2的砂浆试样中钢筋表面钝化膜损坏得更严重。所以，CaCl2对混凝土中的钢筋锈蚀比NaCl更具有危险性。 2.2原因分析[2] 2.2.1混凝土与钢筋本身存在缺陷。混凝土是一种多孔性的易脆材料；因水化放热，凝固干缩而产生裂纹，有害物质就可经由最短的路径直接进入混凝土中，使钢筋表面环境的pH值降至9以下。钢筋自身的不均匀性和活泼性，使之容易接受介质的腐蚀。这是钢筋混凝土腐蚀的内因。 2.2.2化学介质的腐蚀。我国东南海沿海地区腐蚀钢筋混凝土的化学介质主要有碳酸性和氯化物，其次是硫酸盐的侵蚀。环境中的CO2气体通过多孔性混凝土的毛细管渗入，可使孔液的pH值降低到8.3左右，当碳化深度到达钢筋表面时，钢筋从钝化状态进入活化状态，引起钢筋锈蚀膨胀，混凝土顺筋开裂。杭州湾海域氯化物在1.36％，电阻率62.28Ω·cm，当Cl-到达钢筋表面pH值会由腐蚀产物Fe2+的水解而降低，在极端条件下，阳极闭塞区的pH值可以达到3.5左右，腐蚀速度高达1175mm/a,这是钢筋混凝土腐蚀的外因。 3.锈蚀程度评定 受力钢筋的锈蚀将导致其有效截面的骤降，钢筋的体积膨胀又会导致混凝土开裂或表面混凝土成块脱落。混凝土开裂后又使原来处于混凝土保护层下的钢筋暴露于空气中，并由此造成恶性循环，可以说钢筋锈蚀是混凝土破坏的重要原因。而锈蚀电位反映了钢筋的锈蚀程度及速度。在一根钢筋的某两点之间、在两根相连的钢筋之间、甚至在每两个区域之间，由于材质、温度、湿度、表面液含盐浓度、溶解氧浓度、应力应变程度的不同都可形成锈蚀电位（电位差、电池）；这种电池的两极距离可从1~2cm到6~7m或更远；混凝土内掺有CaCl2当时，钢筋电位差显著增大；掺CaCl2并蒸汽养护时电位差更大；当钢筋混凝土结构靠近直流电器设备（如电气化铁路，阴极保护管道等），或有直流电流、杂散电流流过钢筋时，也可产生电位差[3]。当锈蚀电位大于-200mV时，钢筋锈蚀程度可不考虑其影响；当锈蚀电位小于-500mV时，构件存在锈蚀开裂区，即构件抗锈蚀的耐久性失效。安全考虑并将其模糊化建立隶属函数如图1所示。图中a(x)表示钢筋无锈蚀活动；b(x)表示有锈蚀活动但锈蚀活动状态不确定；c(x)表示有锈蚀活动，发生锈蚀概率大于90%；d(x)表示有锈蚀活动，严重锈蚀的可能性极大。 图1 钢筋锈蚀电位分级隶属函数 4.防治措施 4.1预防措施 防止钢筋腐蚀的技术措施有许多种，其主要策略如下:(1)提高混凝土自身的防护能力，如高密实、高性能混凝土等；(2