陕西千龙水电建筑工程有限公司 摘要：针对混凝土耐久性的现状，介绍了钢筋锈蚀对其的影响与经济损失，并从物理、化学两方面分析了混凝土对钢筋的保护和不足之处，提出在工程实践中应吸取国内外以往经验教训，重视前期防护。 关键词：钢筋锈蚀 混凝土 耐久性 腐蚀电池 长期以来，人们一直以为混凝土应是耐久性良好的建筑材料，忽视了钢筋混凝土结构耐久性问题，在设计上只注重建设阶段低造价，而忽视了结构的长期损失，使得结构的维修加固费用远远高于建设成本，混凝土质量对钢筋锈蚀有影响而钢筋的锈蚀对混凝土构件耐久性同样有着很重要的影响。 钢筋锈蚀的破坏特征归纳为：裂缝沿主筋方向开展延伸，“握裹力”下降与丧失，钢筋断面损失，钢筋应力腐蚀断裂。在设计施工阶段，不论是事先采取防护措施还是以后“坏了再修”，都要做出经济预算和比较，承建者要对工程的“全寿命”负责到底，这样可避免“短期行为”给后人带来的麻烦与巨大经济损失。推行“全寿命经济分析法”和倡导工程前期（设计、施工阶段）采取防钢筋腐蚀的措施，已经不是单纯的技术问题，其重大意义和长远经济效益是不可低估的。 1、混凝土质量与钢筋锈蚀 1.1 设计与规范 我国相关设计规范，多以混凝土“抗压强度”为主要甚至唯一标准，而混凝土对钢筋的保护能力，主要取决于“密实性”和钢筋表面混凝土层的厚度。新修订的相关设计规范中，已引入“耐久性设计”概念，这是提高混凝土对钢筋保护能力的重要方法。设计者除了强化“耐久性设计”的观念外，还要根据结构所处的腐蚀环境的严酷程度，采取相应的钢筋防锈蚀的技术措施，才可实现结构耐久性的目的。 1.2 原材料 （1）水泥。水泥水化的高碱度，使钢筋表面形成钝化膜，这是混凝土之所以能保护钢筋的主要依据与基本条件。混凝土的高碱度，主要来源于水泥水化产物中的氢氧化钙和少量氢氧化钠、氢氧化钾（pH>12.6）。钾、钠离子含量高时，能刺激“碱集料反应”，长期保持混凝土的高碱度（至少pH>11.5），是钢筋得到保护的起码条件，也是保证混凝土耐久性的关键因素之一。 （2）掺合料、外加剂。凡是能提高混凝土密实性、增强对钢筋保护能力者，均有利于结构物的耐久性；然而，一些掺合料能降低混凝土的碱度和碱储量，这是不利于对钢筋的保护的，甚至可引起钢筋腐蚀。国外研究表明，许多外加剂在短期内能改善和提高混凝土的某些性能，但对其长期耐久性并无改善，甚至明显降低其耐久性。在我国，外加剂使用不当引发的问题，也是影响钢筋腐蚀和混凝土耐久性的一个重要方面。 2、混凝土对钢筋的保护 2.1 混凝土对钢筋的物理化学保护作用 （1）混凝土对钢筋的物理保护作用。 混凝土将钢筋完全覆盖，在一定时期内，将钢筋与外界环境隔离。这样，钢筋在相对干燥（如相对湿度低于65）和缺乏腐蚀性离子的条件下，钢筋可保持不锈状态。应该说，这种单纯的物理隔离作用是很难长期保持的，因此其保护作用也是有限的。 （2）混凝土对钢筋的化学保护作用。 水泥水化过程中，可产生一定量的氢氧化钙。氢氧化钙的溶解度很小，通常以固体形式存在。然而，它能使混凝土保持高碱度（液相pH>12.5），在有钠、钾离子存在时，其碱度还要高些（如pH>12.5）。 国内外研究与实践均表明，混凝土的高碱度对于保护钢筋和保持结构物的耐久性，都是极端重要的。研究表明，当pH11.5时，钢筋才能完全处于钝化状态。 2.2 混凝土保护钢筋之不足 （1）物理保护性能之不足。混凝土是水泥为胶结材料、含砂子和石子的混合物，即是一种多孔材料。混凝土制作、养护过程中，难免产生微观、宏观裂纹；使用中在内力、外力作用下，也会有裂纹产生。因此，目前大量用于建筑中的混凝土，不可能做到完全密实，环境介质（水、气等）还是可以渗入其内的。高质量、高密实的混凝土，对于其内钢筋能提供较好的物理保护（隔离环境），但此作用是有限的，这是混凝土的多孔性本质所决定的。 （2）混凝土碱度的易失性（化学活性）。混凝土的高碱性是保护钢筋的必要条件，而水泥水化产物中，最具活性、最不稳定的就是以氢氧化钙为主的“碱”（氢氧化钠、氢氧化钾含量少）。在与空气、水接触时会起化学反应，也可随水而流失。混凝土“碱”的损失速度，取决于混凝土内的碱储量、混凝土的密实性、环境介质条件等。因此，密实的混凝土，不仅对钢筋提供好的物理保护作用，而且由于碱度不易损失，从而能对钢筋提供更好的化学保护作用。 2.3 混凝土中钢筋腐蚀的电化学性质 2.3.1 混凝土中的腐蚀电池 一般的电化学反应表达式为： 阳极反应：Fe—2e=Fe2+； 阴极反应：O2+2H 2O+4e→4OH—； 综合反应：2Fe+O2十2H 2O=2Fe（OH）2（伴有电流）。 通常钢筋腐蚀产物是铁的氧化物，是Fe（OH）：继续氧化的结果。可生成2价或3价铁的氧化物与水化物（取决于氧的供给）。铁锈较元素铁体积胀大25～6倍，这是通常混凝土发生顺钢筋开裂的主要原因。 2.3.2 混凝土中钢筋腐蚀的动力学与速度 根据欧姆定律，腐蚀电流（腐蚀速度）可表示为： I=（Vp—Va）/R。 其中，Vp为阴极电位；Va为阳极电位；R为阴极、阳极之间电阻。 可以看出，若腐蚀电池启动后，阴、阳极间电位差不能保持，很快变小或变无，则腐蚀停止；而当阴极、阳极之间电阻很大时，腐蚀电流（速度）很小。如较干燥的混凝土中，尽管腐蚀电池可能存在，但效率很低，钢筋腐蚀可无大影响。 腐蚀电池的存在是腐蚀发生的必要条件，而其发展的动力学与速度的控制因素对于混凝土中钢筋腐蚀破坏作用也是十分重要的。一般分为：阳极控制、阴极控制、阻力控制。虽然可以划分出三种控制方式，但在实际中，很少是单一因素控制的情况，多数条件下是混合控制或以某一方面为主导的控制方式。 3、结语 以钢筋混凝土结构为主的基础设施耐久性问题，是当今世界的大问题。腐蚀特别是混凝土中钢筋腐蚀，是影响耐久性的主要因素之一。 低渗透混凝土和钢筋阻锈剂的联合使用，被认为是在氯盐环境中实现钢筋混凝土结构耐久使用的优异方法，是发展方向之一。我们应该推动此方面的研究、工程应用及发展。
陕西千龙水电建筑工程有限公司 摘要：针对混凝土耐久性的现状，介绍了钢筋锈蚀对其的影响与经济损失，并从物理、化学两方面分析了混凝土对钢筋的保护和不足之处，提出在工程实践中应吸取国内外以往经验教训，重视前期防护。 关键词：钢筋锈蚀 混凝土 耐久性 腐蚀电池 长期以来，人们一直以为混凝土应是耐久性良好的建筑材料，忽视了钢筋混凝土结构耐久性问题，在设计上只注重建设阶段低造价，而忽视了结构的长期损失，使得结构的维修加固费用远远高于建设成本，混凝土质量对钢筋锈蚀有影响而钢筋的锈蚀对混凝土构件耐久性同样有着很重要的影响。 钢筋锈蚀的破坏特征归纳为：裂缝沿主筋方向开展延伸，“握裹力”下降与丧失，钢筋断面损失，钢筋应力腐蚀断裂。在设计施工阶段，不论是事先采取防护措施还是以后“坏了再修”，都要做出经济预算和比较，承建者要对工程的“全寿命”负责到底，这样可避免“短期行为”给后人带来的麻烦与巨大经济损失。推行“全寿命经济分析法”和倡导工程前期（设计、施工阶段）采取防钢筋腐蚀的措施，已经不是单纯的技术问题，其重大意义和长远经济效益是不可低估的。 1、混凝土质量与钢筋锈蚀 1.1 设计与规范 我国相关设计规范，多以混凝土“抗压强度”为主要甚至唯一标准，而混凝土对钢筋的保护能力，主要取决于“密实性”和钢筋表面混凝土层的厚度。新修订的相关设计规范中，已引入“耐久性设计”概念，这是提高混凝土对钢筋保护能力的重要方法。设计者除了强化“耐久性设计”的观念外，还要根据结构所处的腐蚀环境的严酷程度，采取相应的钢筋防锈蚀的技术措施，才可实现结构耐久性的目的。 1.2 原材料 （1）水泥。水泥水化的高碱度，使钢筋表面形成钝化膜，这是混凝土之所以能保护钢筋的主要依据与基本条件。混凝土的高碱度，主要来源于水泥水化产物中的氢氧化钙和少量氢氧化钠、氢氧化钾（pH>12.6）。钾、钠离子含量高时，能刺激“碱集料反应”，长期保持混凝土的高碱度（至少pH>11.5），是钢筋得到保护的起码条件，也是保证混凝土耐久性的关键因素之一。 （2）掺合料、外加剂。凡是能提高混凝土密实性、增强对钢筋保护能力者，均有利于结构物的耐久性；然而，一些掺合料能降低混凝土的碱度和碱储量，这是不利于对钢筋的保护的，甚至可引起钢筋腐蚀。国外研究表明，许多外加剂在短期内能改善和提高混凝土的某些性能，但对其长期耐久性并无改善，甚至明显降低其耐久性。在我国，外加剂使用不当引发的问题，也是影响钢筋腐蚀和混凝土耐久性的一个重要方面。 2、混凝土对钢筋的保护 2.1 混凝土对钢筋的物理化学保护作用 （1）混凝土对钢筋的物理保护作用。 混凝土将钢筋完全覆盖，在一定时期内，将钢筋与外界环境隔离。这样，钢筋在相对干燥（如相对湿度低于65）和缺乏腐蚀性离子的条件下，钢筋可保持不锈状态。应该说，这种单纯的物理隔离作用是很难长期保持的，因此其保护作用也是有限的。 （2）混凝土对钢筋的化学保护作用。 水泥水化过程中，可产生一定量的氢氧化钙。氢氧化钙的溶解度很小，通常以固体形式存在。然而，它能使混凝土保持高碱度（液相pH>12.5），在有钠、钾离子存在时，其碱度还要高些（如pH>12.5）。 国内外研究与实践均表明，混凝土的高碱度对于保护钢筋和保持结构物的耐久性，都是极端重要的。研究表明，当pH11.5时，钢筋才能完全处于钝化状态。 2.2 混凝土保护钢筋之不足 （1）物理保护性能之不足。混凝土是水泥为胶结材料、含砂子和石子的混合物，即是一种多孔材料。混凝土制作、养护过程中，难免产生微观、宏观裂纹；使用中在内力、外力作用下，也会有裂纹产生。因此，目前大量用于建筑中的混凝土，不可能做到完全密实，环境介质（水、气等）还是可以渗入其内的。高质量、高密实的混凝土，对于其内钢筋能提供较好的物理保护（隔离环境），但此作用是有限的，这是混凝土的多孔性本质所决定的。 （2）混凝土碱度的易失性（化学活性）。混凝土的高碱性是保护钢筋的必要条件，而水泥水化产物中，最具活性、最不稳定的就是以氢氧化钙为主的“碱”（氢氧化钠、氢氧化钾含量少）。在与空气、水接触时会起化学反应，也可随水而流失。混凝土“碱”的损失速度，取决于混凝土内的碱储量、混凝土的密实性、环境介质条件等。因此，密实的混凝土，不仅对钢筋提供好的物理保护作用，而且由于碱度不易损失，从而能对钢筋提供更好的化学保护作用。 2.3 混凝土中钢筋腐蚀的电化学性质 2.3.1 混凝土中的腐蚀电池 一般的电化学反应表达式为： 阳极反应：Fe—2e=Fe2+； 阴极反应：O2+2H 2O+4e→4OH—； 综合反应：2Fe+O2十2H 2O=2Fe（OH）2（伴有电流）。 通常钢筋腐蚀产物是铁的氧化物，是Fe（OH）：继续氧化的结果。可生成2价或3价铁的氧化物与水化物（取决于氧的供给）。铁锈较元素铁体积胀大25～6倍，这是通常混凝土发生顺钢筋开裂的主要原因。 2.3.2 混凝土中钢筋腐蚀的动力学与速度 根据欧姆定律，腐蚀电流（腐蚀速度）可表示为： I=（Vp—Va）/R。 其中，Vp为阴极电位；Va为阳极电位；R为阴极、阳极之间电阻。 可以看出，若腐蚀电池启动后，阴、阳极间电位差不能保持，很快变小或变无，则腐蚀停止；而当阴极、阳极之间电阻很大时，腐蚀电流（速度）很小。如较干燥的混凝土中，尽管腐蚀电池可能存在，但效率很低，钢筋腐蚀可无大影响。 腐蚀电池的存在是腐蚀发生的必要条件，而其发展的动力学与速度的控制因素对于混凝土中钢筋腐蚀破坏作用也是十分重要的。一般分为：阳极控制、阴极控制、阻力控制。虽然可以划分出三种控制方式，但在实际中，很少是单一因素控制的情况，多数条件下是混合控制或以某一方面为主导的控制方式。 3、结语 以钢筋混凝土结构为主的基础设施耐久性问题，是当今世界的大问题。腐蚀特别是混凝土中钢筋腐蚀，是影响耐久性的主要因素之一。 低渗透混凝土和钢筋阻锈剂的联合使用，被认为是在氯盐环境中实现钢筋混凝土结构耐久使用的优异方法，是发展方向之一。我们应该推动此方面的研究、工程应用及发展。