混凝土钢筋锈蚀

1、混凝土的钢筋锈蚀混凝土的钢筋锈蚀钢筋锈蚀已成为混凝土结构耐久性破坏中的首要因素。钢筋锈蚀已成为混凝土结构耐久性破坏中的首要因素。 1985年，美国各类腐蚀引起损失达年，美国各类腐蚀引起损失达1680亿美元，钢筋锈蚀亿美元，钢筋锈蚀占占40%左右；左右； 九十年代初，美国全部九十年代初，美国全部57.5万座钢筋混凝土桥中因钢锈破坏万座钢筋混凝土桥中因钢锈破坏而限载通车的公路桥占而限载通车的公路桥占1/4，其中已经不能通车的占，其中已经不能通车的占1%（约（约5000座），仅维修费高达座），仅维修费高达900亿美元。亿美元。 我国交通部门于我国交通部门于1980年对华南地区年对华南地区18座码头调

2、查的结果发座码头调查的结果发现：现：80%以上在使用不到以上在使用不到20年间就出现了严重或较严重的钢筋年间就出现了严重或较严重的钢筋锈蚀破坏；锈蚀破坏； 北方地区，北京西直门旧立交桥仅运行北方地区，北京西直门旧立交桥仅运行18年就拆除重建，年就拆除重建，沈阳文化路大立交桥使用沈阳文化路大立交桥使用13年后因钢筋锈蚀严重破坏，哈大公年后因钢筋锈蚀严重破坏，哈大公路，在建成路，在建成5年后混凝土出现严重的顺筋胀裂和剥落。年后混凝土出现严重的顺筋胀裂和剥落。 (1)钢筋锈蚀破坏机理钢筋锈蚀破坏机理p原电池反应原理原电池反应原理腐蚀电池必备条件：腐蚀电池必备条件：1)阴极、阳极和电位差；阴极、阳极和

3、电位差；2)离子通路离子通路(电解质电解质)；3)电子通路。电子通路。阴极反应阴极反应:2H+2e-=H2阳极反应阳极反应电流电流铜（阴极）铜（阴极）锌（阳极）锌（阳极）电极电位的形成原理图电极电位的形成原理图p钢筋微电池腐蚀钢筋微电池腐蚀阳极反应：阳极反应：Fe-2e=Fe+ （氧化反应）（氧化反应）阴极反应：阴极反应：O2+2H2O+4e4OH- （还原反应）（还原反应）综合反应：综合反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2(伴有电流伴有电流)Fe(OH)2+O2+2H2OFe(OH)3Fe2O3nH2O（铁锈）（铁锈）阴极阴极阳极阳极p混凝土的保护作用混凝土的保护作用物理保护作用：

4、阻止水分、氧气、氯离子等外界有害介物理保护作用：阻止水分、氧气、氯离子等外界有害介质的侵入；质的侵入；化学保护作用：高碱性环境（由于孔溶液中存在有化学保护作用：高碱性环境（由于孔溶液中存在有NaOH、KOH，CH等，等，pH值大于值大于12.5）下，阳极产生的）下，阳极产生的Fe(OH)2被氧化成被氧化成型氢氧化铁（纯化膜层）：型氢氧化铁（纯化膜层）：Fe(OH)2+O2-FeOOH+H2O （致密保护层）（致密保护层）钢筋钝化层钢筋钝化层l 两个临界值：两个临界值：pH=9.88，开始形成钝化膜，开始形成钝化膜，pH=11.5，钝化，钝化膜才能完全覆盖钢筋表面。膜才能完全覆盖钢筋表面。CO2

5、CO2钢筋表面脱钝导致钢锈钢筋表面脱钝导致钢锈p混凝土中性化导致锈蚀（混凝土中性化导致锈蚀（pH10.5）Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O(氢氧化钙氢氧化钙) 3CaOSiO2 3H2O+CO2 3CaCO3+2SiO2+3H2O(水化硅酸钙水化硅酸钙)钢筋锈蚀产生的裂缝钢筋锈蚀产生的裂缝开裂锈蚀膨胀混凝土碳化与钢筋锈蚀混凝土碳化与钢筋锈蚀p氯盐导致钢筋锈蚀氯盐导致钢筋锈蚀 (Cl-/OH-0.6)Fe2+Cl-FeCl络合物络合物- （还原反应）（还原反应）FeCl络合物络合物- +2OH-=Fe(OH)2+Cl-Fe(OH)2+O2+2H2OFe(OH)3Fe2O3nH2O（铁锈铁

6、锈）破坏钝化膜破坏钝化膜腐蚀宏观电池腐蚀宏观电池混凝土混凝土腐蚀坑腐蚀坑钢筋钝化层钢筋钝化层钢筋钢筋Cl- -在钢筋锈蚀中的作用在钢筋锈蚀中的作用 氯离子是极强的阳极活氯离子是极强的阳极活(去钝化去钝化)剂。在水泥的浸出液剂。在水泥的浸出液中，即使其中，即使其pH值还很高值还很高(如达到如达到13)，只要有，只要有46mg/L浓浓度的氯离子，就足以破坏钢筋钝化膜。度的氯离子，就足以破坏钢筋钝化膜。 Fe2+2Cl-+4H2O-FeCl2.4H2O FeCl2.4H2O-Fe(OH)2+2Cl-+2H+2H2O氯离子虽然并不构成腐蚀产物，在腐蚀中也不消耗，氯离子虽然并不构成腐蚀产物，在腐蚀中也不

7、消耗，但作为促进腐蚀的中间产物，但作为促进腐蚀的中间产物，会给腐蚀起催化作用会给腐蚀起催化作用。海洋浪溅区混凝土的氯离子侵蚀海洋浪溅区混凝土的氯离子侵蚀l 浪溅区下部接触氯化物机会多、潮湿，易成为阳极区，而上浪溅区下部接触氯化物机会多、潮湿，易成为阳极区，而上部接解氧气较多，易成为阴极区；部接解氧气较多，易成为阴极区；l 浪溅区混凝土潮湿、又含有渗入的电解质，使其易形成良好浪溅区混凝土潮湿、又含有渗入的电解质，使其易形成良好的导电通路；的导电通路；l 浪溅区干湿循环及海风风干作用使氯离子更易由于毛细管作浪溅区干湿循环及海风风干作用使氯离子更易由于毛细管作用进入混凝土内部。用进入混凝土内部。p钢

8、筋混凝土锈蚀破坏机理钢筋混凝土锈蚀破坏机理CO2, O 2, H2O222混混 凝凝 土土 表表 面面 应应力力 应应 力力 钢锈钢锈 破破坏裂缝坏裂缝 钢筋钢筋 钢锈膨胀压力，胀裂破坏钢锈膨胀压力，胀裂破坏(2)钢筋锈蚀破坏特征钢筋锈蚀破坏特征p混凝土顺钢筋开裂、剥落、脱层混凝土顺钢筋开裂、剥落、脱层 开裂开裂剥落剥落分层分层p钢筋混凝土间钢筋混凝土间“握裹力握裹力”下降与丧失下降与丧失 p钢筋断面损失：以局部腐蚀为主，均匀腐蚀较少。钢筋断面损失：以局部腐蚀为主，均匀腐蚀较少。p钢筋应力腐蚀断裂钢筋应力腐蚀断裂 ：应力锈蚀相互促进的结果。：应力锈蚀相互促进的结果。p钢筋腐蚀过程四阶段：钢筋腐

9、蚀过程四阶段：1）腐蚀孕育期）腐蚀孕育期T0、2）腐蚀发展期）腐蚀发展期1、3）腐蚀破坏期）腐蚀破坏期T2、4）腐蚀危害期）腐蚀危害期T3。T0T1T2T3。 (3)钢筋锈蚀影响因素钢筋锈蚀影响因素p混凝土密实度和保护层厚度混凝土密实度和保护层厚度 ： 密实度：水灰比、矿物掺合料、骨料；密实度：水灰比、矿物掺合料、骨料；保护层厚度：设计富余系数，保护层厚度：设计富余系数，30%。p混凝土保护层的完好性混凝土保护层的完好性 ： 成型质量：混凝土工作性、成型振动方式；成型质量：混凝土工作性、成型振动方式；表面开裂：材料性能、养护制度。表面开裂：材料性能、养护制度。开裂造成钢筋预应力损失开裂造成钢筋

10、预应力损失开裂，使水和其它离子进入开裂，使水和其它离子进入p混凝土液相混凝土液相pH值：值：pH10，钢筋锈蚀速率很小；，钢筋锈蚀速率很小；pH4时，钢筋锈蚀速率急剧增时，钢筋锈蚀速率急剧增加；加； 水泥品种、矿物掺合料不同，混凝土的碱度不同，碳化不同，水泥品种、矿物掺合料不同，混凝土的碱度不同，碳化不同，对钢筋的保护不同。对钢筋的保护不同。粉煤灰减小混凝土的氯离子扩散的作用粉煤灰减小混凝土的氯离子扩散的作用p混凝土混凝土l-含量：含量： 预应力混凝土：预应力混凝土：Cl-总量不超过总量不超过0.06%(水泥质量水泥质量)；普通混；普通混凝土：凝土：Cl-总量不超过总量不超过0.10%(水泥质

11、量水泥质量)。 水：水：200350mg/L；海砂：低于；海砂：低于0.06%；外加剂：防冻剂、；外加剂：防冻剂、早强剂。早强剂。 混凝土种类混凝土种类内掺型混凝土氯盐内掺型混凝土氯盐总掺量临界值（总掺量临界值（%）外掺型混凝土氯盐外掺型混凝土氯盐浓度临界值（浓度临界值（X10-6）中等强度混中等强度混凝土凝土1.155000高强混凝土高强混凝土0.8510500掺粉煤灰高掺粉煤灰高强混凝土强混凝土0.8-粉煤灰和高粉煤灰和高效减水剂双掺效减水剂双掺型高强混凝土型高强混凝土0.4510000p环境条件：环境条件： 氯盐、潮湿、冷热交替、干湿变化。氯盐、潮湿、冷热交替、干湿变化。 当构件使用环境

12、很干燥（湿度当构件使用环境很干燥（湿度 Fe2+ + 2e-电流电流p半电池电位半电池电位 测量钢筋不同部位电极电位，电位差越大，腐蚀速率越快。测量钢筋不同部位电极电位，电位差越大，腐蚀速率越快。 北京二环路西北角的西直门立交桥旧桥于北京二环路西北角的西直门立交桥旧桥于1978年年12月开工，月开工，1980年年12月完工。使用一段时间后，桥使用混凝土的部位都有月完工。使用一段时间后，桥使用混凝土的部位都有不同程度开裂。不同程度开裂。1999年年3月因各种原因拆除部分旧桥改建。月因各种原因拆除部分旧桥改建。旧桥东南引桥桥面和桥基钻芯作旧桥东南引桥桥面和桥基钻芯作K2ONa2OCl-含量测试。含

13、量测试。Cl-浓度呈明显梯度分布，表面浓度呈明显梯度分布，表面Cl-浓度为浓度为0.150.094和和0.15。距表面。距表面1 cm处处Cl-浓度骤增，分别为浓度骤增，分别为0.300.18和和0.78。在。在12 cm处处Cl-浓度达到最高值，其后随着离开表面距浓度达到最高值，其后随着离开表面距离的增加，离的增加，Cl-浓度逐渐减至浓度逐渐减至0.1左右左右。该混凝土的粗、细集料均含有一定数量的活性成分，该混凝土的粗、细集料均含有一定数量的活性成分， 存在发存在发生碱一集料的可能性。碱含量生碱一集料的可能性。碱含量Na2O为为0.3%、3.6kg/m3，可形成，可形成碱集料反应的条件。碱集

14、料反应的条件。冬夏气候变化。冬夏气候变化。 北京市北京市80年代每年化冰盐的撒散量为年代每年化冰盐的撒散量为400600 t，主要用于长，主要用于长安街和城市立交桥。西直门立交旧桥混凝土中的安街和城市立交桥。西直门立交旧桥混凝土中的Cl-主要来自化主要来自化冰盐冰盐NaCl。混凝土表面。混凝土表面Cl-含量低于距表面含量低于距表面12 cm处，是因其表处，是因其表面受雨水冲刷，部分面受雨水冲刷，部分Cl-溶解入雨水中流失。溶解入雨水中流失。Cl-超过最高极限值超过最高极限值后，会破坏钢筋的钝化膜，锈蚀钢筋，锈蚀产物体积膨胀，导致后，会破坏钢筋的钝化膜，锈蚀钢筋，锈蚀产物体积膨胀，导致钢筋开裂，

15、保护膜脱落。钢筋开裂，保护膜脱落。该混凝土的粗、细集料均含有一定数量的活性成分该混凝土的粗、细集料均含有一定数量的活性成分, 存在发生存在发生碱一集料的可能性。碱一集料的可能性。 盐冻盐冻+冻融冻融北京北四环健翔桥防撞墩修复实例北京北四环健翔桥防撞墩修复实例 健翔桥是北京北四环换乘道路上的一座主要的桥梁，该桥健翔桥是北京北四环换乘道路上的一座主要的桥梁，该桥自从开始使用到现在一直饱受汽车尾气中自从开始使用到现在一直饱受汽车尾气中SO2等有害气体、冬等有害气体、冬天化雪用的化雪盐中含有大量的天化雪用的化雪盐中含有大量的Cl-等有害离子的侵蚀，致使该等有害离子的侵蚀，致使该桥的防撞墩出现了大量的钢

16、筋锈蚀、保护层开裂等不同程度的桥的防撞墩出现了大量的钢筋锈蚀、保护层开裂等不同程度的破坏。破坏。材料材料钢筋保护剂钢筋保护剂Mucis Steel Protection表面型迁移性阻锈剂表面型迁移性阻锈剂MuCis mia 200修补砂浆修补砂浆MuCis BS 39混凝土表面加强防水剂混凝土表面加强防水剂TECNOSOLID 82/WP泰美涂保护涂料泰美涂保护涂料TECNORIV AC 100。 剔除保护层剔除保护层施工施工 用修补砂浆用修补砂浆BS39修补修补调配调配 、涂刷钢筋保护剂涂刷钢筋保护剂MSP涂刷表面型迁移性阻锈剂涂刷表面型迁移性阻锈剂 修复后效果修复后效果涂刷涂刷TECNOS

17、OLID 82/WP 涂刷泰美涂保护涂料涂刷泰美涂保护涂料AC 100 日照港煤码头日照港煤码头7#墩钢筋混凝土结构锈蚀墩钢筋混凝土结构锈蚀日照港煤码头主要以钢筋混凝土结构为主，由于长期受海水日照港煤码头主要以钢筋混凝土结构为主，由于长期受海水浸泡、干湿交替、日光曝晒、沿海盐雾、海生生物及潮湿空浸泡、干湿交替、日光曝晒、沿海盐雾、海生生物及潮湿空气的腐蚀，混凝土表面存在着大量的毛细孔及各种原因造成气的腐蚀，混凝土表面存在着大量的毛细孔及各种原因造成的细微缝隙，这些都是海水侵蚀码头混凝土的直接通道，混的细微缝隙，这些都是海水侵蚀码头混凝土的直接通道，混凝土孔隙中的水分通常以饱和的氢氧化钙溶液形式

18、存在，其凝土孔隙中的水分通常以饱和的氢氧化钙溶液形式存在，其中还含有一些氢氧化钠和氢氧化钾，中还含有一些氢氧化钠和氢氧化钾，pH值约为值约为12.5，海水环，海水环境下又含有较高浓度的氯离子。日积月累的作用使混凝土逐境下又含有较高浓度的氯离子。日积月累的作用使混凝土逐步形成表面多孔的腐蚀面，这种腐蚀面在海水的动力作用下步形成表面多孔的腐蚀面，这种腐蚀面在海水的动力作用下更加速了混凝土表层腐蚀。如果腐蚀介质进一步渗透到钢筋更加速了混凝土表层腐蚀。如果腐蚀介质进一步渗透到钢筋并造成锈蚀就会对码头的结构严重破坏，造成巨大的损失。并造成锈蚀就会对码头的结构严重破坏，造成巨大的损失。工程概况工程概况发生

19、的主要破坏情况发生的主要破坏情况钢筋锈蚀钢筋锈蚀盐盐水水侵侵蚀蚀混凝土开裂混凝土开裂某码头板梁底出现裂缝及钢筋锈蚀某码头板梁底出现裂缝及钢筋锈蚀华南地区某海港油气码头引桥使用仅华南地区某海港油气码头引桥使用仅8年，年，型板梁底出现明型板梁底出现明显裂缝及钢筋锈蚀。而显裂缝及钢筋锈蚀。而型板却基本完好请讨论其原因。型板却基本完好请讨论其原因。工程概况工程概况而而型板却基本完好型板却基本完好型板梁底出现明显裂缝及钢筋锈蚀型板梁底出现明显裂缝及钢筋锈蚀码头码头型板梁混凝土不同深度型板梁混凝土不同深度Cl-分布情况（分布情况（%）测试结果测试结果从表中可见，随混凝土深度增加，从表中可见，随混凝土深度增

20、加，Cl-含量依次递减。目前国含量依次递减。目前国外一般把混凝土内外一般把混凝土内Cl- 含量达到其致锈临界含量值时的时间，含量达到其致锈临界含量值时的时间，确定为混凝土的安全使用寿命。华南地区海港码头调查该值确定为混凝土的安全使用寿命。华南地区海港码头调查该值为为0.1050.145 。该混凝土保护层设计厚度为。该混凝土保护层设计厚度为5.5 cm，且，且由于施工偏差，部分构件实际保护层厚度低于设计值。当海由于施工偏差，部分构件实际保护层厚度低于设计值。当海水中水中Cl-渗透进混凝土，使钢筋表面渗透进混凝土，使钢筋表面Cl-含量达致锈值时，锈蚀含量达致锈值时，锈蚀开始；腐蚀产物体积膨胀，使混

21、凝土产生与钢筋平行的顺筋开始；腐蚀产物体积膨胀，使混凝土产生与钢筋平行的顺筋裂缝，乃至混凝土开裂，钢筋的电化学腐蚀迅速进行。裂缝，乃至混凝土开裂，钢筋的电化学腐蚀迅速进行。取样标高为取样标高为2.91-3.06 m。构件名称构件名称0-2cm2-4cm4-6cm6-8cm人行桥和引桥人行桥和引桥0.34190.20830.16470.0946工作平台工作平台0.42090.29930.16720.0969原因分析原因分析加拿大魁北克省拉瓦尔立交桥坍塌事故原因分析加拿大魁北克省拉瓦尔立交桥坍塌事故原因分析该桥于该桥于2006年月日发生立交桥坍塌事故并造成年月日发生立交桥坍塌事故并造成5人死人死亡

22、、亡、6人受伤。这座建于人受伤。这座建于1970年的立交桥设计寿命为年的立交桥设计寿命为70年，年，目前尚未发现任何设计方面的瑕疵。目前尚未发现任何设计方面的瑕疵。工程概况工程概况拉瓦尔立交桥坍塌事故发生后，有关人员对全省境内的拉瓦尔立交桥坍塌事故发生后，有关人员对全省境内的4500座立交桥进行了紧急普查，并确定其中座立交桥进行了紧急普查，并确定其中20座将接受进一步检座将接受进一步检查。该市另一座建于同一时间并拥有同样结构的立交桥及蒙查。该市另一座建于同一时间并拥有同样结构的立交桥及蒙特利尔附近另一座桥梁，也因担心存在安全隐患而关闭。特利尔附近另一座桥梁，也因担心存在安全隐患而关闭。当地下雪

23、频繁，桥面上撒的盐过多。当地下雪频繁，桥面上撒的盐过多。使用情况使用情况雪水渗透立交桥结构里面腐蚀钢筋，使其与混凝土雪水渗透立交桥结构里面腐蚀钢筋，使其与混凝土脱离，才引发了事故。脱离，才引发了事故。主要原因主要原因事故后采取行动事故后采取行动最近几年我国桥梁坍塌事故最近几年我国桥梁坍塌事故2011年年7月以来，一系列桥梁塌陷事故纷至沓来。月以来，一系列桥梁塌陷事故纷至沓来。7月月11日凌晨，江苏盐城境内日凌晨，江苏盐城境内328省道通榆河桥发生坍塌；省道通榆河桥发生坍塌；12日，武汉黄陂一高架桥被发现引桥严重开裂；日，武汉黄陂一高架桥被发现引桥严重开裂；14日上午，通车不到日上午，通车不到1

24、2年的武夷山公馆大桥倒塌；年的武夷山公馆大桥倒塌；15日凌晨，钱江三桥引桥桥面塌陷；日凌晨，钱江三桥引桥桥面塌陷；19日凌晨，一辆重达日凌晨，一辆重达160吨的严重超载货车造成北京市宝山吨的严重超载货车造成北京市宝山寺白河桥塌毁。寺白河桥塌毁。整个整个7月，脆弱的桥梁一个个倒下，压迫着公众的神月，脆弱的桥梁一个个倒下，压迫着公众的神经。人们用经。人们用“桥脆脆桥脆脆”来比喻这些来比喻这些“年轻有为年轻有为”的大桥。的大桥。据相关统计，在据相关统计，在2007年至年至2011年年5年间，全国已经有至少年间，全国已经有至少17座座大桥发生垮塌事故，造成大桥发生垮塌事故，造成156人死亡、人死亡、8

25、8人受伤、人受伤、23人失踪。人失踪。台湾高雄市的情况台湾高雄市的情况高雄市政府在高雄市政府在96年年9月至月至97年年2月間針對月間針對69座橋樑隧道做目視座橋樑隧道做目視檢測，其中有大順橋、民族橋等檢測，其中有大順橋、民族橋等20座橋樑隧道分別有鋼筋鏽座橋樑隧道分別有鋼筋鏽蝕、伸縮縫擴大、橫隔樑被管線通過破壞蝕、伸縮縫擴大、橫隔樑被管線通過破壞等缺失，應在等缺失，應在一年內做急迫性修復。且一年內做急迫性修復。且69座橋樑隧道中，其中座橋樑隧道中，其中33座都有鋼座都有鋼筋鏽蝕裸露的缺失。筋鏽蝕裸露的缺失。对桥梁进行混凝土中性化对桥梁进行混凝土中性化（碳化）檢測以定混凝土品（碳化）檢測以定混

26、凝土品質，甚至進行橋樑承載力質，甚至進行橋樑承載力評估，也就是常說之橋評估，也就是常說之橋樑載重試驗以確認橋樑之樑載重試驗以確認橋樑之承載能力。承載能力。钱江三桥引桥桥面塌陷事故分析钱江三桥引桥桥面塌陷事故分析中国工程院外籍院士、著名桥梁专家邓文中，中国工中国工程院外籍院士、著名桥梁专家邓文中，中国工程院院士郑皆连都表示，桥梁垮塌占主导性的原因在程院院士郑皆连都表示，桥梁垮塌占主导性的原因在于车辆严重超载。于车辆严重超载。设计存在问题：设计存在问题：钱江三桥南引桥事故桥跨为预制拼装式预应力钱江三桥南引桥事故桥跨为预制拼装式预应力空心板结构，就像一排筷子，每根筷子之间依靠相对薄弱的铰空心板结构，就像一排筷子，每根筷子之间依靠相对薄弱的铰缝混凝土连接，铰缝的作用是分配桥面荷载，它的破损会影响缝混凝土连接，铰缝的作用是分配桥面荷载，它的破损会影响桥梁的横向传力特性，削弱结构的整体受力性能；而主桥是整桥梁的横向传力特性，削弱结构的整体受力性能；而主桥是整体的预应力混凝土箱梁结构，更像是捆在一起的一把筷子。单体的预应力混凝土箱梁结构，更像是捆在一起的一把筷子。