钢筋锈蚀原理及应对措施案例图文丰富

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。

1985年，美国各类腐蚀引起损失达1680亿美元，钢筋锈蚀占40%左右；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而限载通车的公路桥占1/4，其中已经不能通车的占1%（约5000座），仅维修费高达900亿美元。我国交通部门于1980年对华南地区18座码头调查的结果发现：80%以上在使用不到20年间就出现了严重或较严重的钢筋锈蚀破坏；北方地区，北京西直门旧立交桥仅运行18年就拆除重建，沈阳文化路大立交桥使用13年后因钢筋锈蚀严重破坏，哈大公路，在建成5年后混凝土出现严重的顺筋胀裂和剥落。

(1)钢筋锈蚀破坏机理原电池反应原理腐蚀电池必备条件：1)阴极、阳极和电位差；

2)离子通路(电解质)；

3)电子通路。阴极反应:2H++2e-=H2↑阳极反应电流铜（阴极）锌（阳极）电极电位的形成原理图钢筋微电池腐蚀阳极反应：Fe-2e=Fe++

（氧化反应）阴极反应：O2+2H2O+4e→4OH-

（还原反应）综合反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2(伴有电流)Fe(OH)2+O2+2H2O→Fe(OH)3→Fe2O3·nH2O（铁锈）阴极阳极混凝土的保护作用

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；化学保护作用：高碱性环境（由于孔溶液中存在有NaOH、KOH，CH等，pH值大于12.5）下，阳极产生的Fe(OH)2被氧化成γ型氢氧化铁（纯化膜层）：Fe(OH)2+O2→γ-FeOOH+H2O（致密保护层）钢筋钝化层两个临界值：pH=9.88，开始形成钝化膜，pH=11.5，钝化膜才能完全覆盖钢筋表面。CO2CO2钢筋表面脱钝导致钢锈混凝土中性化导致锈蚀（pH≤10.5）Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O(氢氧化钙)

3CaO•SiO2•3H2O+CO2

→

3CaCO3+2SiO2+3H2O(水化硅酸钙)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氯盐导致钢筋锈蚀(Cl-/OH-≥0.6)Fe2++Cl-→[FeCl络合物]-

（还原反应）[FeCl络合物]-+2OH-=Fe(OH)2+Cl-Fe(OH)2+O2+2H2O→Fe(OH)3→Fe2O3·nH2O（铁锈）破坏钝化膜腐蚀宏观电池混凝土腐蚀坑钢筋钝化层钢筋Cl-在钢筋锈蚀中中的作用氯离子是极强强的阳极活(去钝化)剂。在水泥的的浸出液中，，即使其pH值还很高(如达到13)，只要有4~6mg/L浓度的氯离子子，就足以破破坏钢筋钝化化膜。Fe2++2Cl-+4H2O-----FeCl2.4H2OFeCl2.4H2O-----Fe(OH)2+2Cl-+2H++2H2O氯离子虽然并并不构成腐蚀蚀产物，在腐腐蚀中也不消消耗，但作为为促进腐蚀的的中间产物，，会给腐蚀起催催化作用。海洋浪溅区混混凝土的氯离离子侵蚀浪溅区下部接接触氯化物机机会多、潮湿湿，易成为阳阳极区，而上上部接解氧气气较多，易成成为阴极区；；浪溅区混凝土土潮湿、又含含有渗入的电电解质，使其其易形成良好好的导电通路路；浪溅区干湿循循环及海风风风干作用使氯氯离子更易由由于毛细管作作用进入混凝凝土内部。钢筋混凝土锈锈蚀破坏机理理CO2,O2,H2O222混凝土表面应力应力钢锈

破坏裂缝

钢筋

钢锈膨胀压力力，胀裂破坏坏．(2)钢筋锈蚀破坏坏特征混凝土顺钢筋筋开裂、剥落落、脱层开裂剥落分层钢筋－混凝土土间“握裹力力”下降与丧丧失钢筋断面损失失：以局部腐腐蚀为主，均均匀腐蚀较少少。钢筋应力腐蚀蚀断裂：应应力＋锈蚀相相互促进的结结果。钢筋腐蚀过程程四阶段：1）腐蚀孕育期期T0、2）腐蚀发展期期Ｔ1、3）腐蚀破坏期期T2、4）腐蚀危害期期T3。T0＞T1＞T2＞T3。(3)钢筋锈蚀影响响因素混凝土密实度度和保护层厚厚度：密实度：水灰灰比、矿物掺掺合料、骨料料；保护层厚度：：设计富余系系数，30%↑。混凝土保护层层的完好性：：成型质量：混混凝土工作性性、成型振动动方式；表面开裂：材材料性能、养养护制度。开裂造成钢筋筋预应力损失失开裂，使水和和其它离子进进入混凝土液相pH值：pH＞10，钢筋锈蚀速速率很小；pH≤4时，钢筋锈蚀蚀速率急剧增增加；水泥品种、矿矿物掺合料不不同，混凝土土的碱度不同同，碳化不同同，对钢筋的的保护不同。。粉煤灰减小混凝土的氯离子扩散的作用混凝土Ｃl-含量：预应力混凝土土：Cl-总量不超过0.06%(水泥质量)；普通混凝土土：Cl-总量不超过0.10%(水泥质量)。水：200～350mg/L；海砂：低于于0.06%；外加剂：防防冻剂、早强强剂。混凝土种类内掺型混凝土氯盐总掺量临界值（%）外掺型混凝土氯盐浓度临界值（X10-6）中等强度混凝土1.155000高强混凝土0.8510500掺粉煤灰高强混凝土0.8--粉煤灰和高效减水剂双掺型高强混凝土0.4510000环境条件：氯盐、潮湿、、冷热交替、、干湿变化。。当构件使用环环境很干燥（（湿度<40%），或完全处处于水中，钢钢筋的锈蚀极极慢，几乎不不发生锈蚀。。(4)钢筋锈蚀的预预防措施混凝土表面处处理阻锈剂钢筋涂层电化学保护法法1)混凝土表面处处理普通水泥砂浆浆层:5~20mm厚，减缓碳化化，用于轻弱弱侵蚀性环境；聚合物改性水水泥砂浆层将聚合物以乳乳液形式掺入入水泥砂浆，，提高砂浆层层密实性和粘粘接力；主要种类有：：丙烯酸类乳乳液、己烯基基树脂、环氧氧树脂乳液；；主要用于盐类类强腐蚀环境境:海洋、盐碱地地、撒化冰盐盐工程。表面渗透型防防水涂层在混凝土表面面涂以渗透型型涂层材料，，这些渗入的的物质，可与与混凝土组分起化学学作用和堵塞塞孔隙，或自自行聚合形成成连续性憎水水膜；典型代表应属属有机硅类材材料，如烷基基烷氧基硅烷烷等；防水、透气，用用于轻腐蚀环境境下的混凝土防防“老化”，如如碳化、中性化化。表面涂层沥青、煤焦油类类：用于地下工工程，有较好的的防水、防腐性性能，价格低廉。油漆类：耐碱、、弹性。一般不不能在潮湿基面面上施工，易老老化、不耐久。防水涂料：有效效防止水、水汽汽进入混凝土中中，则能起到防防止、减缓钢筋混凝土土腐蚀的效果。。树脂类涂料：环环氧树脂、己烯烯基树脂、丙烯烯酸树脂、聚氨氨酯等都可用于混凝土土的面层涂料，，以环氧树脂为为主的涂层，有较好的的防护性能和耐耐久性，可用于于较严酷的腐蚀环境中中。2)阻锈剂能抑制或减轻混混凝土中钢筋锈锈蚀的外加剂。。分为三类：阳极极型阻锈剂、阴阴极型阻锈剂、、综合型阻锈剂剂。最常用的阳极型型：主要作用于于阳极区，提高高钝化膜抵抗Cl-的渗透性来抑制钢钢筋锈蚀的阳极极过程。具氧化性，如亚亚硝酸盐、铬酸酸盐、硼酸盐等等。Fe2++OH-+NO2-→γ-FeOOH+NOCl-的破坏作用与亚亚硝酸盐的成膜膜作用同时存在在，当NO2-量大于Cl-量时，钢筋锈蚀蚀被阻止。阴极型：主要作作用于阴极区，，其主要作用机机理是这类物质质大都是表面活性物质质，它们选择性性地吸附在阴极极区，形成吸附膜，从而阻阻止或减缓电化化学反应的阴极极过程。钢筋涂层(环氧树脂涂层钢钢筋):用黏性环氧涂层层包裹钢筋，与钢筋紧密胶结结在一起，阻止止了阳极反应。。环氧涂层钢筋的的研究起源于美美国。美国联邦邦公路(FHWA)于70年代初开始研制制环氧涂层钢筋筋，1973年首次试用于桥桥面板，并不断断扩大应用和制制定相关标准。。随后，其他国家家和地区，也在在发展和应用环环氧涂层钢筋技技术，在海洋环环境、使用防冰冰盐及其他强腐腐蚀条件下，使使用环氧涂层钢钢筋是被推荐措措施之一，有些些是首选措施。。主要技术特点:涂层制作：环氧氧涂层钢筋采用用静电粉末喷涂涂的方法，在工工厂对钢筋涂层。能保证涂层与基基体钢筋的良好好粘结，抗拉、、抗弯好，90°弯曲不出现裂缝缝，这是其他涂涂层难以达到的的。环氧涂层钢钢筋与混凝土的的握裹力下降幅幅度最小(相关标准允许降降低10%)，而其他涂层都都可能使握裹力力大幅度降低(甚至超过50%)。环氧树脂粉末涂涂层还具备以下下性能：①耐碱碱性。能长期经经受混凝土的高高碱性环境(pH=12.5～13.5)；②耐化学侵蚀蚀。由于环氧树树脂粉末涂层具具有很高的化学学稳定性和耐腐腐蚀性，并且膜膜层具有不渗透透性，因此能阻阻止水、氧、氯氯盐等腐蚀介质质与钢筋接触；；③弹性和耐摩摩擦性都是良好好的。近年来，我国建建设部也制定了了环氧涂层钢筋筋的产品标准，，并开始有一些些工程应用的实实例。使用中应注意问问题:保证钢筋表面环环氧涂层的完整整性，无孔洞、、破伤或膜层太太薄等;运输、装卸过程程中，应最大限限度的保证不碰碰伤、划伤钢筋筋表面的环氧涂涂层；施工中，人和机机械搅捣，都不不应碰伤、划伤伤、损坏钢筋表表面的环氧涂层层。环氧涂层钢筋在在价格方面要比比普通钢筋贵，，在国外，增加加的费用可能占占到整个工程总总造价的1%～2%。电化学保护法:根据腐蚀电池原原理，强制使钢钢筋成为原电池池阴极而受到保护护不发生锈蚀的的一种防锈技术术。

Fe→Fe++＋2e

Fe←Fe+++2e+Me(充负电)

混凝土中钢筋阴极保护示意

(a)-外加电流法；(b)-牺牲阳极法

1-混凝土；2-钢筋(阴极)；3-铸铁阳极；4-直流电源；5-水；6-镁阳极使用中应注意问问题:结构物可实施阴阴极保护措施的的前提条件是，，混凝土中所有有钢筋必须是电电连通的，否则则会引起“杂散散电流”腐蚀。。大气环境下电解解质导电问题：：导电涂层。施工时严格避免免阴、阳极短路路、断路。在整个使用期间间，要维护、保保证所有设备正正常工作。电化学除氯阻锈锈法:在外加电场作用用下，使钢筋混混凝土中氯盐被排出，，钢筋重新钝化化的一种混凝土结构无无损修复技术．．从上世纪九十年年代开始在北美美、英国、德国国、瑞士、日本本及中东等20多个国家和地区区得到一定工程程应用，总应用用面积在20万m2左右。混凝土保护层混凝土中钢筋作阴极阳离子(如：K+、Na+、Ca2+、Mg2+)阴离子(如：Cl-、OH-)外部电解质中的阳极+V－可能产生的负面面影响：混凝土中其它阴阴离子如OH-、SO42-、NO2-（如以Ca(NO2)2作为阻锈剂掺入入使用时）也同同时被排出，可可能导致部分CSH、硫铝酸盐水化化产物会发生分分解，从而导致致混凝土内层孔孔隙结构粗化；；同时在钢筋-混凝土界面处聚聚集了大量富钠钠、富钙、富铁铁、富钙的水化化产物，可能导导致或加速碱-骨料反应破坏。。在外加电场作用用下，混凝土中中钢筋阴极极化化反应生成的大大量氢气，可能能导致钢筋抗拉拉强度和延性降降低而发生“氢氢致脆断”破坏坏象。(6)混凝土钢筋锈蚀蚀的检测技术直接测量法：破破损检测方法×分析推测法：基基于材料、环境境、荷载综合因因素基础上进行行分析无损检测方法：：电化学法、物物理法等。372.0ResmVCu/CuSO4

半电池高灵敏度万用表多孔木塞Fe->Fe2++2e-电流半电池电位测量钢筋不同部部位电极电位，，电位差越大，，腐蚀速率越快快。现象北京二环路西北北角的西直门立立交桥旧桥于1978年12月开工，1980年12月完工。使用一一段时间后，桥桥使用混凝土的的部位都有不同同程度开裂。1999年3月因各种原因拆拆除部分旧桥改改建。旧桥东南引桥桥桥面和桥基钻芯芯作K2O﹑Na2O﹑Cl-含量测试。Cl-浓度呈明显梯度度分布，表面Cl-浓度为0.15％﹑0.094％和0.15％。距表面1cm处Cl-浓度骤增，分别别为0.30％﹑0.18％和0.78％。在1～2cm处Cl-浓度达到最高值值，其后随着离离开表面距离的的增加，Cl-浓度逐渐减至0.1％左右。该混凝土的粗、、细集料均含有有一定数量的活活性成分，存在发生碱一集集料的可能性。。碱含量Na2O为0.3%、3.6kg/m3，可形成碱集料料反应的条件。。冬夏气候变化。。原因北京市80年代每年化冰盐盐的撒散量为400～600t，主要用于长安安街和城市立交交桥。西直门立立交旧桥混凝土土中的Cl-主要来自化冰盐盐NaCl。混凝土表面Cl-含量低于距表面面1～2cm处，是因其表面面受雨水冲刷，，部分Cl-溶解入雨水中流流失。Cl-超过最高极限值值后，会破坏钢钢筋的钝化膜，，锈蚀钢筋，锈锈蚀产物体积膨膨胀，导致钢筋筋开裂，保护膜膜脱落。该混凝土的粗、、细集料均含有有一定数量的活活性成分,存在发生碱一集集料的可能性。。盐冻+冻融北京北四环健翔翔桥防撞墩修复复实例健翔桥是北京北北四环换乘道路路上的一座主要要的桥梁，该桥桥自从开始使用用到现在一直饱饱受汽车尾气中中SO2等有害气体、冬冬天化雪用的化化雪盐中含有大大量的Cl-等有害离子的侵侵蚀，致使该桥桥的防撞墩出现现了大量的钢筋筋锈蚀、保护层层开裂等不同程程度的破坏。材料钢筋保护剂MucisSteelProtection表面型迁移性阻阻锈剂MuCismia200修补砂浆MuCisBS39混凝土表面加强强防水剂TECNOSOLID82/WP泰美涂保护涂料料TECNORIVAC100。剔除保护层施工用修补砂浆BS39修补调配、涂刷钢筋保护剂剂MSP涂刷表面型迁移移性阻锈剂修复后效果涂刷TECNOSOLID82/WP涂刷泰美涂保护护涂料AC100日照港煤码头7#墩钢筋混凝土结结构锈蚀日照港煤码头主主要以钢筋混凝凝土结构为主，，由于长期受海海水浸泡、干湿湿交替、日光曝曝晒、沿海盐雾雾、海生生物及及潮湿空气的腐腐蚀，混凝土表表面存在着大量量的毛细孔及各各种原因造成的的细微缝隙，这这些都是海水侵侵蚀码头混凝土土的直接通道，，混凝土孔隙中中的水分通常以以饱和的氢氧化化钙溶液形式存存在，其中还含含有一些氢氧化化钠和氢氧化钾钾，pH值约为12.5，海水环境下又又含有较高浓度度的氯离子。日日积月累的作用用使混凝土逐步步形成表面多孔孔的腐蚀面，这这种腐蚀面在海海水的动力作用用下更加速了混混凝土表层腐蚀蚀。如果腐蚀介介质进一步渗透透到钢筋并造成成锈蚀就会对码码头的结构严重重破坏，造成巨巨大的损失。工程概况发生的主要破坏坏情况钢筋锈蚀蚀盐水侵蚀混凝土开开裂某码头板板梁底出出现裂缝缝及钢筋筋锈蚀华南地区区某海港港油气码码头引桥桥使用仅仅8年，л型板梁底底出现明明显裂缝缝及钢筋筋锈蚀。。而л型板却基基本完好好请讨论论其原因因。工程概况况而л型板却基基本完好好л型板梁底底出现明明显裂缝缝及钢筋筋锈蚀码头л型板梁混混凝土不不同深度度Cl-分布情况况（%）测试结果果从表中可可见，随随混凝土土深度增增加，Cl-含量依次次递减。。目前国国外一般般把混凝凝土内Cl-含量达到到其致锈锈临界含含量值时时的时间间，确定定为混凝凝土的安安全使用用寿命。。华南地地区海港港码头调调查该值值为0.105％～0.145％。该混混凝土保保护层设设计厚度度为5.5cm，且由于于施工偏偏差，部部分构件件实际保保护层厚厚度低于于设计值值。当海海水中Cl-渗透进混混凝土，，使钢筋筋表面Cl-含量达致致锈值时时，锈蚀蚀开始；；腐蚀产产物体积积膨胀，，使混凝凝土产生生与钢筋筋平行的的顺筋裂裂缝，乃乃至混凝凝土开裂裂，钢筋筋的电化化学腐蚀蚀迅速进进行。取样标高高为2.91-3.06m。构件名称0-2cm2-4cm4-6cm6-8cm人行桥和引桥0.34190.20830.16470.0946工作平台0.42090.29930.16720.0969原因分析析加拿大魁魁北克省省拉瓦尔尔立交桥桥坍塌事事故原因因分析该桥于2006年９月３３０日发发生立交交桥坍塌塌事故并并造成5人死亡、、6人受伤。。这座建建于1970年的立交交桥设计计寿命为为70年，目前前尚未发发现任何何设计方方面的瑕瑕疵。工程概况况拉瓦尔立立交桥坍坍塌事故故发生后后，有关关人员对对全省境境内的4500座立交桥桥进行了了紧急普普查，并并确定其其中20座将接受受进一步步检查。。该市另另一座建建于同一一时间并并拥有同同样结构构的立交交桥及蒙蒙特利尔尔附近另另一座桥桥梁，也也因担心心存在安安全隐患患而关闭闭。当地下雪雪频繁，，桥面上上撒的盐盐过多。。使用情况况雪水渗透透立交桥桥结构里里面腐蚀蚀钢筋，，使其与与混凝土土脱离，，才引发发了事故故。主要原因因事故后采采取行动动最近几年年我国桥桥梁坍塌塌事故2011年7月以来，，一系列列桥梁塌塌陷事故故纷至沓沓来。7月11日凌晨，，江苏盐盐城境内内328省道通榆榆河桥发发生坍塌塌；12日，武汉汉黄陂一一高架桥桥被发现现引桥严严重开裂裂；14日上午，，通车不不到12年的武夷夷山公馆馆大桥倒倒塌；15日凌晨，，钱江三三桥引桥桥桥面塌塌陷；19日凌晨，，一辆重重达160吨的严重重超载货货车造成成北京市市宝山寺寺白河桥桥塌毁。。整个7月，脆弱弱的桥梁梁一个个个倒下，，压迫着着公众的的神经。。人们用用“桥脆脆”来比喻这这些“年轻有为为”的大桥。。据相关统统计，在在2007年至2011年5年间，全全国已经经有至少少17座大桥发发生垮塌塌事故，，造成156人死亡、、88人受伤、、23人失踪。。台湾高雄雄市的情情况高雄市政政府在96年9月至97年2月間針對對69座橋樑隧隧道做目目視檢測測，其中中有大順順橋、民民族橋等等20座橋樑隧隧道分別別有鋼筋筋鏽蝕、、伸縮縫縫擴大、、橫隔樑樑被管線線通過破破壞……等缺失，，應在一一年內做做急迫性性修復。。且69座橋樑隧隧道中，，其中33座都有鋼鋼筋鏽蝕蝕裸露的的缺失。。对桥梁进进行混凝凝土中性性化（碳碳化）檢檢測以定定混凝土土品質，，甚至進進行「橋橋樑承載載力評估估」，也也就是常常說之「「橋樑載載重試驗驗」以確確認橋樑樑之承載載能力。。钱江三桥桥引桥桥桥面塌陷陷事故分分析中国工程程院外籍籍院士、、著名桥桥梁专家家邓文中中，中国国工程院院院士郑郑皆连都都表示，，桥梁垮垮塌占主主导性的的原因在在于车辆辆严重超超载。设计存在在问题：：钱江三桥桥南引桥桥事故桥桥跨为预预制拼装装