钢筋混凝土中钢筋腐蚀原理的研究

摘要伴随着国家经济的迅速发展，钢筋混凝土和高效钢筋混凝土结构的使用日益增多，在此背景下，钢筋腐蚀和其耐久性问题也日益引起人们的关注。我们都知道，在我国，钢筋混凝土的结构已经被大量使用，如果它出了问题，对于国家的经济和人民的生命健康来说，都是有风险的。近年来，随着混凝土中钢筋的腐蚀，其与之关联的结构已出现了耐久性能下降的趋势，严重影响到其承载力和服役寿命。基于此，本文对混凝土中的钢筋腐蚀与结构耐久性之间的有关问题展开了一定的分析，并对降低钢筋腐蚀的方法展开了探讨，力争可以为提高我国建筑结构的耐久性提供一些理论依据。钢筋腐蚀是影响RC和RC构件耐久性能和安全性能的重要因素。受碳化、氯离子侵蚀等影响，混凝土中原有的钝化膜逐渐失效，引起钢筋锈蚀，形成3-4倍于被侵蚀后的钢筋，引起其沿着钢筋纵长方向发生裂纹，从而加速了钢筋锈蚀，加速了其承载能力和可靠度，严重时会出现断裂，严重时会造成钢筋断裂，严重时会威胁到结构安全。研究结果显示，由于钢筋腐蚀而导致的RC结构提前失效已经是一个全球性的问题。美国标准机构在一九七五年所做的一项研究显示，在全国所有种类的锈蚀中，有百分之四十是由水泥中的锈蚀造成的；日本新干线通车不足10年即发生了大规模的混凝土开裂和剥蚀，其原因是由于混凝土中的钢筋锈蚀造成的。我国多年来广泛使用的RC建筑，在长期服役过程中，特别是上个世纪50-60年代，因需进行早强化和抗冻融而导致的高浓度RC建筑材料的耐久性失效问题十分突出。长久以来，在严峻的工作条件下，特别是连续发生的几起重大事故，使得科学工作者意识到了对混凝土耐久性能进行深入的研究与提升的重要意义。关键词：混凝土，钢筋，结构，耐久性ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofChina'seconomy,theapplicationofreinforcedconcretestructuresandhigh-performancereinforcedconcretestructureshasbecomemoreandmoreextensive,andinthiscase,therustofsteelbarsandtheproblemofdurabilityhavereceivedmoreandmoreattention.Weknowthatreinforcedconcretestructureshavebeengreatlyusedinourcountry,andoncethereisaproblem,thenthesmallnationaleconomy,aslargeasthesafetyofthepeople,maybethreatened.Inrecentyears,duetothecorrosionofsteelbarsinconcrete,thedurabilityofitsrelatedstructureshasbeguntograduallydecline,whichundoubtedlyendangersthebearingcapacityofthestructureandreducestheservicelifeofthestructure.Accordingly,thispaperanalyzestherelatedproblemsofsteelcorrosionandstructuraldurabilityinconcrete,andalsostudiesthemethodsofreducingsteelcorrosion,andstrivestoobtainacertaintheoreticalbasisfortheimprovementofthedurabilityofbuildingstructuresinChina.Rebarcorrosionhasagreatinfluenceonthedurabilityandsafetyofreinforcedconcretestructuresandprestressedconcretestructures.Concreteundertheactionofavarietyoffactors(suchascarbonization,chlorideionerosion,etc.),steelbarduetotheoriginalformationofthealkalinemediumpassivationfilmisdestroyedandgraduallyloseitsprotectiveeffect,resultinginsteelrust,thevolumeofrustgeneratedis3~4timeslargerthanthecorrodedmetalvolume,sothattheconcreteprotectivelayeralongthelongitudinalcrackofthesteelbar,andoncethecrackoccurs,thecorrosionrateofthesteelbarisgreatlyaccelerated,thebearingcapacityofstructuralcomponentsandthespeedofreliabilitydeteriorationaregreatlyaccelerated,andsomeevendeveloptothesteelbarrust,endangeringthesafetyofthestructure.Literatureshowsthattheprematurefailureofreinforcedconcretestructurescausedbysteelcorrosionhasbecomeamajordisasterofgeneralconcerninallcountriesintheworld.A1975surveybytheAmericanBureauofStandardsshowedthatcorrosionofsteelbarsinconcreteaccountedfor40%ofallkindsofcorrosionintheUnitedStates;Lessthan10yearsaftertheuseoftheJapaneseShinkansen,therewasalargeareaofconcretecrackinganderosioncausedbysteelcorrosion.InChina,alargenumberofreinforcedconcretestructureshavebeenusedfordecades,forthecorrosionofharshenvironmentalconditions,especiallyinthefiftiesandsixtiesofthe20thcentury,duetotherequirementofearlystrengthorantifreezeintheconcretemixedwithexcessivechlorinesaltstructure,durabilitydamagephenomenonisveryserious.Foralongtime,peoplehavefoundthatconcretestructureswillnotagebeforeagingincomplexandharshenvironments,especiallythecontinuousengineeringaccidents,whichhasmadetheacademiccommunitydeeplyrealizethepracticalsignificanceofstudyingandimprovingthedurabilityofconcreteinthefaceofbloodlessons.Keywords:Concrete;Rebar;Structure;durability目录TOC\o"1-3"\h\u10781第一章前言 钢筋腐蚀对结构受力的影响在钢筋砼建筑中，由于四周的水泥层起到了防护作用，通常不会发生锈蚀。但是，在某些情况下，如果防护膜被损坏或者防护膜的厚度不够，则会引起混凝土的锈蚀。总体而言，因界面处钢筋的锈胀作用，会引起混凝土沿筋开裂，进而引起混凝土保护层脱皮，降低了结构的有效截面，并降低了界面处的胶结强度；而随着混凝土强度的提高，混凝土中的钢筋会因腐蚀而变小，强度下降，混凝土的强度下降，从而导致混凝土的破坏。混凝土中的钢筋腐蚀将降低其承载能力，降低其使用性能。钢筋腐蚀对混凝土粘结力的影响主要表现在：腐蚀后的钢筋与混凝土界面会产生腐蚀，腐蚀后的钢筋与混凝土界面的结合强度会降低；锈蚀的溶胀会引起混凝土裂缝，使其对钢筋的锚固效果减弱；由于钢筋的腐蚀，导致其与混凝土的力学性能丧失。(1)钢筋在混凝土中的腐蚀产生的是一种结构性的空洞的氧化剂，这种氧化剂使钢筋和混凝土的接触面发生显著变化，使其与混凝土的结合效果减弱。(2)钢筋的腐蚀物质所占的空间大于未被腐蚀之前的钢铁，由此导致了围绕着钢筋的混合混凝土的若干次侵蚀和损坏。所以，我们可以假定，在t0期间才是真实的建筑的安全服役时间，对于t0期间的预计应该是最稳妥的。目前，国内外学者对T2、T3节理进行了大量的研究，然而，因其所处的混凝土及真实环境的复杂，加之资料与模型的匮乏，导致其预报存在诸多问题。特别是对于T3断面的建筑物，必须尽早进行加固和维护，防止建筑物被损坏。锈蚀对混凝土构件力学性能的影响在钢筋砼建筑中，由于四周的水泥层起到了防护作用，通常不会发生锈蚀。但是，在某些情况下，如果防护膜被损坏或者防护膜的厚度不够，则会引起混凝土的锈蚀。总体而言，因界面处钢筋的锈胀作用，会引起混凝土沿筋开裂，进而引起混凝土保护层脱皮，降低了结构的有效截面，并降低了界面处的胶结强度；而随着混凝土强度的提高，混凝土中的钢筋会因腐蚀而变小，强度下降，混凝土的强度下降，从而导致混凝土的破坏。混凝土中的钢筋腐蚀将降低其承载能力，降低其使用性能。钢筋腐蚀对混凝土粘结力的影响主要表现在：腐蚀后的钢筋与混凝土界面会产生腐蚀，腐蚀后的钢筋与混凝土界面的结合强度会降低；锈蚀的溶胀会引起混凝土裂缝，使其对钢筋的锚固效果减弱；由于钢筋的腐蚀，导致其与混凝土的力学性能丧失。(1)钢筋在混凝土中的腐蚀产生的是一种结构性的空洞的氧化剂，这种氧化剂使钢筋和混凝土的接触面发生显著变化，使其与混凝土的结合效果减弱。(2)腐蚀产物在腐蚀之前所占的空间大于腐蚀之前所占的空间，因此对包裹在腐蚀过程中所形成的胶结作用产生了不利影响。结论总之，国内关于混凝土结构中的钢筋腐蚀问题的研究还很少，而在现实生活中，由于钢筋腐蚀而造成的建筑结构的耐久度降低也是经常出现的。并在此基础上进行了详细的研究，总结出如下几点：(1)在当前的混凝土耐久工程中，对混凝土中钢筋锈蚀的研究是一项困难的工作，它与钢铁的锈蚀具有共性和独特性，在不同的锈蚀介质下，混凝土中的钢筋锈蚀可以分为化学锈蚀和电锈蚀两类。在不同的环境下，其腐蚀机理和腐蚀程度是不同的。(2)在进行承载能力评价时，应将锈蚀引起的钢筋-混凝土界面粘接特性劣化，从而改变了构件的失效形式。(3)在未产生裂缝之前，锈蚀材料从混凝土向钢筋中蔓延，造成锈蚀，故必须对砼的构造进行严格的控制，以确保砼的压实程度。在开裂后，因为锈蚀气体会对混凝土内的钢筋进行侵蚀，而且一般的混凝土结构也不会允许开裂，所以需要对开裂后的构件进行防腐处理。(4)最近几年，在世界各地进行了许多调查，结果表明，许多正在使用的钢筋混凝土建筑物已经出现了锈蚀损坏，特别是在多雨、多湿的地区，锈蚀损坏更加明显。因此，改善防护层紧实程度及加强对钢筋的包覆，是改善其抗腐蚀性能，减少或消除其对混凝土结构造成的破坏的重要途径。参考文献[1]蔡榜文,裴强,崔迪,李维红.单轴循环加载海水腐蚀下的SMA加固钢筋混凝土柱轴压性能研究[J/OL].建筑结构:1-6[2023-02-23].[2]许见超,吴洁琼,陈圣刚,刁波,赵体波.疲劳损伤与氯腐蚀作用后钢筋混凝土梁疲劳寿命预测[J].建筑结构学报,2022,43(S1):69-76.[3]路承功,魏智强,乔宏霞,乔国斌,付勇.基于Weibull分布的钢筋混凝土腐蚀环境耐久性寿命预测[J].应用基础与工程科学学报,2022,30(06):1534-1544.[4]刘赫,刘俊博,朱子豪,赵雅宏,王志钢,矫立新,栾靖尧,张鹏.混凝土腐蚀减薄对钢筋混凝土管节承载性能影响[J].土木工程与管理学报,2022,39(04):62-69+75.[5]孟祥晖,冯琼,张云升,乔宏霞,谢晓扬.盐渍土环境下钢筋混凝土腐蚀劣化行为及竞争失效分析[J/OL].材料