1、1钢筋锈蚀情况下混凝土结构失效的原因及检测摘 要：在混凝土结构中，钢筋锈蚀是影响结构可靠性的一个主要因素，尤其是当钢筋暴露在含有氯化物的环境中时，更容易受到腐蚀。另外，混凝土结构的外观质量、混凝土本身的质量等也是造成钢筋锈蚀的一些主要因素。基于此，文章对钢筋锈蚀情况下混凝土结构失效的原因和检测进行探讨。 关键词：钢筋锈蚀；混凝土结构；失效原因；检测 目前，钢筋混凝土结构被普遍应用于港口、桥梁、土建等工程结构领域中，具有耐久性高、抗压强度好、整体性能好等优点。不过，钢筋混凝土结构在使用的过程中还具有抗裂性不好、自身重量大、钢筋易锈蚀等方面的缺点，甚至会威胁建筑结构的安全性，造成不必要的经济损失，
2、所以对混凝土结构的失效原因进行分析研究，有非常高的社会经济效益和现实意义。 1 钢筋混凝土锈蚀的原因 1.1 出现锈蚀的具体过程。钢筋混凝土的锈蚀是阳极和阴极半电池发生电化学反应的一个过程，钢筋表面阳极区域的铁原子失去了电子变成了铁离子溶解在了混凝土的微孔水中。 阴极反应：2e-+H2O+1/2 O22OH- 在反应的过程中，电子被消耗，而钢筋的电中性被保存下来，存在阴极区域的氢氧根离子（OH-） ，使得此区域四周的微孔水局部地区的碱2度增加，提高了此区域钢筋表面的钝化膜。 阳极反应：FeFe2+2e- 在阳极反应地区生成的电子从钢筋的本身向钢筋表面的阴极区域进行移动，并和遇到的氧气、水分发生
3、反应，产生氢氧根离子。 假如在阳极区域的铁原子经过阳极反应后转变成了亚铁离子，并在混凝土的微孔水发生了溶解，不再进一步的产生变化，此时钢筋混凝土的保护层就不会出现剥落和开裂的情况，但是当遇到特定的情况时，亚铁离子将会出现进一步的化学反应，导致钢筋表面出现锈蚀的情况。 Fe2+2OH-Fe（OH）2 4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3 2Fe（OH）32H2O+Fe2O3H2O 1.2 氯化物的锈蚀原理。钢筋在受到氯离子的腐蚀后，自身并不会受到损耗，只是对腐蚀过程的催化速度进行了提升，钢筋表面在受到氯离子的催化下，阳极反应产生的 Fe2+会被输送出去，使其无法在阳极区域进行堆积。结
4、果就导致钢筋腐蚀的速度加快，另外，当混凝土中进入氯化物后，钠离子、氯离子、钙离子等阳离子都会进入到混凝土中离子导电，导致钢筋腐蚀阳极和电池阴极之间的混凝土电阻降低，加快了电化学腐蚀的速度。 1.3 碳酸化的锈蚀原理。当混凝土中的碱性氧化物和空气中的二氧化碳气体之间不断的相互作用，和二氧化硫、氯化物等气体相同，二氧化碳溶解到水中后也会形成酸，不过和其他的酸相比，二氧化碳溶解到水中后形成的酸不会对混凝土的水泥石基体造成侵蚀，仅仅只是和混凝土微孔水中的碱产生了中和反应，并形成碳酸钙，沉积在微孔的内壁上。3CO2+H2OH2CO3 H2CO3+Ca（OH）2CaCO3+2H2O 当生成的碳酸钙不断在水
5、溶液中发生沉淀以及氢氧化钙的不断消耗，会导致微水孔溶液重体 pH 值不断的降低，当 pH 值降低到一定的范围时，就会损害钢筋的钝化膜，裸露出来的钢筋就会出现电化学腐蚀的情况。 2 钢筋锈蚀对混凝土结构造成的影响 混凝土的钢筋在受到腐蚀以后，会遭受下面两个方面的危害。 （1）腐蚀导致钢筋的横截面降低，进而导致混凝土结构的承载力降低。尤其是在钢筋局部点被腐蚀后，在某个点上导致钢筋的横截面积降低，导致钢筋混凝土结构安全储备降低，甚至无法继续承受结构的临界荷载。（2）钢筋受到锈蚀后，体积会增加 35 倍，出现体积膨胀的情况，进而导致混凝土出现拉应力，致使混凝土的覆盖层出现胀裂和裂纹的情况。而且当混凝土
6、的保护层受到损失后，具有侵蚀效果的成分就会和钢筋表面产生接触，加快腐蚀的速度。 3 钢筋锈蚀的检查方法 3.1 交流阻抗法检测。电化学交流阻抗法是利用工作频率域的技术来进行检测的，通过将电化学界面看作一些基本的电路元件的组合，然后使用小幅交流电压信号在电极的两端进行施加，根据电流的响应情况计算出反应参数，比如极化电阻扩散过程参数、电极的双电层电容参数。国外的科学家首次使用 EIS 技术来对钢筋的锈蚀情况进行检测，并将模拟阻抗数值的等效电路参数提了出来。而且使用 EIS 技术对浸入在海水中的混凝土试样进行了检查，证明了在阻抗在低频范围内出现响应和电4荷的转移过程相关，在高频范围内阻抗相应和表面膜
7、的形成相关。通过对线性极化技术和 EIS 响应进行比较以及对腐蚀过程的详细特征进行观察，证明其他技术和线性化电阻的数值非常的接近。通过对 EIS 谱和一些系统参数（局部化学成分、几何形状、微观结构）的研究发现界面反映、钢筋表面的钝化膜、大体积混凝土特征等和时间常数有一定的关系，通过在特定情况下对时间常数观察证明，混凝土干缩是造成以上情况出现的主要因素。 3.2 半电池电位的检测方法。半电池电位法是根据钢筋混凝土的阴极区和阳极区位置存在着电位差，出现了电子流动的情况，进而对钢筋造成了腐蚀。可以通过对一个放在混凝土表面的半电池和钢筋之间的电位差来进行测量，进而预测到钢筋的锈蚀程度。 首先使用以高电
8、阻的伏特计和以参比电极（甘汞电极、Ag/AgCl、Cu/Cu-SO4）来对钢筋的电极位进行测量，并使用电位的标准情况和实际测量的电位情况进行对比，进而对钢筋的腐蚀状态进行判断。在正常的情况下，半电池电网的测量值指的是铁溶解量的函数，当钢筋混凝土四周的混凝土微孔不存在氧化的情况时，在阴极不会产生反应，仅仅只有少量的铁溶解到了微孔中。当铁离子的浓度达到一定的程度后，就会逐渐变的平衡，即使测量到的半点池电位非常的低，在对混凝土钢筋进行检查时，钢筋并没有受到非常严重的腐蚀，也就是说此时钢筋受到腐蚀的速率不高。 3.3 铁离子含量的检测方法。钢筋受到锈蚀后，锈蚀产物多以氯化铁、氧化铁、硫酸铁等铁盐的形式
9、存在，其中氧化铁的含量最高，当混5凝土保护层处于比较潮湿的环境中或者被雨水浸润时，产生的锈蚀产物就会沿着微细孔隙渗透出来，随着扩散的逐渐稳定，各种扩散物质会逐渐按照梯度进行分布，对于处于相同环境下，类型相同的混凝土铁离子的含量和钢筋的锈蚀程度是有很大的关系的，经试验证明，通过检测铁离子的含量来对钢筋的锈蚀情况进行判断是切实可行的，不过在使用这种方法时，为了防止误判情况的出现，要注意钢筋的距离和选择样品的一致性。 4 结语 钢筋混凝土的碳酸化或者氯化物都会对钝化层造成破坏，并对钢筋造成腐蚀。在进行检测的过程中，可以使用的方法有很多，比如电位图的绘制、电位检测等都是行之有效的方法。文章通过对上面几种锈蚀检测方法进行对比得出，在对普通的钢筋混凝土结构的腐蚀情况进行检测时，可以使用锈蚀仪和外观目视普测的方法来对典型的断面进行检测，不过在施工锈蚀仪进行检测的过程中要根据不同的环境对电位进行修正，所以相关的检测人员要具备丰富的检测经验。 参考文献 1 李松滢.影响混凝土结构钢筋锈蚀的因素及措施探讨J.中国新技术新产品，2011（16）. 2 刘刚，张奎志，韩冰.滨海电厂钢筋混凝土腐蚀防护应用J.海洋科学，2005（07）.
