混凝土结构中钢筋锈蚀的影响 因素和检测评判方法的探讨 宋军华， 谢向阳 （安徽省交通规划设计研究院，安徽合肥 ２３００８８） 摘要：工程实践证明，在钢筋混凝土结构中，钢筋的锈蚀是影响结构耐久性的主要因素。文章根据混凝土中钢筋锈蚀机理，分析 钢筋锈蚀主要影响因素，如钢筋锈蚀电位、氯离子含量、混凝土碳化深度、混凝土保护层厚度、混凝土电阻率、混凝土的密实性、氧 的影响机理．并对各影响因素的检测方法和推荐评判标准进行了探讨。 关键词：钢筋锈蚀；影响因素；检测评判方法 中图分类号： ＦＵ５１１．３２；Ｕ４４５．７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—５７８ｌ（２０１０）０１－００８５—０３ 大量工程实践证明，在钢筋混凝土结构中，钢筋 测量铜一硫酸铜参考电极与钢筋一混凝土电极之间 的锈蚀是影响结构耐久性的主要因素。钢筋的锈蚀 的电位差确定，目前国内外混凝土中钢筋锈蚀状况的 会导致混凝土保护层开裂，钢筋与混凝土之间的粘接 检测主要应用半电池电位法。检测结果可按照表１ 力破坏，钢筋受力面积减少，结构强度降低等，从而导 推荐的评判标准判断混凝土中钢筋发生锈蚀的概率 致结构耐久性的降低，因此，钢筋锈蚀的研究是钢筋 或钢筋正在发生锈蚀的活动性 。 混凝土构件耐久性研究的一个很重要内容。 表１推荐的评判标准 １ 混凝土中钢筋锈蚀机理 当二氧化碳、氯离子等腐蚀性介质侵入时，混凝 土的碱性降低或者混凝土保护层受拉开裂等将造成 全部或局部破坏钢筋表面的钝化状态，钢筋表面的不 同部位后出现较大的电位差，形成阳极和阴极，在一 注：（１）表中电位水平为采用铜一硫酸铜电极时的量测值。 定的环境条件下钢筋就会开始锈蚀。阳极区段的钢 （２）混凝土湿度对量测值有明显影响，量测时构件应为自然 状态，否则不能使用此评定标准。 筋表面处于活化状态，发生阳极反应，即 ２Ｆｅ一４ｅ一一２Ｆｅ ２．２氯离子含量 存在水分和溶解氧，在阴极发生以下阴极反 混凝土中氯离子含量对钢筋锈蚀的影响较大，当 应，即 混凝土中含有氯离子（氯离子含量达到０．６～ ２Ｈ２０＋（）２＋４ｅ一４０Ｈ一 １．２ ｋｇ／ｍ。）时，可诱发或加速钢筋锈蚀。氯离子不 ２钢筋锈蚀影响因素和检测评判方法 仅促成了钢筋表面的腐蚀电池，而且加速了电池的作 用。通常把使阳极过程受阻称作阳极极化作用，而把 ２．１钢筋锈蚀电位 加速阳极极化作用称作去极化作用，氯离子正是发挥 钢筋锈蚀是一个电化学过程，钢筋锈蚀的自然电 了阳极去极化作用。混凝土中氯离子的存在强化了 位是把钢筋／｝昆凝土看成一个半电池，是钢筋／混凝土 离子道路，降低了阴 阳极之间的欧姆电阻，提高了腐 与参考电极之间的电位差，反映了钢筋锈蚀的状态和 蚀电池的效率，从而加速了电化学腐蚀过程。 活性。通过对钢筋锈蚀电位的测量，从而对钢筋的锈 混凝土中氯离子含量可采用现场按混凝土不同 蚀可能性做出判断。混凝土中钢筋锈蚀电位可通过 深度取样，通过对样品进行化学分析的方法ｌ＿２ 进行测 收稿日期：２００９ ０９—１ ６；修改日期：２００９ １２－１５ 作者简介：宋军华（１９８０一），男，河南许昌人，安徽省交通规划设计研究院工程师 《工程与建设》２０１０年第２４卷第１期 ８５ 定，主要有实验室化学分析法和滴定条法（Ｑｕａｎｔａｂ 保护层厚度能够推迟环境中的水汽、有害离子等扩散 到钢筋表面的时间以及因混凝土碳化使钢筋失去碱 Ｓｔｒｉｐｓ），测定结果须能反映氯离子在混凝土中随 深度的分布。混凝土氯离子含量，可按表２评判 。 表２混凝土拌和物中氯化物含量标准 序号 氯化物含量标准 ｌ 对素混凝土，不得超过水泥质量的２％ 对于干燥环境或有防潮措施的钢筋混凝土，不得超过 水泥质量的１％ 对处在潮湿而不含有氯离子环境中的钢筋混凝土，不 得超过水泥质量的０．３％ 对在潮湿并含有氯离子环境中的钢筋混凝土，不得超 过水泥质量的０．１％ 预应力混凝土及处于易腐蚀环境中的钢筋混凝土，不 得超过水泥质量的０．０６％ ２．３混凝土碳化深度 一般来说，ｐＨ＞１０时，钢筋的锈蚀速度很小，而 当ｐＨｉ４时，则锈蚀速度急骤增加。混凝土硬化中， １／３的水泥将生成氢氧化钙Ｃａ（ＯＨ）。，在水泥浆中 以结晶体的形式存在，或者在其孔隙中以饱和水溶液 的形式存在，ｐＨ＞１２．５，呈高碱性 ｊ。大气中的二氧 化碳时刻向混凝土的内部扩散，与混凝土中的氢氧化 钙发生反应，生成碳酸盐或者其他物质，ｐＨ值降低 到８．５左右。碳化方程式为 Ｃｏ２＋Ｈ ２ ｏ—Ｈ ２ＣＯ３ Ｃａ（ＯＨ） ＋Ｈ２ＣＯ。一ＣａＣ（）。＋２Ｈ。ｏ 碳化前，混凝土ｐＨ＞１２．５，高碱性，使钢筋表面 产生钝化膜，保护钢筋；碳化中，二氧化碳、水汽、碱性 物质产生中和反应；碳化后，混凝土ｐＨ＜９，低碱性 或酸性，钝化膜被破坏，钢筋锈蚀。目前测定混凝土 碳化深度最常用的方法是采用酚酞试剂。ｐＨ＞１２， 混凝土与酚酞试剂作用会显红色；当ｐＨ值下降到 １Ｏ以下，这时对酚酞试剂不显色，由此可以确定混凝 土的碳化深度。评判时可取构件的碳化深度平均值 与该类构件保护层厚度平均值之比，并考虑其离散情 况，进行评价。推荐的评判标准见表３所列。 表３推荐的混凝土碳化深度对钢筋锈蚀影响的评判标准 注：（１）＊构件全部实测比值小于１。（２）＊＊构件全部实测比值均大于１ ２．４混凝土保护层厚度 混凝土保护层为钢筋提供了良好的保护，必要的 ８６ 《工程与建设》２ｏ１０年第２４卷第１期 性保护的时间，因此，混凝土保护层厚度是影响钢筋 锈蚀的重要因素。 可采用电磁检测方法确定钢筋位置，辅以现场修 正确定保护层厚度，然后，根据测量部位实测保护层 厚度特征值Ｄ与其设计值Ｄ 的比值，混凝土保护层 厚度对结构钢筋耐久性的影响可按表４来评判。 表４ 推荐的保护层厚度对钢筋耐久性的影响 ２．５ 混凝土电阻率 混凝土电阻率是控制混凝土中钢筋锈蚀率的因 素之一，它反映了混凝土的导电性能，而钢筋在混凝 土中的锈蚀基本上都属于电化学腐蚀，混凝土在钢筋 的腐蚀起到传递电子的作用，因此混凝土电阻率小， ｝昆凝土导电能力越强，钢筋锈蚀发展速度越快，由于 无法定量的给出钢筋锈蚀速度与混凝土电阻率之间 的关系，只能通过电阻率的大小定性的判断锈蚀的可 能性。混凝土电阻率可采用四电极阻抗测量法测定， 即在混凝土表面等间距接触四只电极，两外侧电极为 电流电极，两内侧电极为电压电极，通过检测两电压 电极间的混凝土阻抗获得混凝土电阻率。混凝土电 阻率对钢筋锈蚀率的评判标准见表５所列。 表５混凝土电阻率对钢筋锈蚀影响的评判标准 ２．６ 混凝土的密实性 混凝土的密实性越好，内部微细孔隙和毛细管通 道越小，能有效地阻止外界腐蚀介质、氧气及水分等 的渗入，从而加强钢筋的防腐蚀能力，因此，混凝土的 （下转第９０页） 表２ 室外大剪与室内直剪数据成果对比 ３ 结束语 试验数据结果比较表明，对于传统意义上的内摩擦 角 ，含水量的高低对其影响并没有显著规律。因 （１）对于现场大剪仪，由于目前仅限有规定相关 此，推荐采用双变量强度理论来研究膨胀土体的内 要求，并无统一大剪仪，故需根据工程实际独立自行 摩擦角。 制作。为了减小联接部件之间的摩擦力，建议连接部 件之间采用滑轮连接。同时，为了大剪实验结果真实 ［参考文献］ 可靠，在允许的情况下，建议同一土层试验试块数目 ［１］闵弘，刘小丽．现场室内两用大型直剪仪研制（Ｉ）：结构设计 尽量不少于４个。 ＥＪ］．岩土力学，２００６，２７（１）：１６８一ｌ７２． （２）现场大剪试验与室内直剪试验数据结果比 ［２］ＳＩ ２３７ Ｏ４３—１ ９９９，原位剪试验规程［ｓ］． －１３］ＧＢ ５００２］一２００１，岩土工程勘察规范Ｉｓ］． 较表明，随着取样高程的降低，土体凝聚力Ｃ值逐渐 ［４］陈建斌，郝红玉，卢方伟．非饱和膨胀土强度特性试验研究［Ｊ］． 降低，且大剪结果相对室内结果越来越低，差距从 土工基础，２００８（１２）：７７—７９． ９％～７６％不等，平均值约在５０％左右。可见，由于 ［ｊ］Ｎｇ（ Ｗ，Ｚｈａｎ Ｉ Ｔ，Ｂａｏ Ｃ Ｇ．ｅｔ ａ１．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｎ ｕｎｓａｔｕｒａｔ－ 随着取样高程的降低，土体含水量增加，对膨胀土凝 ｅｄ ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ｓｏｉｌ ｓｌｏｐｅ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｒａｉｎｆａｌｌ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ 聚力影响是极其显著的，建议对室内直剪试验所得ｃ ［Ｊ］．Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，２００３，５３（２）：ｌ４３一ｌ５７． ［６］ 沈珠江．广义吸力和非饱和土的统一变形理论［Ｊ］．岩土工程学 值修正系数取为０．５。 报，１９９６，１８（２）：１—９． （３）国内、外已有许多研究资料表明土的内摩 ｒ７］Ｆｒｅｄｌｕｎｄ Ｄ Ｇ，ＲａｈａｒｄｉＯ Ｈ．．Ｓｏｉｌ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｆｏｒ ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓｏｉｌｓ 擦角主要取决于土的矿物成分，其次也受土的密 ［Ｍ］．ＣＨＥＮ Ｚｈｏｎｇ—ｙｉ，ｅｔ ａ１．ｔｒａｎｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ 度、含水量、形成历史和结构等因素的影响。本次 ａｎｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ．１ ９９７． （上接第８６页） 仅对单一参数检测会存在一定的偏差，所以，建议在实 密实性也是钢筋锈蚀的影响因素 ］，而水灰比、振捣、 际检测过程中采用不同手段和不同参数进行联合测定 级配、养护对混凝土的密实性影响很大。 和验证。另外，测点的合理布置，所采集数据的科学修 ２．７ 氧 约和误差消除，也是科学检测评判的重要前提。 钢筋锈蚀的先决条件是所接触的水中含有溶解 态氧，这是因为氧在锈蚀过程中起到促进阴极反应的 ［参考文献］ 作用，支配着锈蚀的速度。例如：浸没在海水水下区 ＪＧＪ／Ｔ ｉ５２—２００８，混凝土中钢筋检测技术规程［ｓ］． 的钢筋混凝土结构 ］，钢筋不易锈蚀，而处于海面上 ＧＢ／Ｔ ５０３４４ ２００４，建筑结构检测技术标准［ｓ］． 的浪溅区的钢筋混凝土结构，因有充足的氧，该部位 ＧＢ ５０１ ６４ ９２，混凝土质量控制标准［ｓ］． 的钢筋就特别容易锈蚀。 金伟亮，鄢 飞，张 亮．考虑混凝土碳化规律的钢筋锈蚀率预 测模型Ｉ－Ｊ］．浙江大学学报，２０００，３４（２）：１５８—１６３． ３ 结束语 贾红梅，阎贵平，闰光杰．混凝土中钢筋锈蚀的研究［Ｊ］．中国安 全科学学报，２００５，１５（５）：５６—５９． 鉴于钢筋锈蚀的影响因素很多，且一些参数的评 沈德建，吴胜兴．海水浪溅下混凝土中锈蚀钢筋性能试验研究及 判标准仅为推荐或经验标准，仅采用单一手段检测或 仿真分析ｌ－Ｊ］．工业建筑，２００５，３５（３）：５８—６２． ９０ 《工程与建设》２０１０年第２４卷第１期