钢筋锈蚀机理与锈蚀钢筋力学性能分析.doc

钢筋锈蚀机理与锈蚀钢筋力学性能分析
摘要:钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构耐久性损伤的主要原因,引起混凝土结构的早期衰变,对结构的抗力、可靠性、使用寿命等有很大影响。因此要评估构件的承载能力下降程度,准确掌握钢筋锈蚀后引起的结构性能变化规律,就要充分认识钢筋锈蚀机理与钢筋锈蚀后其力学性能的变化规律。
关键词:钢筋锈蚀力学性能
中图分类号:TV331文献标识码: A
0 引言
钢筋锈蚀是当今世界混凝土结构破坏的主要原因之一:根据美国的统计,在所有结构耐久性破坏中,钢筋腐蚀破坏可占到55% 。英国调查统计了271项混凝土工程劣化破坏事例,其中碳化锈蚀占17% ,环境***盐锈蚀占33 %。日本每年仅用于房屋结构维修的费用就达到约400亿日元,% 的钢筋混凝土结构损坏是因钢筋锈蚀引起的。《中国腐蚀调查报告》指出[1],建筑部门的腐蚀年损失约为1000亿人民币。同时,正常使用环境下混凝土的带裂缝工作状态会加快混凝土碳化的进程,导致钢筋腐蚀加速,出现承载力及使用性能劣化。
随着***离子的侵蚀及混凝土碳化加深,混凝土中的钢筋脱钝以后会逐渐开始锈蚀,锈蚀产物铁锈的体积大于相应钢筋的体积,因而会向四周膨胀,产生锈胀力。当锈蚀产物体积增大产生的应力超过混凝土抗拉强度,锈蚀产物周围混凝土出现裂纹,此时构件完整完整性发生破坏。随着钢筋锈蚀的发展,混凝土裂缝的宽度不断加大甚至会引起混凝土保护层脱落,钢筋与混凝土间的粘结性能不断削弱、结构刚度不断退化。

***离子侵入混凝土的途径
***离子进入混凝土引起钢筋锈蚀主要有两种途径:一种是适结合***离子,即混凝土中的***离子被混凝土水化的产物所吸附,这种***离子不能自由移动,对钢筋的锈蚀影响较小;另一种是游离的***离子,即***离子溶解在混凝土的毛细血管中,因此这种***离子可以随水分自由移动,穿越钢筋混凝土的保护层,是引起钢筋的锈蚀主要途径。在海洋大气区,混凝土碳化可以破坏混凝土的碱性环境,使部分结合态的***离子转化为游离态的***离子,增加了游离态的***离子的含量,钢筋锈蚀加剧。
***离子引起钢筋锈蚀
(1)破坏钝化膜
混凝土内部水泥水化的高碱性在钢筋表面形成致密的钝化膜,对钢筋有极强保护能力,但钝化膜只有在高碱性的条件下才能保持稳定。随着空气中的CO2进入混凝土中与空隙里的Ca(OH)2溶液发生反应,游离的OH-不断消耗减少,混凝土的碱性环境被破坏,造成钝化膜失效,发生钢筋锈蚀。
(2)形成原电池
***离子对钢筋的锈蚀属于电化学过程。***离子破坏了钢筋局部的钝化膜,局部钢筋暴露,与未破坏的钝化膜之间形成电位差,钢筋作为阳极发生电化学腐蚀,钝化膜作为阴极,形成原电池,游离的***离子形成离子通道,降低阴阳极间的电阻,提高原电池的效率,加速钢筋锈蚀。
(3)去极化作用
加速阳极极化作用称为去极化作用。混凝土中Cl-与阳极的Fe2+结合,形成FeCl2,FeCl2与混凝土内部的OH-发生反应,形成Fe (OH)2沉淀,***离子在整个过程中起到搬运工的作用,及时将阳极产物运走,加速阳极的持续反应,***离子正是发挥了去极化作用,使钢筋锈蚀不断进行。
(4)导电作用
腐蚀电池的要素之一是要有离子通道。混凝土中***离子的存在强化了离子通道,降低了阴阳极之间的欧姆电阻,提高了腐蚀