混凝土中的钢筋锈蚀与防护(梁李概)本科论.doc

分类号： 密级： UDC： 学号： 东南大学毕业设计（论文）报告题 目 混凝土中的钢筋锈蚀与防护 _院（系）_土木工程 _专业学 号_学生姓名_梁李概_指导教师_起讫日期_2015年1月-2015年6月 _设计地点_东南大学（扬州站点）_ _ 混凝土中的钢筋锈蚀与防护摘要随着钢筋混凝土结构广泛应用，许多混凝土构件由于耐久性的不足而过早的失效。近年来的工程调查表明，在役钢筋混凝土桥梁因耐久性问题引起破坏的情况越来越多，其中钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性损伤的重要原因，其造成的负面影响和经济损失是难以估量的。因此，开展对混凝土结构钢筋锈蚀的研究，特别是对钢筋锈蚀进行评估的研究显得尤为重要。本文介绍了混凝土碳化和氯离子侵蚀的机理和其影响因素及各因素对混凝土损坏过程的影响；概述了混凝土结构中钢筋锈蚀的机理和其他影响因素；总结了混凝土结构中钢筋锈蚀的防护方法及原理，并指出了这些方法在实际应用中的缺陷与不足。关键词：混凝土；钢筋锈蚀；防护CORROSION AND PROTECTION OF CONCRETEABSTRACTWith the application of reinforced concrete structures widely，the effectiveness on many concrete structures is lost early due to the deficiency of the structural durability mostlyAs the recent engineering survey，the situation of destruction，caused by the durability which is resulted in reinforcement corrosion，is raised in service bridges. It is difficult to estimate that economic losses and the negative impaction caused by durability destruction Therefore ， it is a matter of great importance to carry out the study of the corrosion of reinforced concrete structures，especially for the evaluation of reinforcement corrosionThe mechanism and the influenced factors of the concrete carbonation and the chloride are introduced and the influence of all kinds of reasons in the process of concrete corrosion are described；the reinforcement corrosion mechanism and the other factors in reinforced concrete structures are presented ； summarized the protection methods and principles of the reinforcement corrosion in concrete structures and indicated the defections and the insufficient of these methods in practical applicationsKeywords：Concrete; corrosion; protection目 录第一章 绪论1第二章 混凝土中的钢筋锈蚀22.1混凝土中钢筋锈蚀的机理22.2钢筋腐蚀过程22.3钢筋锈蚀的影响因素32.3.1 混凝土碳化对钢筋锈蚀的影响32.3.2 氯离子的侵蚀对钢筋锈蚀的影响52.4 钢筋锈蚀的其他影响因素62.4.1 混凝土方面62.4.2 其他方面7第三章 钢筋锈蚀的防护83.1 阻锈剂的应用83.1.1 化学阻锈剂83.1.2 阻锈剂在混凝土中的应用93.2电化学保护方法103.2.1电化学的几个方法103.2.2电化学方法的优缺点113. 3 环氧涂层钢筋的应用12第四章 结论14致 谢15参考文献16第一章 绪论之前一直认为，钢筋混凝土结构很好地结合了钢筋与混凝土材料的优点，可模性好、可塑性强、整体性好、耐久性好、后期维护费用较低以及易于就地取材等诸多优点使得当今世界上的桥梁建造大多选择采用钢筋混凝土结构。但随着时间的推后和累积，钢筋混凝土结构远远没有人们当初想象的那样耐久，其良好性能会在使用期内由于诸多因素的影响而逐渐退化从而引起世界上对耐久性问题的关注。混凝土中的钢筋锈蚀的造成混凝土耐久性损伤的最重要原因，研究混凝土中的钢筋锈蚀是分析现有结构性能退化及耐久性评估的关键工作，对于预测混凝土结构的使用寿命和剩余寿命具有非常重要的现实意义。我国最早对钢筋锈蚀的研究开始于南京水利科学研究院，从上世纪八十年代开始日益引起重视。目前，我国基础建设处于一个较大的发展阶段，每年都会投资上万亿元来修建高速公路、桥梁等。有专家估计，我国大力修建基础建设的高潮时间还将延续数十年，但是由于忽视耐久性的重要性，我国在不久的将来还会出现维修加固的高潮段。针对钢筋锈蚀的普遍存在性，对钢筋锈蚀的防护刻不容缓。关于钢筋锈蚀防护的主要策略是提高混凝土自身的防护能力，还有就是其他之外的辅助措施，两者结合起来使用。主要的防护措施有以下几种：使用环氧涂层钢筋；使用高性能混凝土，添加矿物掺合料和外加剂；适当加大混凝土保护层厚度；电化学保护主要用于工程修复；尽量减少混凝土表观质量缺陷等等。第二章 混凝土中的钢筋锈蚀钢筋混凝土结构由于材料层次原因、使用环境条件以及随着时间的递增，结构的受力性能会慢慢下降，从而承载能力也会渐渐下降，更进一步的影响结构的正常安全使用性能，缩短结构的使用寿命，对结构的耐久性造成很大的影响。当外界环境中的二氧化碳气体、氯离子等腐蚀介质侵入到混凝土内部时，很多时候造成了表层混凝土剥落开裂，其内部碱性大大降低，最后破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋发生锈蚀。当局部的钢筋发生锈蚀时，会和还没有开始锈蚀的钢筋形成腐蚀电池，在其他条件都具备的情况下进而扩大到整个结构的所有钢筋。锈蚀开始主要都是分布在钢筋的表层面上，形式一般为斑状锈蚀。2.1混凝土中钢筋锈蚀的机理在自然界中，钢筋里的铁元素的稳定性不是很好，一般情况下都是以铁的氧化物形式存在于铁矿石中。混凝土中的钢筋锈蚀为电化学锈蚀，这种反应需要具备以下几个条件：阴阳两极、离子电荷以及闭合的电流回路，钢筋的锈蚀过程就是发生在这样一个条件都完全具备的腐蚀电池中。二氧化碳和氯离子对混凝土本身都没有破坏作用，但是这两种物质在钢筋钝化膜破坏的过程中起着非常重要的作用。混凝土结构所处的环境在实际工程中可以分为三种类型：1、干燥环境混凝土湿度分布情况大致是外面潮湿而内部干燥，电位最高的部分是顺筋裂缝处的钢筋，阴极是那些尚未受到锈蚀影响的深层次钢筋，其锈蚀速度会加快，这种腐蚀反应能够加速其他部位也同样产生顺筋裂缝。因为混凝土电阻相对较大，作为腐蚀电池中的阴阳极钢筋表层作为孤立电极，面积较大从而导致锈蚀速率慢。2、表面湿润环境该环境的钢筋混凝土结构主要包括长期潮湿环境结构、处于雨季的暴露结构和频繁干湿循环环境等。如果结构构件存在着顺筋裂缝，其锈蚀的电化学特点为外部潮湿内部干燥，顺筋裂缝电位是最低的，尚未发生锈蚀处的钢筋作为阴极会加快此处的锈蚀速度，出现大阴极小阳极的明显特点，钢筋锈蚀速度会在一个很大的数值上继续再加速锈蚀。3、长期浸泡环境处于此环境的电化学锈蚀特点与表面润湿环境的情况基本相同，但是氧气浓度差别不大并且内外湿度相差也不是很大，从而使得不同部位钢筋的电位差也会较小。当顺筋裂缝宽度较大时，一方面混凝土湿度较大，另一方面其电阻率较小，这样有可能产生比较高的宏电流，如此将增大顺筋裂缝附近钢筋锈蚀速度。2.2钢筋腐蚀过程混凝土中钢筋锈蚀过程大致可分为下图几个阶段1、腐蚀孕育期开始浇筑混凝土直至混凝土碳化层已经接触到钢筋表面，或者说氯离子的侵蚀已经深入到混凝土内部钢筋表面，并开始对钢筋发生去钝化作用也就是钢筋锈蚀为止，这段时间以t0表示。2、腐蚀发展期氯离子侵蚀钢筋表面，钢筋开始发生锈蚀到混凝土的保护层表面因为受到钢筋的锈胀力而出现开裂、剥落等破坏，这段时间以t1表示。3、腐蚀破坏期因钢筋锈蚀而使得混凝土表面最后严重开裂、大面积剥落等严重破坏，到不得不经过全面大修为止，这段时间以t2表示。4、腐蚀危害期钢筋锈蚀的范围已经扩大到整个混凝土结构并遭受严重破坏，致使结构不再能够安全使用，这段时间以t3表示。一般情况下，t0t1t2t3。2.3钢筋锈蚀的影响因素2.3.1 混凝土碳化对钢筋锈蚀的影响钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性损伤的主要因素，而一般情况下，混凝土碳化是钢筋锈蚀的前提条件。因此，研究混凝土碳化对混凝土结构耐久性评估具有重要的理论意义，混凝土碳化是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个很重要的因素。一般情况下早期混凝土碱性很高，pH 值一般都会大于 12.5，在如此高碱环境中，钢筋会很容易发生钝化，在其表面形成了一层钝化膜，从而能保护钢筋不受锈蚀。然而当空气中的CO2和H2O从混凝土表面的细缝中深入进来时，与混凝土中的碱性物质发生中和反应，直接降低了混凝土的 pH 值。最终，钢筋表面的钝化膜被直接氧化破坏，钢筋直接与其他物质接触，在条件都具备的情况下很容易发生锈蚀。钢筋的锈蚀又会导致混凝土保护层开裂，结构耐久性降低等不良后果。更甚，随着全球温室效应的影响加重，空气中二氧化碳的浓度也越来越高，大量处在暴露环境下的钢筋混凝土结构面临的碳化问题越来越严重。从上世纪六十年代开始，国际上一些发达国家就着手重视混凝土结构的耐久性问题，对混凝土碳化进行了大量的试验研究及理论分析。我国在此方面的研究起步比较晚，从八十年代开始才注重对混凝土碳化造成钢筋锈蚀问题的研究，通过多次调查实际混凝土工程、碳化模型试验来研究影响混凝土碳化的因素。经过近五十年的研究，国内外学者对混凝土碳化机理与影响因素已经有了相当深刻的了解与认识，并在此基础上提出了很多关于碳化深度的计算数学模型，为更深入的研究混凝土中的钢筋锈蚀提供了理论基础。1、混凝土碳化对结构力学性能的影响国内外多项研究结果表明，混凝土在碳化后的抗压强度是有所提升的，但是它的延展性却大大下降，具有非常明显的脆性性质，对整个混凝土结构会有很大的影响。很大程度上说因为碳化之后的混凝土孔隙率降低，相对而言密实度就会有较大提高，从而就使混凝土的抗压强度增加。另一方面，混凝土在碳化过程中，碳化反应会释放出大部分水分，碳化层混凝土收缩，对内部有明显的压力产生，而对外层来说就自然产生了拉应力，最后可能致使表层出现细小的裂缝。关于混凝土碳化现象的研究如果只是停留在对材料层次上的深入探讨没有很大的实际应用工程意义，不止要在这个层次上研究对结构构件的性能影响，更应深入研究结构层次上的影响。就目前国内外研究现状而言，针对混凝土结构的碳化研究主要是混凝土碳化后对钢筋锈蚀产生的深远影响的耐久性问题，还有就是使混凝土结构的承载能力降低的影响。不仅如此，还应加大力度研究混凝土碳化之后本身对结构力学性能有哪些方面的影响这些重大方向。由于混凝土碳化之后，其结构关系也会随之发生了一定的变化，但是之前计算结构力学性能时对它进行了假定不变，这就直接导致计算结果不准确，继而引起其他系列影响，关于这个方面的研究也是比较少的。有相关文献认为：混凝土碳化之后提高的混凝土强度紧紧局限于表面碳化层，对整个结构影响意义不是很大。但是这种概述只看到了混凝土碳化对强度有所提高的层面上，而完全没有注意到碳化之后的混凝土在变形以及延展性性能方面都有了非常显著的变化。2、混凝土碳化对结构耐久性的影响混凝土结构发生碳化后，碳化内部pH值下降幅度比较大，由强碱性变为弱碱性，使得钢筋脱钝，很容易导致钢筋的锈蚀。铁锈的主要成分为Fe2O3Fe3O4H2O，相对锈蚀之前的体积可能会要增长24倍，这对混凝土结构来说非常不利，主要体现在：锈蚀的发生使得钢筋与混凝土隔离开来，粘结受到严重破坏，失去了钢筋混凝土一起承受结构外力的性能，严重的会造成结构构件失效破坏；碳化后钢筋锈蚀会造成混凝土膨胀开裂，保护层会逐渐剥落；减小了钢筋受力的有效截面面积，承载能力随之下降。由以上内容可知：混凝土碳化后易发生的钢筋锈蚀问题严重影响着结构的耐久性能及使用寿命。通过研究快速碳化试验，研究出混凝土开始碳化直至碳化层达到钢筋层表面所需时间来确保结构所需要的保护层厚度以及提高结构的耐久性。3、混凝土碳化对混凝土结构鉴定的影响前面已经提到混凝土结构完全发生碳化之后，强度会有所提高，但是另一方面关于结构的延展性会下降，其本身性能发生改变，对结构所能承载的抗力也会降低，尤其是在结构抗震方面。现行的各种混凝土技术规范标准都不曾考虑这个问题，也就是碳化后自身的性能变化。这样，整个混凝土结构就处在一个安全到不安全的过渡期间。可以确立一个新的课题研究，主要从事于研究混凝土碳化后的结构抗震性能，随时勘测跟踪混凝土碳化对结构抗震造成影响却是相当有必要存在的。2.3.2 氯离子的侵蚀对钢筋锈蚀的影响我国沿海边上的混凝土结构工程会长期受到海洋环境中氯离子侵蚀，结构中的钢筋锈蚀现象日益严重，很多海港码头完全达不到设计寿命的要求就不得不重新翻建。钢筋混凝土结构在使用寿命期间会遇到的各种暴露条件中，氯化物是其中最危险的侵蚀介质，它的危害非常之大且普遍存在。氯离子分布十分广泛，主要存在于除冰盐、工业环境、海洋环境、混凝土中的原材料、盐湖和盐碱池以及结构遭受火灾时的一些化学反应。一般情况下氯离子进入混凝土的途径主要有两种：其一是毛细吸附作用；其二是自由氯离子的扩散作用。通常，氯离子是以几种方式侵入到混凝土中的。大部分情况下，氯离子的主要传输方式还是扩散作用。使用含氯离子的添加剂、搅拌混凝土是在含盐环境中、大气环境氯离子通过混凝土的表观缺陷侵蚀进入到混凝土，各种现象普遍存在。1、破坏钝化膜在混凝土施工后初期，水泥水化后结构处在一个高碱性的环境下，钢筋表面会逐渐形成一层致密的钝化膜。最开始的研究都认为该膜的主要成分是铁的某些氧化物组成，不过最近研究表明，钝化膜中含有能够强有力保护钢筋不被破坏的Si-O键。但是，它的稳定存在是有一定条件的，那就是混凝土必须始终处在碱性很高的环境中。如果环境中的pH值由于碳化等一些原因导致下降时，Si-O键的稳定性也将会慢慢降低，当pH值降低到10以下时，该钝化膜也将会由于环境的改变渐渐被破坏并不会再生成。而侵入混凝土中的氯离子就是去钝化很强的物质，氯离子进入到混凝土内部后会吸附在钢筋表面的钝化膜上，通过一系列的化学反应会很快的降低pH值，当达到一定的程度时，钢筋表面的钝化膜就会完全被破坏。2、形成腐蚀电池当大量的外界氯离子侵蚀到混凝土内部时，钢筋表面会聚集浓度很高的氯化物，在时间的推移以及各方面条件都齐全的情况下，氯化物对钢筋的腐蚀作用将凸显出来。如果混凝土结构中氯化物的存在出现不均质的情况，就会发生局部腐蚀。腐蚀发生后，钢筋失去钝化膜的保护，裸露在氯化物的环境下，此时会和还没有发生腐蚀的钢筋钝化膜部分形成一个电势差，失去钝化膜的钢筋作为阳极，完好的钝化膜部分作为阴极，形成了一个腐蚀电池。在腐蚀电池作用的影响下，钢筋表面渐渐产生蚀坑，由于电势差的存在以及各方面条件都成熟，蚀坑发展将变得非常迅速直至最后钢筋完全被锈蚀。3、去极化作用氯离子的侵蚀使得混凝土内部钢筋表面形成腐蚀电池，而且还增强了腐蚀电池的作用。钝化膜被破坏处的钢筋聚集着 Fe2+，氯离子会结合反应生成 FeCl2，在电池的作用下又会将反应后的产物及时运走，这样不仅使的阳极反应过程十分顺利进行甚至还加快了整个反应的进行。阳极极化作用是指脱钝钢筋反应过程受阻情形，去极化作用就是加速阳极极化作用，整个过程中氯离子在阳极去极化作用扮演了很重要的角色。在混凝土中，由于氯离子侵蚀造成钢筋锈蚀的产物中一般是找不到FeCl2的，因为它是一种可溶性物质，在扩散运输的过程中遇到氢氧根离子就生成了Fe(OH)2沉淀，再进一步被氧化成铁锈。我们从中可知氯离子的危害一个很重要的特点就是它在整个过程中都不会被消耗，只是一直起着搬运工的作用，从而会始终在混凝土内部发生破坏作用。4、导电作用必须要有离子的参加才能构成一个完整的腐蚀电池。而混凝土中存在的氯离子起到了一个连接作用，接通了整个电池。它甚至降低了阴阳极之间的电阻，使得腐蚀电池的电化学反应速率更加迅速。另一方面，氯化物的存在加强了混凝土吸湿性，也可以降低两级之间的电阻。2.4 钢筋锈蚀的其他影响因素2.4.1 混凝土方面1、水泥品种和掺合料不同品种的水泥对强度的形成、化学结合能力、抗冻性、抗渗性有相当大的差别。一般大气环境下，会优先考虑选用含碱量低和水化热较低的水泥，而不会选用早强的水泥。掺有添加剂的水泥制成的混凝土能够提高抵抗各种化学侵蚀的能力，防止钢筋快速锈蚀。国内外研究表明，混凝土中掺有粉煤灰等掺合料时，虽然使混凝土的碱性降低了，但同时又能提高混凝土的密实度，使混凝土内部孔隙结构发生改变，有效地阻止外界环境中腐蚀介质等的渗入，这对防止钢筋锈蚀是非常有利的。综合考虑，可以认为在混凝土结构中掺入符合标准的粉煤灰不会影响混凝土结构耐久性，有时反而会提高。2、混凝土密实度和保护层厚度混凝土密实度决定了混凝土的抗渗能力，在环境较差的情况下可以提高混凝土的密实度。混凝土保护层厚度是混凝土结构抗腐蚀的关键因素，要适当的加大混凝土的保护层厚度利于构件的长时间使用。保护层对外界腐蚀介质、氧气和水分等渗入的阻止起着重要的保护作用。3、混凝土液相pH值钢筋锈蚀速度与混凝土液相pH值也会有很大关系。当pH值大于10时，钢筋锈蚀速度很小，当pH值低于4的时候，钢筋锈蚀速度会快速增加。4、混凝土中氯离子含量影响钢筋锈蚀很大的一个因素就是混凝土中氯离子的含量。氯离子会在混凝土浇筑的时候随着外加剂的添入而进入到混凝土内部，进而破坏钢筋的保护膜，造成钢筋局部锈蚀。一般情况下，钢筋混凝土结构中的氯盐掺量尽量不大于水泥重量的1%，而且浇筑混凝土结构必须完全振捣密实。对其不宜采用蒸汽养护，不然会加重钢筋的锈蚀程度与速度。5、混凝土表观质量混凝土的表观质量影响混凝土结构的抗渗能力，表观质量好的混凝土结构，外界侵蚀物质很难进入到混凝土内部对结构造成破坏，能够有效的保护钢筋的锈蚀。2.4.2 其他方面1、钢筋材质和型号钢筋材质好的金相组织比较均匀，钢筋本身的防锈蚀能力就会比较强。另一方面，混凝土结构的实际承载能力由钢筋的型号大小所决定，它也会制约着在混凝土结构中的布置情况，从而影响结构耐久性。选取合适的钢筋型号对承载能力和耐久性都有着大的影响。钢筋的应力状态也对锈蚀起着很大影响，因为应力腐蚀破坏性会显得更大，它与钢筋的蚀坑或者钢筋均匀锈蚀又会有本质上的不同，而且是以裂缝的形式出现，最后不断受到腐蚀直至被完全破坏，最重要的是这种破坏是脆性破坏，在破坏之前是没有任何征兆出现的。2、环境条件良好与否的环境条件对混凝土结构中的钢筋锈蚀有着明显影响。温度湿度等条件能够制约混凝土内部的水化作用的发生，海洋氯盐环境下时钢筋混凝土结构处在一个恶劣的条件下，不注意重视防护会很快使钢筋发生锈蚀，特别是如果混凝土自身的保护能力不足以满足要求或者由于浇筑原因混凝土保护层有裂缝等某些缺陷时，外界因素的影响会突显得更加明显。很多实际调查结果表明，在环境干燥且不存在大量腐蚀介质情况中，混凝土结构的使用寿命要比在潮湿环境及腐蚀介质中使用要长两倍以上。第三章 钢筋锈蚀的防护在所有对混凝土耐久性影响的因素中，钢筋锈蚀对混凝土结构造成的危害是最大的。钢筋锈蚀对全世界混凝土工程造成的直接经济损失超过上千亿美元。我国从前几十年到后几十年都一直在注重交通的高速发展，兴修土木，随着时间的推移，每年的钢筋锈蚀情况也是越来越严重。如今急切的需要投入大量科研力量、资金来研发钢筋锈蚀该如何预防。实际工程中应该高度重视，在经过多方面的努力后，提出了相应的一些措施来减小危害。在钢筋材质方面可采取环氧涂层钢筋、镀锌钢筋和耐蚀合金钢筋等；在混凝土外加剂方面可以使用钢筋阻锈剂、硅灰等；在设计方面，可通过选材、结构设计、水灰比、混凝土保护层厚度和排水系统来进行防护；在施工方面，可严格按照施工规范来进行施工、进行温度与裂缝的控制等；在电化学方法方面，可采取阴极保护和电化学除盐等，应尽一切可行性方法来防护钢筋的锈蚀。3.1 阻锈剂的应用面对钢筋锈蚀的严重问题，多年来，人们一直在研究能否找到一种阻止钢筋锈蚀或者至少能将腐蚀速率降低到一定程度来使得钢筋混凝土结构达到设计所需使用年限要求的物质。人们从事了大量研究实践，想采取一切可能采用的方法来延长混凝土结构的使用寿命，包括施工选材、钢筋涂层保护、替换钢筋材质、对混凝土表面作憎水处理、混凝土中加入火山灰等掺合料和在混凝土中添加阻锈剂等。上述诸多措施中，阻锈剂的使用能在很长一段时间里非常有效的防止内部钢筋混凝土发生锈蚀。阻锈剂是能够阻止或者减缓内部钢筋锈蚀的一种化学物质，通常是掺入混凝土中来起到保护作用。近几十年来，很多工程领域都开始使用阻锈剂并获得了很大成功。另一方面，腐蚀反应过程中也会允许阻锈剂的参加，提高混凝土的抗渗性能够有效的阻止腐蚀介质进入到混凝土从而造成钢筋发生锈蚀，但是阻锈剂的使用与这种方式有本质上的差别，不管混凝土内的钢筋是否开始发生锈蚀，阻锈剂都可以在任何时刻发挥它阻止钢筋锈蚀的作用。也就是说，钢筋即便开始腐蚀，阻锈剂的作用可以相当于是在对混凝土结构进行补救。3.1.1 化学阻锈剂混凝土阻锈剂一般定义为一种通过降低钢筋腐蚀速率来实现对钢筋腐蚀过程进行干预的物质。阻锈剂被成功的应用到很多工程方面，使用阻锈剂能有效解决混凝土内部钢筋的锈蚀问题。在很多使用阻锈剂的钢筋混凝土结构中，有很多的使用寿命都得到了显著提升。钢筋在中性和酸性条件下会发生腐蚀，其原因都是因钢筋表面缺少一层保护膜所致。钢筋表面被均匀地腐蚀，将导致钢筋所有表面都会产生腐蚀损耗。很多情况下阻锈剂的作用机理还不是很确定，所以对阻锈剂进行分类都是比较困难的。可将阻锈剂粗略的分成几类：1、吸附型阻锈剂混凝土内部钢筋腐蚀过程中产生的电化学反应，如阴极氧气的减少和阳极的氧化反应，都发生在钢筋表面。如果其他物质吸附于钢筋的活化表面并干扰这些反应过程，则可以有效地降低腐蚀速率。吸附型阻锈剂通过化学或者物理方式吸附于钢筋表面，并将参与电化学反应过程。2、钝化剂当 pH 值小于10的时候，钢筋表面也可以形成一层具有保护作用的钝化膜。但是形成钝化膜层需要较高的腐蚀电流密度，这就要求电解质溶液中有相当高的氧化物浓度。由于氧化物在电解质溶液中的溶解度有限，因此，只有加入其他的氧化物才能形成钝化保护膜，这些氧化物就是钝化剂。当保护膜分解的电流密度超过其形成所需的临界电流密度时，钢筋表面就可以自发地形成钝化膜。当钝化剂浓度低于金属产生保护膜所需的临界浓度值时，处于掺加有阻锈剂的溶液中的钢筋，其腐蚀速率就会比未掺加阻锈剂者要快。钝化剂会被持续的消耗掉，这就导致钝化剂浓度不断降低。因此，混凝土结构需要持续不断的补充阻锈剂，才能减缓腐蚀速率。3、钝化促进阻锈剂通过添加钝化剂促进型阻锈剂来改变电解质溶液以促进钝化膜的形成，从而阻止钢筋的腐蚀。该类型的阻锈剂通常会降低形成保护膜所需要的电流密度，这样溶解在电解质溶液中的氧气就可以参与钝化保护膜的形成过程。大多数掺加了钝化促进型阻锈剂的情况下会生成溶解度很低的铁盐。与钝化剂不同的是，当钝化促进型阻锈剂的浓度低于临界值时，不会引起钢筋腐蚀加快的问题。4、罩面层形成型阻锈剂混凝土中掺加了阻锈剂后，如果能在钢筋表面生成沉淀物，则可以显著地影响到钢筋表面所发生的电化学反应。这种阻锈剂可以阻止氧化物到达钢筋表面，或是能减小钢筋的溶解速率。罩面层形成型阻锈剂有很多种，它们都可以在钢筋的表面甚至是钢筋腐蚀产物的表面形成一层保护膜，从而降低腐蚀反应速率。3.1.2 阻锈剂在混凝土中的应用在混凝土拌合物中掺加或在混凝土表面涂阻锈剂可采取不同的方法。具体使用阻锈剂时不仅要考虑所能预测到的腐蚀危害程度，还要考虑阻锈剂的化学性质。如果要保证阻锈剂在混凝土中分散的均匀性，则应该在混凝土拌合物制备时将阻锈剂加入拌合水后一起搅拌，但这样会影响到水泥混凝土的性能。因此，在考虑选择阻锈剂的时候，应该同时考虑到所设计的混凝土性能、所预测到的腐蚀危害程度以及所选择的阻锈剂的基本性能。将阻锈剂加入至拌合水搅拌制备混凝土，保证了阻锈剂在混凝土结构中分散的均匀性，解决了在混凝中使用阻锈剂的一个关键性的技术问题。采用这种使用方法能使阻锈物质比后来才渗入的氯离子先到达钢筋表面，在大多数防止腐蚀的方法中，钢筋表面阻锈剂的浓度必须和侵入的氯离子浓度保持在同一数量级才能保证达到足够的阻锈效果。但是，从另一方面来说，阻锈剂会对混凝土的凝结、硬化过程产生影响。因此要想获得最佳效果，还应该多搜集原始资料进行多方面统筹考虑。如果阻锈剂会对水泥浆体的性能产生副作用，或一开始没有计划使用阻锈剂，则需要在还没有发生腐蚀现象的既有结构表面上涂阻锈剂。当结构由于受到腐蚀危害而不能满足设计使用寿命要求时，需要立即在其表面涂阻锈剂来改善。然而目前阻锈剂最重要的作用目的是作为一种补救措施来应用，大量的混凝土结构受到腐蚀危害后，引起的修复费用比较大，非常需要采取一种简便、经济的措施。尽管使用阻锈剂是一种效果很好的补救措施，但实际工程中仍然会发现很多大的问题，主要是由于当前我们对于表面使用阻锈剂的研究还比较少，没有进行非常系统的研究。对于阻锈剂在混凝土中的传输过程并不是非常清楚；由于混凝土孔溶液中存在大量钙离子，许多阻锈剂与其相遇会发生反应而生成难溶物质。而一般情况下，需要将阻锈剂直接加入拌合水制备混凝土才能发挥其阻锈效应。3.2电化学保护方法混凝土的碳化作用以及氯离子的渗透会破坏混凝土钢筋保护层的保护作用。处理这种不利影响的手段通常是清除掉已经碳化或者被氯离子污染的那一部分混凝土，然后清洗露出的钢筋，再在干净的表层补上新的碱性混凝土或砂浆。这样处理的弊端显而易见：工作量过于巨大，全面清理需要耗费大量的劳动力，而且维修的费用也相当高，而新兴的电化学保护法就可以巧妙的处理这一传统手段的缺点。3.2.1电化学的几个方法1、阴极保护阴极保护就是通过在结构上部或者内部增加一个永久的电极材料，并且保持稳定低密度的电流通入。此法主要是通过用结构中较低电位来中和结构中的氯离子和碳化作用对结构的腐蚀效率。这种对还未开始腐蚀的混凝土中通电流的方法就叫阴极保护法，而此法又包括了外加电流和牺牲阳极等两种方式。外加电流方式通过在结构外加电流的方法使得结构钢筋上所有的阳极区变位阴极区，这样就可以保证结构的阳极避免被腐蚀。再通过在混凝土的表层处理后直接连到直流电流的正极，以形成新的电位差就可以使得结构的钢筋全部转化为阴极以抵抗钢筋锈蚀，主要用于阳极腐蚀的结构。牺牲阳极的方法使之在结构的阳极上采用电化学中较活跃的金属，如锌和铝等，该金属直接连接被保护的钢筋，通过牺牲这种活跃金属提供自由电子来保护钢筋，避免其被腐蚀牺牲。这样的方法可以不用提供外部电流，施工过程简单并且不需要经常性的护理，但是其提供的保护是很有限的，同时也不适宜暴露在大气中。2、电化学脱氯这种方法也被称为电化学除盐或者脱氯，通过在一定时间内想被腐蚀的结构中通入一个高密度的直流电来强迫结构中的氯离子向外部迁移，从而使得氯离子的含量降到允许标准从而保护钢筋避免受到侵蚀。在沿海或者工业区的一些城市，周边的氯离子含量较高，由于存在氯离子的散作用，结构长期处于锈蚀状态，还有北方除冰时候要用到大量的盐，导致局部地方的氯离子含量高。而采用电化学方法可以防止氯离子的侵入，保护结构避免其锈蚀。电化学脱盐和阴极保护法十分相似，原理上就是把阳极系统实现设置在被保护的混凝土结构上，然后施以大电压和电流密度，并在让电流短时间通过结构中的钢筋，此举可以大大降低构件周围环境中的氯离子浓度，同时可以提高氢氧根离子的浓度，这样就可以不损伤结构而达到排除结构周围的盐类的目的。当钢筋达到了容许情况后则停止施加电流，拆除阴极保护系统，然后再在原结构上覆盖一层新的保护层以延缓氯离子侵蚀的速率。但是此法有一定的副作用，比如周围环境中会出现析氢的现象，从而降低了钢筋与混凝土之间的粘接力等。3、电化学再碱化再碱化是通过在混凝土上进行有限时间的电流通过来恢复碳化掉的混凝土的碱度，此举可以让构件周围发生电化学反应，从而让氢氧根离子进入到混凝土中。通过再碱化处理的钢筋周围的碱度能达到新浇筑混凝土时候的水平，设置还要高而使得钢筋钝化，就能有效的防止钢筋被腐蚀。电化学再碱化通常使用的电解质是通过纸浆纤维和碳酸钠溶液混合制成，结构体内的钢筋作为阴极，布置在结构表面的钢丝网作为阳极，在注入直流电流后，高碱性的电解质溶液经过混凝土中的空隙渗入到发生谈话反应的混凝土中，再碱化过程就完成了。这种方法在中性化腐蚀的结构物上能够取得良好的效果，因为使用的电解质碳酸钠为碳化物，不和大气中的二氧化碳发生反应形成碳化物，故耐久性得到了保证；在电场的作用下，溶液中的钠离子跟钢筋附近的氢氧根离子结合有形成了氢氧化钠，再与二氧化碳形成碳酸钠，进一步增强了稳定性。在操作实施过程中也有很强的优势，不用破坏结构而进行维修，容易操作，花费不高，时间不长，不影响结构的正常使用，但在操作过程中应该注意控制电流和电压的强度。3.2.2电化学方法的优缺点电化学方法对完整的结构不需要加以破坏与修复，只要去除掉已发生剥落和分层的混凝土。用较少的施工时间就能够让结构恢复其承载能力。同时能够全面系统地排除腐蚀的影响，使得整个区域内的混凝土都得到了有效的处理，比传统方法更可靠和更耐久。可其不足也是存在的，像是如果引起锈蚀的是混合氯离子，电化学脱氯的效果就没那么显著了，阴极保护的弊端就是导电性涂层和混凝土之间的粘接性不能够得到保证，要取决于粘接钱混凝土表面的处理。另一个显著的局限就是对高强钢筋的强极化产生了氢气释放和氢脆的危险。混凝土结构维修费用是一个很复杂的主题，很多方面与个体结构有很大关系。在某些国家或地区使用比较普遍的方法可能在其他国家或者地区根本就不使用。根据资料调查得出了各方法费用的对比情况：方法每平米花费费用阴极保护，导电涂层100阴极保护，钛板和罩面层200-300再碱化100脱氯1503. 3 环氧涂层钢筋的应用环氧涂层是通过静电在普通钢筋的表面喷涂一层环氧树脂薄膜，从而隔离钢筋和腐蚀性物质，通过这种物理隔离达到防腐的目的。在表面喷涂的树脂薄膜质量能够保证的前提下，钢筋则能有效的延缓被侵蚀的速率。在工程中，保护钢筋最直接的方法就是采用环氧树脂喷涂。实践表明采用环氧树脂处理过的钢筋能够有效地延长使用寿命。目前日、美、欧和中东国家和地区广泛的使用了这种方法，并规定在恶劣环境中的结构必须采用含环氧树脂涂层的钢筋来防止可能发生的腐蚀。环氧树脂有很好的化学抗腐蚀性，形成的涂层和钢筋之间的粘接力非常高，干缩量小，延性大，能够有效的阻隔腐蚀性物质的侵蚀，可延长建筑 50 年及以上的使用寿命，避免中途因为钢筋腐蚀而引起的维修费用和工程事故。同时环氧树脂不和酸、碱物质发生反应，具有很强的化学稳定性。液态环氧树脂的添加工艺也相对简单，主要包括三种方法:刷涂法、喷涂法和浸渍法。其用途也相当广泛，适用于冬天需除冰的路桥工程，特别是直接接触的面板；适用于最易发生刚刚进腐蚀破坏的河海工程。但环氧树脂 保护层不能和电流阴极保护法共同使用。环氧树脂钢筋的使用方法与普通钢筋一致，施工人员只需在施工过程中注意常识，如环氧树脂的薄膜具有一定的脆性，要注意在钢筋安装过程中薄膜的完整性。环氧树脂涂层钢筋因为其能够隔绝腐蚀介质延长结构物的使用寿命而渐渐被我国所采用，但是使用此种钢筋则需增加成本、施工成本等，是的工程的成本增幅较大，但是获得的经济效益和社会效益却远远大于前期的成本投入。环氧钢筋作为一种防腐的材料具有其独特的优越性，如防腐工艺的操作简单，效果明显。但目前国内的使用还处于起步阶段，其使用增加了工程的成本，但是站工程总费用比重小，与提高的使用寿命、减小的维护而得到的经济效益相比小得多。随着经济的发展和体制的改革，涂层钢筋的使用将会得到越来越广泛的领域。涂层的主要作用是阻隔腐蚀介质的入侵和腐蚀结构，保护混凝土结构不受机械、应力和裂缝的影响。在混凝土表面形成了一个0.1-5mm 厚的密封层。随着实际情况的不同也有可能相应的提升。主要使用的材料包括环氧、聚氨酯或丙烯酸基的冷固性树脂或聚合物乳液或填充到不同程度的聚合物改性水泥灰浆，主要可分为以下几种涂层：找平涂层，底层涂层，初始活性表面防护涂层。1、找平涂层找平涂层是填补工程表面的粗糙不平，填满和封闭期可能存在的空隙，使得接下来的涂层能够处于同一个平面位置下。2、底层涂层底层涂层的作用是封闭空隙，密封结构毛纺织交接物质的析出和空气水分等腐蚀物质的侵入，同时对表面基层起到了一个很好的稳定作用，为接下来的涂层提供一个相对稳定的一个固结涂层。3、初始活性表面保护涂层初始活性表面保护涂层包括了：密封表面保护涂层、裂缝桥键表面保护涂层和耐磨层。其具有多项功能：具有抵抗水的渗入，抵抗二氧化碳的渗入、桥面的裂缝以及机械的应力能力等作用。第四章 结论钢筋锈蚀的问题在工程中无处不在。基于各方面的原因，人们都应该积极采取相应对策来共同探讨这个世界性的问题，本文也通过总结混凝土碳化、氯离子侵蚀等造成钢筋锈蚀的影响因素以及采取相应的防护措施。1、综合概述混凝土碳化以及外界氯离子侵入到混凝土内部对钢筋造成的锈蚀，了解它们各自发生的机理及对钢筋锈蚀带来了严重的危害作用。讲述了影响混凝土碳化的多方面因素并探讨如何减缓其碳化速率，对钢筋混凝土结构造成较大影响。利用氯离子侵蚀模型，描述了氯离子在混凝土内的扩散情形及影响。2、针对钢筋锈蚀的严重情况，综合实际应用，主要有使用阻锈剂、采取电化学的保护和使用涂层等保护钢筋的方法。总结了钢筋锈蚀防护的方法，为以后指导钢筋锈蚀的防护提供一个依据。致 谢本文在指导教师的多次指导下终于完稿，感激之情，溢于言表。在论文写作过程中，不厌其烦，耐心细致地进行审阅，提出修改意见，严谨的治学态度、渊博的专业知识、崇高的职业品德、无私的奉献精神令我很感动，我从老师身上学到了做学问的态度、方法与知识，但更重要的是学到了做人的道理与做任何事情都应有的认真、严谨的态度。这将使我受用终身！在这里我要对指导教师表达衷心的敬意与谢意。在此过程中，有众多的老师和同学帮我搜集、查阅资料，校对文章，我不胜感激！同时对所有关心过我的领导、老师、同学表达我由衷的敬意！参考文献1王晓佳钢筋混凝土桥梁的退化模型与预测D上海：同济大学硕士学位论文，2006 2 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