建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋混凝土構(gòu)件的銹蝕及其影響

1、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中鋼筋混凝土構(gòu)件的銹蝕及其影響摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷進(jìn)步，國(guó)民生活水平不斷提升，人們對(duì)建筑的需求量越來越 大。建筑已 經(jīng)成為人民生活中的一大開銷。 但是建筑質(zhì)量不容樂觀。 本文從混凝土鋼筋銹蝕 的主要原因入手，探討了銹蝕鋼筋混凝土對(duì)建筑物的影響， 最后提出了改善鋼筋銹蝕的幾點(diǎn) 措施。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋼筋銹蝕影響.、八、一前言近年來，全國(guó)各地建筑需求量不斷增長(zhǎng)，購(gòu)房用于居住或用于投資，已經(jīng)成為人們 生活中的 一大開銷。但建筑質(zhì)量卻不容樂觀。目前我國(guó)常規(guī)房屋設(shè)計(jì)的使用壽命為 50 年，這種預(yù)測(cè)是建立在我國(guó)混凝土設(shè)計(jì)規(guī) 范的根底上的。但我國(guó)許多房屋都達(dá)不到此標(biāo)準(zhǔn)。 由于一些原因，許多鋼筋

2、混凝土的壽命不 過 25 年左右，造成這種情況的主要原因，其中之一就是鋼筋的銹蝕。一、鋼筋銹蝕 鋼筋混凝土構(gòu)件是由鋼筋和混凝土組成。由于鋼筋抗拉強(qiáng)度非常高，一般在 200MPa 以上，所以在混凝土中參加鋼筋以增加混凝土的拉力。由鋼筋承當(dāng)其中的拉力，混凝土承當(dāng)壓應(yīng)力局部。鋼筋與混凝土之間有良好的粘結(jié)力。鋼筋和混凝土的彈性模量比擬接近， 還有較好的化學(xué)膠合 力、 機(jī)械咬合力和銷栓力， 這樣既發(fā)揮了各自的受力性能， 又能很好地 協(xié)調(diào)工作，共同承當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件所承受的外部荷載。 在一棟建筑中，鋼筋和混凝土的結(jié)合物是 支撐起建筑全身重量的骨架。可以說鋼筋混凝土是建筑物的主體局部。混凝土中的鋼筋銹蝕一般為電化

3、學(xué)銹蝕反響。 混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕是在有水分子參與的條件下發(fā)生的，鋼筋銹蝕的電極反響式為：陽(yáng)極： Fe?Fe2+2e陰極： O2+2H2O+4e?4OH-陽(yáng)極外表二次化學(xué)過程：Fe2+2OH-?Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O?4Fe(OH)3在氧氣和水的共同作用下， 鋼筋外表的鐵不斷失去電子而溶于水， 從而逐漸被腐蝕， 在鋼筋外表生成紅鐵銹，引起銹蝕。二、鋼筋銹蝕主要原因1. 混凝土不密實(shí) |混凝土密實(shí)度不良。當(dāng)水泥用量偏小，水灰比例不當(dāng)，振搗不良 ，或在混凝土澆筑中產(chǎn)生露筋、蜂窩、麻面等情況 ，會(huì)加速鋼筋的銹蝕。2. 混凝土碳化和侵蝕性氣體空氣中的二氧化碳?xì)怏w ，在混凝土表

4、層中逐漸被氫氧化鈣的堿性溶液所吸收，相互反應(yīng)生成碳酸鈣 ( CaC03) 。這種現(xiàn)象稱為混凝土的碳化。生成的碳酸鈣很難溶解, 其飽和溶液的 PH 值為 9。因此 ,混凝土碳化的結(jié)果 ，就是 PH 值不斷下降 ，并不斷向內(nèi)部深化；當(dāng)碳化深 度到達(dá) 或超過鋼筋保護(hù)層時(shí) ，鋼筋外表的鈍化膜遭到局部破壞 ，鋼筋銹蝕開始。3. 雜質(zhì)的侵入鋼筋材質(zhì)中的一些 雜質(zhì)使鋼筋容易銹蝕。為了在混凝土中防止這種情況的發(fā) 生，外邊要 加混凝土保護(hù)層。如果保護(hù)層厚度缺乏，里面的鋼筋就會(huì)提前銹蝕。4. 環(huán)境條件 環(huán)境條件是引起鋼筋銹蝕的外在因素，如溫度、濕度及枯燥交替作用，海水飛濺、 海鹽滲透 等都對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕

5、有明顯影響。三、對(duì)建筑物的影響鋼筋銹蝕使其力學(xué)性能以及粘結(jié)性能發(fā)生退化， 嚴(yán)重降低了鋼筋在混凝土結(jié)構(gòu)中的 作用，甚至導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的坍塌破壞。直接影響到混凝土結(jié)構(gòu)的平安性及耐久性。鋼筋銹蝕，銹跡擴(kuò)展使混凝土開裂并使鋼筋與混凝土之間的結(jié)合力喪失。當(dāng)水穿透 混凝土外表進(jìn)入內(nèi)部時(shí)， 受凍凝結(jié)的水分體積膨脹， 經(jīng)過反復(fù)的凍融循環(huán)作用， 在微觀上使 混凝土產(chǎn)生裂縫并且不斷加深，從而使混凝土壓碎并對(duì)混凝土造成永久性不可逆的損傷。1. 鋼筋銹蝕對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響(1) 削弱鋼筋的受力 ，尤其是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的高強(qiáng)度鋼絲，外表積大、截面小、應(yīng)力高 ，一旦發(fā)生腐蝕 ，危險(xiǎn)性更大 ，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件斷裂的危險(xiǎn)。

6、(2)鋼筋腐蝕體積膨脹大約增大了2.2 倍 ，使混凝土保護(hù)層破裂甚至脫落，從而降低結(jié)構(gòu)的受力性能和耐久性能。2. 銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能 銹蝕作用造成鋼筋的局部坑蝕將嚴(yán)重影響鋼筋的力學(xué)性能 ，實(shí)際工程中鋼筋的銹蝕 是由最初的點(diǎn)蝕坑逐漸擴(kuò)大開展的，銹蝕坑產(chǎn)生的缺口效應(yīng)力集中將引起銹蝕鋼筋屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、延伸率和粘結(jié)強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)的變化，蝕坑處應(yīng)力集中現(xiàn)象對(duì)構(gòu)件的受力性能有著嚴(yán)重的影響。鋼筋銹蝕影響結(jié)構(gòu)耐久性主要表達(dá)在兩個(gè)方面 ：(1) 導(dǎo)致鋼筋有效截面面積的減少；(2) 銹蝕后體積膨脹 (約為銹蝕前的 2-4 倍)引起順筋裂縫、保護(hù)層脫落以及粘結(jié)力下降等 ，最終導(dǎo)致構(gòu)件承載力下降、

7、服役壽命縮短。3. 銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件的粘結(jié)性能退化 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是一種鋼筋和混凝土的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能不僅取決于鋼筋與混凝土的物理力學(xué)性能 ，而且與鋼筋與混凝土之間的協(xié)調(diào)工作能力有關(guān)。在承載能力和使用極限狀態(tài)下 ，鋼筋強(qiáng)度能否得到利用取決于粘結(jié)的有效長(zhǎng)度。鋼筋與混凝土之間粘結(jié)性能的退化往往造成構(gòu)件剛度降低 ，喪失強(qiáng)度。四、改善措施1. 混凝土保護(hù)層增加混凝土保護(hù)層厚度可以顯著地推遲腐蝕因子滲透到鋼筋外表的時(shí)間， 也可提高 對(duì)鋼筋銹蝕膨脹的抵抗力。混凝土碳化到達(dá)鋼筋外表的時(shí)間與保護(hù)層厚度的平方成正比。 增 大保護(hù)層厚度能有效地推遲碳化時(shí)間。2. 控制混凝土拌和物中的氯鹽含量某些化學(xué)

8、離子如 C1 -、I-、Br - 對(duì)鈍化膜有特殊的破壞作用。它們?cè)阡摻畋Ｗo(hù)層不被碳化或中性化的情況下也可以破壞鋼筋鈍化膜， 發(fā)生銹蝕現(xiàn)象。氯離子是這一類離 子中最常遇到的。氯離子半徑很小， 穿透力強(qiáng)，很容易吸附在鋼筋陽(yáng)極區(qū)的鈍化膜上， 取代 鈍化膜中氧離子，使鋼筋起保護(hù)作用的氫氧化鐵變?yōu)闊o(wú)保護(hù)作用的氯化鐵。 由于氯離子到達(dá) 鋼筋外表的不均勻性，特別是氯離子作用在鋼筋局部區(qū)域時(shí)， 那么局部區(qū)域?yàn)殛?yáng)極，形成了大 陰極小陽(yáng)極的腐蝕。因此必須嚴(yán)格控制氯離子的總量，即應(yīng)對(duì)混凝土拌和物中的氯鹽含量加以控制。 拌合混凝土?xí)r只允許使用清水。禁止使用鹽來為混凝土路面除冰。3. 提高混凝土密實(shí)性提高混凝土的密實(shí)性，減少內(nèi)部微細(xì)孔函隙和毛細(xì)管通首是加強(qiáng)鋼筋防腐蝕能力的最根本途徑。首先要嚴(yán)格控制水灰比。施工時(shí)就要均勻振搗，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間