鋼筋銹蝕原理及應(yīng)對(duì)措施案例分析（54頁(yè)圖文豐富）

1、混凝土的鋼筋銹蝕鋼筋銹蝕已成為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性破壞中的首要因素。 1985年，美國(guó)各類腐蝕引起損失達(dá)1680億美元，鋼筋銹蝕占40%左右； 九十年代初，美國(guó)全部57.5萬(wàn)座鋼筋混凝土橋中因鋼銹破壞而限載通車的公路橋占1/4，其中已經(jīng)不能通車的占1%（約5000座），僅維修費(fèi)高達(dá)900億美元。 我國(guó)交通部門于1980年對(duì)華南地區(qū)18座碼頭調(diào)查的結(jié)果發(fā)現(xiàn)：80%以上在使用不到20年間就出現(xiàn)了嚴(yán)重或較嚴(yán)重的鋼筋銹蝕破壞； 北方地區(qū)，北京西直門舊立交橋僅運(yùn)行18年就拆除重建，沈陽(yáng)文化路大立交橋使用13年后因鋼筋銹蝕嚴(yán)重破壞，哈大公路，在建成5年后混凝土出現(xiàn)嚴(yán)重的順筋脹裂和剝落。 (1)鋼筋銹蝕破壞機(jī)理

2、原電池反應(yīng)原理腐蝕電池必備條件：1)陰極、陽(yáng)極和電位差；2)離子通路(電解質(zhì))；3)電子通路。陰極反應(yīng):2H+2e-=H2陽(yáng)極反應(yīng)電流銅（陰極）鋅（陽(yáng)極）電極電位的形成原理圖鋼筋微電池腐蝕陽(yáng)極反應(yīng)：Fe-2e=Fe+ （氧化反應(yīng)）陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e4OH- （還原反應(yīng)）綜合反應(yīng)：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2(伴有電流)Fe(OH)2+O2+2H2OFe(OH)3Fe2O3nH2O（鐵銹）陰極陽(yáng)極混凝土的保護(hù)作用物理保護(hù)作用：阻止水分、氧氣、氯離子等外界有害介質(zhì)的侵入；化學(xué)保護(hù)作用：高堿性環(huán)境（由于孔溶液中存在有NaOH、KOH，CH等，pH值大于12.5）下，陽(yáng)極產(chǎn)生的

3、Fe(OH)2被氧化成型氫氧化鐵（純化膜層）：Fe(OH)2+O2-FeOOH+H2O （致密保護(hù)層）鋼筋鈍化層兩個(gè)臨界值：pH=9.88，開始形成鈍化膜，pH=11.5，鈍化膜才能完全覆蓋鋼筋表面。CO2CO2鋼筋表面脫鈍導(dǎo)致鋼銹混凝土中性化導(dǎo)致銹蝕（pH10.5）Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2O(氫氧化鈣) 3CaOSiO2 3H2O+CO2 3CaCO3+2SiO2+3H2O(水化硅酸鈣)鋼筋銹蝕產(chǎn)生的裂縫開裂銹蝕膨脹混凝土碳化與鋼筋銹蝕氯鹽導(dǎo)致鋼筋銹蝕 (Cl-/OH-0.6)Fe2+Cl-FeCl絡(luò)合物- （還原反應(yīng)）FeCl絡(luò)合物- +2OH-=Fe(OH)2+Cl-Fe(

4、OH)2+O2+2H2OFe(OH)3Fe2O3nH2O（鐵銹）破壞鈍化膜腐蝕宏觀電池混凝土腐蝕坑鋼筋鈍化層鋼筋Cl-在鋼筋銹蝕中的作用 氯離子是極強(qiáng)的陽(yáng)極活(去鈍化)劑。在水泥的浸出液中，即使其pH值還很高(如達(dá)到13)，只要有46mg/L濃度的氯離子，就足以破壞鋼筋鈍化膜。 Fe2+2Cl-+4H2O-FeCl2.4H2O FeCl2.4H2O-Fe(OH)2+2Cl-+2H+2H2O氯離子雖然并不構(gòu)成腐蝕產(chǎn)物，在腐蝕中也不消耗，但作為促進(jìn)腐蝕的中間產(chǎn)物，會(huì)給腐蝕起催化作用。海洋浪濺區(qū)混凝土的氯離子侵蝕浪濺區(qū)下部接觸氯化物機(jī)會(huì)多、潮濕，易成為陽(yáng)極區(qū)，而上部接解氧氣較多，易成為陰極區(qū)；浪濺區(qū)

5、混凝土潮濕、又含有滲入的電解質(zhì)，使其易形成良好的導(dǎo)電通路；浪濺區(qū)干濕循環(huán)及海風(fēng)風(fēng)干作用使氯離子更易由于毛細(xì)管作用進(jìn)入混凝土內(nèi)部。鋼筋混凝土銹蝕破壞機(jī)理CO2, O2, H2O222混 凝 土 表 面 應(yīng)力 應(yīng) 力 鋼銹 破壞裂縫 鋼筋 鋼銹膨脹壓力，脹裂破壞(2)鋼筋銹蝕破壞特征混凝土順鋼筋開裂、剝落、脫層 開裂剝落分層鋼筋混凝土間“握裹力”下降與喪失 鋼筋斷面損失：以局部腐蝕為主，均勻腐蝕較少。鋼筋應(yīng)力腐蝕斷裂 ：應(yīng)力銹蝕相互促進(jìn)的結(jié)果。鋼筋腐蝕過(guò)程四階段：1）腐蝕孕育期T0、2）腐蝕發(fā)展期1、3）腐蝕破壞期T2、4）腐蝕危害期T3。T0T1T2T3。 (3)鋼筋銹蝕影響因素混凝土密實(shí)度和保

6、護(hù)層厚度 ： 密實(shí)度：水灰比、礦物摻合料、骨料；保護(hù)層厚度：設(shè)計(jì)富余系數(shù)，30%?；炷帘Ｗo(hù)層的完好性 ： 成型質(zhì)量：混凝土工作性、成型振動(dòng)方式；表面開裂：材料性能、養(yǎng)護(hù)制度。開裂造成鋼筋預(yù)應(yīng)力損失開裂，使水和其它離子進(jìn)入混凝土液相pH值：pH10，鋼筋銹蝕速率很??；pH4時(shí)，鋼筋銹蝕速率急劇增加； 水泥品種、礦物摻合料不同，混凝土的堿度不同，碳化不同，對(duì)鋼筋的保護(hù)不同。粉煤灰減小混凝土的氯離子擴(kuò)散的作用混凝土l-含量： 預(yù)應(yīng)力混凝土：Cl-總量不超過(guò)0.06%(水泥質(zhì)量)；普通混凝土：Cl-總量不超過(guò)0.10%(水泥質(zhì)量)。 水：200350mg/L；海砂：低于0.06%；外加劑：防凍劑、早

7、強(qiáng)劑。 混凝土種類內(nèi)摻型混凝土氯鹽總摻量臨界值（%）外摻型混凝土氯鹽濃度臨界值（X10-6）中等強(qiáng)度混凝土1.155000高強(qiáng)混凝土0.8510500摻粉煤灰高強(qiáng)混凝土0.8-粉煤灰和高效減水劑雙摻型高強(qiáng)混凝土0.4510000環(huán)境條件： 氯鹽、潮濕、冷熱交替、干濕變化。 當(dāng)構(gòu)件使用環(huán)境很干燥（濕度 Fe2+ + 2e-電流半電池電位 測(cè)量鋼筋不同部位電極電位，電位差越大，腐蝕速率越快。 現(xiàn)象北京二環(huán)路西北角的西直門立交橋舊橋于1978年12月開工，1980年12月完工。使用一段時(shí)間后，橋使用混凝土的部位都有不同程度開裂。1999年3月因各種原因拆除部分舊橋改建。舊橋東南引橋橋面和橋基鉆芯作K

8、2ONa2OCl-含量測(cè)試。Cl-濃度呈明顯梯度分布，表面Cl-濃度為0.150.094和0.15。距表面1 cm處Cl-濃度驟增，分別為0.300.18和0.78。在12 cm處Cl-濃度達(dá)到最高值，其后隨著離開表面距離的增加，Cl-濃度逐漸減至0.1左右。該混凝土的粗、細(xì)集料均含有一定數(shù)量的活性成分， 存在發(fā)生堿一集料的可能性。堿含量Na2O為0.3%、3.6kg/m3，可形成堿集料反應(yīng)的條件。冬夏氣候變化。原因 北京市80年代每年化冰鹽的撒散量為400600 t，主要用于長(zhǎng)安街和城市立交橋。西直門立交舊橋混凝土中的Cl-主要來(lái)自化冰鹽NaCl?；炷帘砻鍯l-含量低于距表面12 cm處，

9、是因其表面受雨水沖刷，部分Cl-溶解入雨水中流失。Cl-超過(guò)最高極限值后，會(huì)破壞鋼筋的鈍化膜，銹蝕鋼筋，銹蝕產(chǎn)物體積膨脹，導(dǎo)致鋼筋開裂，保護(hù)膜脫落。該混凝土的粗、細(xì)集料均含有一定數(shù)量的活性成分, 存在發(fā)生堿一集料的可能性。 鹽凍+凍融北京北四環(huán)健翔橋防撞墩修復(fù)實(shí)例 健翔橋是北京北四環(huán)換乘道路上的一座主要的橋梁，該橋自從開始使用到現(xiàn)在一直飽受汽車尾氣中SO2等有害氣體、冬天化雪用的化雪鹽中含有大量的Cl-等有害離子的侵蝕，致使該橋的防撞墩出現(xiàn)了大量的鋼筋銹蝕、保護(hù)層開裂等不同程度的破壞。材料鋼筋保護(hù)劑Mucis Steel Protection表面型遷移性阻銹劑MuCis mia 200修補(bǔ)砂漿

10、MuCis BS 39混凝土表面加強(qiáng)防水劑TECNOSOLID 82/WP泰美涂保護(hù)涂料TECNORIV AC 100。剔除保護(hù)層施工 用修補(bǔ)砂漿BS39修補(bǔ)調(diào)配、涂刷鋼筋保護(hù)劑MSP涂刷表面型遷移性阻銹劑修復(fù)后效果涂刷TECNOSOLID 82/WP涂刷泰美涂保護(hù)涂料AC 100日照港煤碼頭7#墩鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹蝕日照港煤碼頭主要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，由于長(zhǎng)期受海水浸泡、干濕交替、日光曝曬、沿海鹽霧、海生生物及潮濕空氣的腐蝕，混凝土表面存在著大量的毛細(xì)孔及各種原因造成的細(xì)微縫隙，這些都是海水侵蝕碼頭混凝土的直接通道，混凝土孔隙中的水分通常以飽和的氫氧化鈣溶液形式存在，其中還含有一些氫氧化鈉和

11、氫氧化鉀，pH值約為12.5，海水環(huán)境下又含有較高濃度的氯離子。日積月累的作用使混凝土逐步形成表面多孔的腐蝕面，這種腐蝕面在海水的動(dòng)力作用下更加速了混凝土表層腐蝕。如果腐蝕介質(zhì)進(jìn)一步滲透到鋼筋并造成銹蝕就會(huì)對(duì)碼頭的結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，造成巨大的損失。工程概況發(fā)生的主要破壞情況鋼筋銹蝕鹽水侵蝕混凝土開裂某碼頭板梁底出現(xiàn)裂縫及鋼筋銹蝕華南地區(qū)某海港油氣碼頭引橋使用僅8年，型板梁底出現(xiàn)明顯裂縫及鋼筋銹蝕。而型板卻基本完好請(qǐng)討論其原因。工程概況而型板卻基本完好型板梁底出現(xiàn)明顯裂縫及鋼筋銹蝕碼頭型板梁混凝土不同深度Cl-分布情況（%）測(cè)試結(jié)果從表中可見(jiàn)，隨混凝土深度增加，Cl-含量依次遞減。目前國(guó)外一般把混凝

12、土內(nèi)Cl- 含量達(dá)到其致銹臨界含量值時(shí)的時(shí)間，確定為混凝土的安全使用壽命。華南地區(qū)海港碼頭調(diào)查該值為0.1050.145 。該混凝土保護(hù)層設(shè)計(jì)厚度為5.5 cm，且由于施工偏差，部分構(gòu)件實(shí)際保護(hù)層厚度低于設(shè)計(jì)值。當(dāng)海水中Cl-滲透進(jìn)混凝土，使鋼筋表面Cl-含量達(dá)致銹值時(shí)，銹蝕開始；腐蝕產(chǎn)物體積膨脹，使混凝土產(chǎn)生與鋼筋平行的順筋裂縫，乃至混凝土開裂，鋼筋的電化學(xué)腐蝕迅速進(jìn)行。取樣標(biāo)高為2.91-3.06 m。構(gòu)件名稱0-2cm2-4cm4-6cm6-8cm人行橋和引橋0.34190.20830.16470.0946工作平臺(tái)0.42090.29930.16720.0969原因分析加拿大魁北克省拉瓦

13、爾立交橋坍塌事故原因分析該橋于2006年月日發(fā)生立交橋坍塌事故并造成5人死亡、6人受傷。這座建于1970年的立交橋設(shè)計(jì)壽命為70年，目前尚未發(fā)現(xiàn)任何設(shè)計(jì)方面的瑕疵。工程概況拉瓦爾立交橋坍塌事故發(fā)生后，有關(guān)人員對(duì)全省境內(nèi)的4500座立交橋進(jìn)行了緊急普查，并確定其中20座將接受進(jìn)一步檢查。該市另一座建于同一時(shí)間并擁有同樣結(jié)構(gòu)的立交橋及蒙特利爾附近另一座橋梁，也因擔(dān)心存在安全隱患而關(guān)閉。當(dāng)?shù)叵卵╊l繁，橋面上撒的鹽過(guò)多。使用情況雪水滲透立交橋結(jié)構(gòu)里面腐蝕鋼筋，使其與混凝土脫離，才引發(fā)了事故。主要原因事故后采取行動(dòng)最近幾年我國(guó)橋梁坍塌事故2011年7月以來(lái)，一系列橋梁塌陷事故紛至沓來(lái)。7月11日凌晨，江

14、蘇鹽城境內(nèi)328省道通榆河橋發(fā)生坍塌；12日，武漢黃陂一高架橋被發(fā)現(xiàn)引橋嚴(yán)重開裂；14日上午，通車不到12年的武夷山公館大橋倒塌；15日凌晨，錢江三橋引橋橋面塌陷；19日凌晨，一輛重達(dá)160噸的嚴(yán)重超載貨車造成北京市寶山寺白河橋塌毀。整個(gè)7月，脆弱的橋梁一個(gè)個(gè)倒下，壓迫著公眾的神經(jīng)。人們用“橋脆脆”來(lái)比喻這些“年輕有為”的大橋。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在2007年至2011年5年間，全國(guó)已經(jīng)有至少17座大橋發(fā)生垮塌事故，造成156人死亡、88人受傷、23人失蹤。臺(tái)灣高雄市的情況高雄市政府在96年9月至97年2月間針對(duì)69座橋樑隧道做目視檢測(cè)，其中有大順橋、民族橋等20座橋樑隧道分別有鋼筋鏽蝕、伸縮縫擴(kuò)大、

15、橫隔樑被管線通過(guò)破壞等缺失，應(yīng)在一年內(nèi)做急迫性修復(fù)。且69座橋樑隧道中，其中33座都有鋼筋鏽蝕裸露的缺失。對(duì)橋梁進(jìn)行混凝土中性化（碳化）檢測(cè)以定混凝土品質(zhì)，甚至進(jìn)行橋樑承載力評(píng)估，也就是常說(shuō)之橋樑載重試驗(yàn)以確認(rèn)橋樑之承載能力。錢江三橋引橋橋面塌陷事故分析中國(guó)工程院外籍院士、著名橋梁專家鄧文中，中國(guó)工程院院士鄭皆連都表示，橋梁垮塌占主導(dǎo)性的原因在于車輛嚴(yán)重超載。設(shè)計(jì)存在問(wèn)題：錢江三橋南引橋事故橋跨為預(yù)制拼裝式預(yù)應(yīng)力空心板結(jié)構(gòu)，就像一排筷子，每根筷子之間依靠相對(duì)薄弱的鉸縫混凝土連接，鉸縫的作用是分配橋面荷載，它的破損會(huì)影響橋梁的橫向傳力特性，削弱結(jié)構(gòu)的整體受力性能；而主橋是整體的預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，更像是捆在一起的一把筷子。單輛超重車輛對(duì)引橋事故橋跨的影響要比對(duì)主橋大得多。橋梁專家茅以升：橋梁設(shè)計(jì)本身要比橋梁的建造可能要花費(fèi)幾倍甚至幾十倍的時(shí)間和功力。設(shè)計(jì)上的偷工減料比材料上的危害性、欺騙性更大。其它調(diào)查結(jié)果建設(shè)后不久：混凝土開裂，鋼筋銹蝕，也是重要原因之一。原因分析混凝土中鋼筋的銹蝕是鋼筋混凝土破壞的最重要原因，必須引起重視。1907-上海大廈和外百渡橋(百年建筑) 埃菲爾鐵塔于1889年建成位于法國(guó)巴黎戰(zhàn)神廣場(chǎng)上的鏤空結(jié)構(gòu)鐵塔，高300米，天線高24米，總高324米。埃菲