鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕原理的研究

摘要伴隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，鋼筋混凝土和高效鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用日益增多，在此背景下，鋼筋腐蝕和其耐久性問(wèn)題也日益引起人們的關(guān)注。我們都知道，在我國(guó)，鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被大量使用，如果它出了問(wèn)題，對(duì)于國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和人民的生命健康來(lái)說(shuō)，都是有風(fēng)險(xiǎn)的。近年來(lái)，隨著混凝土中鋼筋的腐蝕，其與之關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)了耐久性能下降的趨勢(shì)，嚴(yán)重影響到其承載力和服役壽命?；诖耍疚膶?duì)混凝土中的鋼筋腐蝕與結(jié)構(gòu)耐久性之間的有關(guān)問(wèn)題展開(kāi)了一定的分析，并對(duì)降低鋼筋腐蝕的方法展開(kāi)了探討，力爭(zhēng)可以為提高我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的耐久性提供一些理論依據(jù)。鋼筋腐蝕是影響RC和RC構(gòu)件耐久性能和安全性能的重要因素。受碳化、氯離子侵蝕等影響，混凝土中原有的鈍化膜逐漸失效，引起鋼筋銹蝕，形成3-4倍于被侵蝕后的鋼筋，引起其沿著鋼筋縱長(zhǎng)方向發(fā)生裂紋，從而加速了鋼筋銹蝕，加速了其承載能力和可靠度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鋼筋斷裂，嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅到結(jié)構(gòu)安全。研究結(jié)果顯示，由于鋼筋腐蝕而導(dǎo)致的RC結(jié)構(gòu)提前失效已經(jīng)是一個(gè)全球性的問(wèn)題。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)在一九七五年所做的一項(xiàng)研究顯示，在全國(guó)所有種類的銹蝕中，有百分之四十是由水泥中的銹蝕造成的；日本新干線通車不足10年即發(fā)生了大規(guī)模的混凝土開(kāi)裂和剝蝕，其原因是由于混凝土中的鋼筋銹蝕造成的。我國(guó)多年來(lái)廣泛使用的RC建筑，在長(zhǎng)期服役過(guò)程中，特別是上個(gè)世紀(jì)50-60年代，因需進(jìn)行早強(qiáng)化和抗凍融而導(dǎo)致的高濃度RC建筑材料的耐久性失效問(wèn)題十分突出。長(zhǎng)久以來(lái)，在嚴(yán)峻的工作條件下，特別是連續(xù)發(fā)生的幾起重大事故，使得科學(xué)工作者意識(shí)到了對(duì)混凝土耐久性能進(jìn)行深入的研究與提升的重要意義。關(guān)鍵詞：混凝土，鋼筋，結(jié)構(gòu)，耐久性ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofChina'seconomy,theapplicationofreinforcedconcretestructuresandhigh-performancereinforcedconcretestructureshasbecomemoreandmoreextensive,andinthiscase,therustofsteelbarsandtheproblemofdurabilityhavereceivedmoreandmoreattention.Weknowthatreinforcedconcretestructureshavebeengreatlyusedinourcountry,andoncethereisaproblem,thenthesmallnationaleconomy,aslargeasthesafetyofthepeople,maybethreatened.Inrecentyears,duetothecorrosionofsteelbarsinconcrete,thedurabilityofitsrelatedstructureshasbeguntograduallydecline,whichundoubtedlyendangersthebearingcapacityofthestructureandreducestheservicelifeofthestructure.Accordingly,thispaperanalyzestherelatedproblemsofsteelcorrosionandstructuraldurabilityinconcrete,andalsostudiesthemethodsofreducingsteelcorrosion,andstrivestoobtainacertaintheoreticalbasisfortheimprovementofthedurabilityofbuildingstructuresinChina.Rebarcorrosionhasagreatinfluenceonthedurabilityandsafetyofreinforcedconcretestructuresandprestressedconcretestructures.Concreteundertheactionofavarietyoffactors(suchascarbonization,chlorideionerosion,etc.),steelbarduetotheoriginalformationofthealkalinemediumpassivationfilmisdestroyedandgraduallyloseitsprotectiveeffect,resultinginsteelrust,thevolumeofrustgeneratedis3~4timeslargerthanthecorrodedmetalvolume,sothattheconcreteprotectivelayeralongthelongitudinalcrackofthesteelbar,andoncethecrackoccurs,thecorrosionrateofthesteelbarisgreatlyaccelerated,thebearingcapacityofstructuralcomponentsandthespeedofreliabilitydeteriorationaregreatlyaccelerated,andsomeevendeveloptothesteelbarrust,endangeringthesafetyofthestructure.Literatureshowsthattheprematurefailureofreinforcedconcretestructurescausedbysteelcorrosionhasbecomeamajordisasterofgeneralconcerninallcountriesintheworld.A1975surveybytheAmericanBureauofStandardsshowedthatcorrosionofsteelbarsinconcreteaccountedfor40%ofallkindsofcorrosionintheUnitedStates;Lessthan10yearsaftertheuseoftheJapaneseShinkansen,therewasalargeareaofconcretecrackinganderosioncausedbysteelcorrosion.InChina,alargenumberofreinforcedconcretestructureshavebeenusedfordecades,forthecorrosionofharshenvironmentalconditions,especiallyinthefiftiesandsixtiesofthe20thcentury,duetotherequirementofearlystrengthorantifreezeintheconcretemixedwithexcessivechlorinesaltstructure,durabilitydamagephenomenonisveryserious.Foralongtime,peoplehavefoundthatconcretestructureswillnotagebeforeagingincomplexandharshenvironments,especiallythecontinuousengineeringaccidents,whichhasmadetheacademiccommunitydeeplyrealizethepracticalsignificanceofstudyingandimprovingthedurabilityofconcreteinthefaceofbloodlessons.Keywords:Concrete;Rebar;Structure;durability目錄TOC\o"1-3"\h\u10781第一章前言 鋼筋腐蝕對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響在鋼筋砼建筑中，由于四周的水泥層起到了防護(hù)作用，通常不會(huì)發(fā)生銹蝕。但是，在某些情況下，如果防護(hù)膜被損壞或者防護(hù)膜的厚度不夠，則會(huì)引起混凝土的銹蝕?？傮w而言，因界面處鋼筋的銹脹作用，會(huì)引起混凝土沿筋開(kāi)裂，進(jìn)而引起混凝土保護(hù)層脫皮，降低了結(jié)構(gòu)的有效截面，并降低了界面處的膠結(jié)強(qiáng)度；而隨著混凝土強(qiáng)度的提高，混凝土中的鋼筋會(huì)因腐蝕而變小，強(qiáng)度下降，混凝土的強(qiáng)度下降，從而導(dǎo)致混凝土的破壞?；炷林械匿摻罡g將降低其承載能力，降低其使用性能。鋼筋腐蝕對(duì)混凝土粘結(jié)力的影響主要表現(xiàn)在：腐蝕后的鋼筋與混凝土界面會(huì)產(chǎn)生腐蝕，腐蝕后的鋼筋與混凝土界面的結(jié)合強(qiáng)度會(huì)降低；銹蝕的溶脹會(huì)引起混凝土裂縫，使其對(duì)鋼筋的錨固效果減弱；由于鋼筋的腐蝕，導(dǎo)致其與混凝土的力學(xué)性能喪失。(1)鋼筋在混凝土中的腐蝕產(chǎn)生的是一種結(jié)構(gòu)性的空洞的氧化劑，這種氧化劑使鋼筋和混凝土的接觸面發(fā)生顯著變化，使其與混凝土的結(jié)合效果減弱。(2)鋼筋的腐蝕物質(zhì)所占的空間大于未被腐蝕之前的鋼鐵，由此導(dǎo)致了圍繞著鋼筋的混合混凝土的若干次侵蝕和損壞。所以，我們可以假定，在t0期間才是真實(shí)的建筑的安全服役時(shí)間，對(duì)于t0期間的預(yù)計(jì)應(yīng)該是最穩(wěn)妥的。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)T2、T3節(jié)理進(jìn)行了大量的研究，然而，因其所處的混凝土及真實(shí)環(huán)境的復(fù)雜，加之資料與模型的匱乏，導(dǎo)致其預(yù)報(bào)存在諸多問(wèn)題。特別是對(duì)于T3斷面的建筑物，必須盡早進(jìn)行加固和維護(hù)，防止建筑物被損壞。銹蝕對(duì)混凝土構(gòu)件力學(xué)性能的影響在鋼筋砼建筑中，由于四周的水泥層起到了防護(hù)作用，通常不會(huì)發(fā)生銹蝕。但是，在某些情況下，如果防護(hù)膜被損壞或者防護(hù)膜的厚度不夠，則會(huì)引起混凝土的銹蝕?？傮w而言，因界面處鋼筋的銹脹作用，會(huì)引起混凝土沿筋開(kāi)裂，進(jìn)而引起混凝土保護(hù)層脫皮，降低了結(jié)構(gòu)的有效截面，并降低了界面處的膠結(jié)強(qiáng)度；而隨著混凝土強(qiáng)度的提高，混凝土中的鋼筋會(huì)因腐蝕而變小，強(qiáng)度下降，混凝土的強(qiáng)度下降，從而導(dǎo)致混凝土的破壞?；炷林械匿摻罡g將降低其承載能力，降低其使用性能。鋼筋腐蝕對(duì)混凝土粘結(jié)力的影響主要表現(xiàn)在：腐蝕后的鋼筋與混凝土界面會(huì)產(chǎn)生腐蝕，腐蝕后的鋼筋與混凝土界面的結(jié)合強(qiáng)度會(huì)降低；銹蝕的溶脹會(huì)引起混凝土裂縫，使其對(duì)鋼筋的錨固效果減弱；由于鋼筋的腐蝕，導(dǎo)致其與混凝土的力學(xué)性能喪失。(1)鋼筋在混凝土中的腐蝕產(chǎn)生的是一種結(jié)構(gòu)性的空洞的氧化劑，這種氧化劑使鋼筋和混凝土的接觸面發(fā)生顯著變化，使其與混凝土的結(jié)合效果減弱。(2)腐蝕產(chǎn)物在腐蝕之前所占的空間大于腐蝕之前所占的空間，因此對(duì)包裹在腐蝕過(guò)程中所形成的膠結(jié)作用產(chǎn)生了不利影響。結(jié)論總之，國(guó)內(nèi)關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕問(wèn)題的研究還很少，而在現(xiàn)實(shí)生活中，由于鋼筋腐蝕而造成的建筑結(jié)構(gòu)的耐久度降低也是經(jīng)常出現(xiàn)的。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了詳細(xì)的研究，總結(jié)出如下幾點(diǎn)：(1)在當(dāng)前的混凝土耐久工程中，對(duì)混凝土中鋼筋銹蝕的研究是一項(xiàng)困難的工作，它與鋼鐵的銹蝕具有共性和獨(dú)特性，在不同的銹蝕介質(zhì)下，混凝土中的鋼筋銹蝕可以分為化學(xué)銹蝕和電銹蝕兩類。在不同的環(huán)境下，其腐蝕機(jī)理和腐蝕程度是不同的。(2)在進(jìn)行承載能力評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)將銹蝕引起的鋼筋-混凝土界面粘接特性劣化，從而改變了構(gòu)件的失效形式。(3)在未產(chǎn)生裂縫之前，銹蝕材料從混凝土向鋼筋中蔓延，造成銹蝕，故必須對(duì)砼的構(gòu)造進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以確保砼的壓實(shí)程度。在開(kāi)裂后，因?yàn)殇P蝕氣體會(huì)對(duì)混凝土內(nèi)的鋼筋進(jìn)行侵蝕，而且一般的混凝土結(jié)構(gòu)也不會(huì)允許開(kāi)裂，所以需要對(duì)開(kāi)裂后的構(gòu)件進(jìn)行防腐處理。(4)最近幾年，在世界各地進(jìn)行了許多調(diào)查，結(jié)果表明，許多正在使用的鋼筋混凝土建筑物已經(jīng)出現(xiàn)了銹蝕損壞，特別是在多雨、多濕的地區(qū)，銹蝕損壞更加明顯。因此，改善防護(hù)層緊實(shí)程度及加強(qiáng)對(duì)鋼筋的包覆，是改善其抗腐蝕性能，減少或消除其對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成的破壞的重要途徑。參考文獻(xiàn)[1]蔡榜文,裴強(qiáng),崔迪,李維紅.單軸循環(huán)加載海水腐蝕下的SMA加固鋼筋混凝土柱軸壓性能研究[J/OL].建筑結(jié)構(gòu):1-6[2023-02-23].[2]許見(jiàn)超,吳潔瓊,陳圣剛,刁波,趙體波.疲勞損傷與氯腐蝕作用后鋼筋混凝土梁疲勞壽命預(yù)測(cè)[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2022,43(S1):69-76.[3]路承功,魏智強(qiáng),喬宏霞,喬國(guó)斌,付勇.基于Weibull分布的鋼筋混凝土腐蝕環(huán)境耐久性壽命預(yù)測(cè)[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào),2022,30(06):1534-1544.[4]劉赫,劉俊博,朱子豪,趙雅宏,王志鋼,矯立新,欒靖堯,張鵬.混凝土腐蝕減薄對(duì)鋼筋混凝土管節(jié)承載性能影響[J].土木工程與管理學(xué)報(bào),2022,39(04):62-69+75.[5]孟祥暉,馮瓊,張?jiān)粕?喬宏霞,謝曉揚(yáng).鹽漬土環(huán)境下鋼筋混凝土腐蝕劣化行為及競(jìng)爭(zhēng)失效分析[J/OL].材料