钢筋锈蚀引起混凝土结构裂缝的分析及防治

问题研究

第 2卷 2 1年第 4 ( 9 01期总第 14 5期)

钢筋锈蚀引起混凝土结构裂缝的分析及防治施文俊’刘鲁群’张树国李振江’

(.集团公司运输部 1莱钢摘要

2莱钢股份型钢厂莱芜 .

210 ) 714

混凝土材料受不良使用条件、当的使用方法和环境污染等影响造成钢筋锈蚀，而引起混凝土不进裂缝钢筋锈蚀预防处理

结构过早的破坏，文章通过分析混凝土中钢筋锈蚀的机理和影响因素，出了防止钢筋锈蚀的一些措施。提关键词混凝土结构

1概述

混凝土材料由于受不良的使用条件、当的不

加。研究证明，筋锈蚀是从 p= 1时开始的，钢 H l. 8 此时钢筋的钝化膜已不稳定并逐渐破坏；氧和在

使用方法、环境污染等的影响，造成钢筋锈蚀已成为混凝土结构中的普遍现象。轻则影响结构的使用性和耐久性，重则降低结构承载力，甚至导致结构失效。钢筋锈蚀引起混凝土结构的过早破坏， 已成为各国普遍关注的一大灾害，量混凝土结大构由于钢筋锈蚀，不得不维修或拆除，造成巨大的经济损失。通过分析混凝土中钢筋锈蚀的机理和影响因素，提出防止钢筋锈蚀的一些措施。 大量的工程实践和理论分析表明，钢筋混凝土构件基本上都是带裂缝工作的。只是有些裂缝很细，至肉眼看不见 (宽小于 05 m)一般对甚缝 .r, a结构的使用无大的危害，允许其存在；有些裂缝在使用荷载、外界物理及化学因素作用下，不断产生发展引起混凝土炭化、保护层剥落及钢筋锈蚀，使钢筋混凝土强度和刚度受到削弱，耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害结构的正常使用，必须加以控制。因此研究混凝土裂缝产生的原因及预防措施是非常重要和迫切的。2产生钢筋锈蚀的原因21混凝土炭化造成钢筋锈蚀 .

水的作用下，使钢筋开始锈蚀，由于锈蚀钢筋的体积膨胀，最终导致混凝土保护层胀裂。由于混凝土炭化后的p H值降低，因而随着炭化深度的增加，钢筋的锈蚀率相应增加。2 .与环境湿度密切相关 2

混凝土炭化是一般大气环境中钢筋锈蚀的前提条件，正常情况下，空气中的二氧化碳气体在混凝土表面逐渐被氢氧化钙吸收，形成炭化钙，这种现象称为混凝土炭化。炭化的速度除与二氧

化碳的浓度有关外，还取决于相对湿度及混凝土的密实度等。一般状态下，由于水泥的水化作用，混凝土内的 p H值为 1一 3 2 l。在此环境下钢筋周围形成种保护膜，即钝化膜，可保护钢筋不被锈蚀。混凝土中钢筋表面钝化膜的稳定性主要取决于周围混凝土的p值， H因此钢筋锈蚀速度与混凝土液相的p H值有密切关系， H 1时，当p> 0钢筋的锈蚀速度相对较小，当 p<时，锈蚀速度急剧增而 H4则一

相对湿度对混凝土中钢筋锈蚀有双重作用， 方面影响混凝土中氧气的扩散速度；另一方面则影响混凝土的电导率。因此存在一个钢筋锈蚀速度最快的相对湿度。湿度不仅直接影响钢筋的电化学锈蚀速度，而且还影响混凝土的炭化速度， 从而间接地使钢筋产生锈蚀。混凝土的湿度大时，自由水含量高，其对空气的渗透性低，炭化慢， 完全饱和的混凝土不可能炭化；全干燥 (对湿完相度不大于 2%) 5的混凝土一般也不会炭化，根据实际调查和实验分析，结果发现气候比较干燥的地区，钢筋锈蚀较慢，常年多雨、而干湿交替频繁的地区锈蚀较快。在干燥的环境下，如室内的钢筋混凝土结构，不仅炭化速度慢，而且即使炭化达到钢筋表面，筋也未发生锈蚀。大多数钢筋混凝钢土结构构件处于干燥环境中，运行几十年也未发生钢筋锈蚀，而当结构构件处于湿度较大的环境中，尤其是处于干湿交替的环境或渗雨渗水的部位，钢筋锈蚀一般较快。在十分潮湿的环境中， 即相对湿度大于 8%时， 0混凝土孔隙中充满水分，二氧化碳气体不容易透人，以造成钢筋锈蚀。当难相对湿度低于 4%时， o在钢筋表面难以形成水膜， 钢筋几乎不生锈。而当空气相对湿度在 4% 8% 0~0 时，利于炭化作用，有混凝土中的钢筋就容易锈蚀。 23裂缝对钢筋锈蚀的影响 -裂缝及其宽度对钢筋锈蚀是有影响的，而且裂缝宽度不同其影响程度也不同。首先，裂缝加快了锈蚀的发生，即锈蚀开始的时间提前，而在早一

一

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第 2卷 2 1年第 4总第 14 ) 9 0 1期( 5期期，缝宽度对钢筋锈蚀影响较大，裂因为钢筋失去钝化时间取决于裂缝的宽度。然而锈蚀一旦开

问题研究出现蜂窝等缺陷。因此提高混凝土密实

度有如下措施。 ( )证混凝土的施工质量：先要选用级配 1保首良好的集料，控制材料的含泥量，因为如果集料的级配不好，含泥量偏大，就会使混凝土内部的孔隙增大，凝土密实度随之降低；混其次混凝土要采用机械搅拌及机械振捣，证混凝土搅拌均匀振捣保密实；还要防止}凝土在运输和浇筑过程中产生昆离析现象。最后要做好混凝土的养护，保证混凝土到达设计强度要求。 () 2掺入高效减水剂：在保证混凝土拌合物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比，使混凝土的总孔隙率，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水拌合后，会产生一种絮凝状结构，这些絮凝状结构中，在包裹着许多拌合水，而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为从了保持混凝土拌合物所需的工作性，就必须在拌合时相应的增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加人减水剂的定向排列时，使水泥质点表面均带有相同电荷，电性斥力在的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，因而达到减水的目的。 () 3掺入高效活性矿物掺料：普通混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，影响混凝土耐久是性的一个主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物，于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成，在 消除游离石灰，是使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路径。 3控制混凝土裂缝， . 2尽量避免有害物质的出现混凝土裂缝是普遍存在的，由于裂缝的存在和发展，通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力，响建筑物的外观、影使用寿命，严重者将会威胁到人的生命财产安全，混凝土裂缝产生的原因很多，变形引起的裂缝 (温度变化、缩、有如收膨胀、不均匀沉陷等 )。有外荷载作用引起的裂缝； 有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。常见的有干缩裂缝、陷裂缝和温度裂缝等。预防沉混凝土裂缝的主要措施有： () 1尽量选用收缩量较小、热或中热水泥，低

始，其影响程度大大降低，这时锈蚀速度取决于未开裂处混凝土保护层的质量和

渗透性。混凝土保护层的质量越好，渗透性越小，氧气及水分的供给量越少，锈蚀速度越慢。随着炭化进程的深入，毛细孔将逐渐被堵塞，使混凝土渗透性逐步降低，锈蚀速度也随之下降。当钢筋锈蚀速度小到一定程度时，即在设计寿命期内不影响其各项力学指标时，就称之为不锈蚀或处于钝化状态，实际锈蚀持续进行，只是有时锈蚀程度速率很小而已。裂缝对钢筋锈蚀的影响程度又与环境条件相关。我国调查结果表明处于露天或潮湿环境下，裂缝宽度达到 01m以上时，缝处钢筋锈蚀严重，处 .2 m裂而于室内干燥的条件下，即使有裂缝，钢筋也基本无锈蚀或锈蚀较轻。 24混凝土内掺加氯盐造成钢筋锈蚀 .混凝土中 1- 2含量对钢筋的影响极大，l 1 E-可能是随混凝土组成成分 (泥、、料或￣-n )水砂石 l剂进 J J入混凝土的，也可能是在混凝土硬化后经其空隙由外界渗入的，多学者认为，许由混凝土组成材料带人混凝土的有限氯盐不会引起钢筋锈蚀。因为这些有限含水量的氯盐与水泥中的铝酸盐结合成难溶于水的氯铝酸盐及水化铁氯盐，而不以游离的c一 l状态存在。在外界经混凝土自身孔隙渗入的氯盐比掺人的氯盐危害更大，因为掺人的氯盐仅有极少量可参与化合反应生成难溶的化合物，当外界渗入的氯盐量达到混凝土重的 01 02 .%~ .%时， 即能引起钢筋锈蚀。c一 l含量对钢筋的锈蚀影响还与混凝土是否炭化、H值的大小有关， p当混凝土 p H值降低时，氯化物含量很低也可能造成钢筋锈蚀。

3预防钢筋锈蚀措施

31提高混凝土的密实度。 .降低混凝土的孔隙率

外界的有害物质通过混凝土内部的孑隙， L渗入到混凝土内，最后到达钢筋表面，破坏钢筋钝化膜，引起钢筋锈蚀。因此，为阻止外界有害物质侵入混凝土内而使钢筋锈蚀，就要提高混凝土的密实度。而要提高混凝土的密实度，就必须降低混凝土的孔隙率，特别是毛细管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌合用水量。但如果纯粹的降低用水量，混凝土的工作性将随之降低，又会导致

捣实成型困难，同样造成混凝土结构不密实，甚至一

如矿渣水泥、粉煤灰水泥等。 () 2混凝土的干缩受水灰比的影响较大，水灰

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问题研究比越大，干缩越大，因此要严格控制水灰比，掺加高效减水剂来增加混凝土的坍落度和和易性，减少水泥及水的用量。 ( )强混凝土的早期养护，时覆盖塑料薄 3加及膜或者潮湿的草垫、片等，麻保持混凝土终凝前表面湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。冬季施工时，适当延长混凝土保温覆盖时要间。在高温和大风天气要设置遮阳帽和挡风设施，时养护。及 () 4在混凝土结构中设置合适的收缩缝。 ()防止沉陷裂缝的出现，部结构施工前 5为上应对松软地基进行夯实和加固，模板应有足够的强度和刚度，且支撑牢固，并使地基受力均匀，模板拆除的时间不能太早，且要注意拆模的先后次序。3 .防止氯离子的侵蚀 3

第 2卷 2 1年第 4总第 14 9 01期( 5期)增加，这是延迟混凝土内部钢筋开始锈蚀的一种很有效地方法。 () 3混凝土表面涂层。为制止氯离子渗入混凝土，延缓钢筋腐蚀，涂覆混凝土作为第一道防线是一种简单、经济和有效地辅助性保护措施。 () 4钢筋表层涂刷防腐涂料。目前采用较多的是环氧涂层钢筋，由于其是在钢厂流水线上涂覆的，因此，一般可以保证涂层的质量，使钢筋与周围混凝土隔开，即使有害物质大量侵入混凝土， 也可长期保护钢筋，使钢筋免遭腐蚀。 () 5掺加钢筋阻锈剂。钢筋阻锈剂的作用是钢筋钝化膜被破坏时能够自行再生，自动维持，从而避免钢筋腐蚀，比人为地涂层更加经济、这简便。拌制混凝土时掺加阻锈剂也是预防恶劣环境中钢筋腐蚀的一种经济有效地补充措施，亚硝酸盐是目前应用最广的钢筋阻锈剂。4总结

氯离子的侵入是钢筋锈蚀的主要因素。氯离子进入混凝土有两种途径：其一是“入”如掺用混，含氯离子的外加剂，用海砂，工用水含氯离使施子，在含盐环境中拌制浇筑混凝土等；其二是“渗入”环境中的氯离子通过混凝土的宏观、观缺，微陷渗入到混凝土中，并到达钢筋表面，为防止氯离子的侵入，取的主要措施有：采 ( )制原材料中氯离子的含量。当原材料 1控中氯离子含量超标时，要采取预防措施，是防就这止“混人”型氯离子进入混凝土的主要措施。

( )高混凝土保护层厚度。混凝土保护层 2提增加，则氯离子渗入混凝土到达钢筋的时间就会

随着新材料、工艺的不断出现，新防治钢筋锈

蚀的任何技术措施，都必须建立在可靠的工程质量地基础上。钢筋锈蚀破坏实践证明，对腐蚀环境认识不足或没有采取适当的防护技术措施，是导致钢筋锈蚀过早出现的重要原因。目前钢筋的防护技术是多种多样的。钢筋锈蚀这一建筑通病将会逐渐减少，只要弄清了产生的原因，提出有并针对性的防治措施，就一定会将危害降到最低。(O O 0— 0 2 L一 8 1收稿 )

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济上的合理性后，决定把原皮带加长 9 m重新硫 ., 6化皮带接头两个。在设备安装时，用两个 3 t .手动 2葫芦将坠陀处皮带配重箱起升到指定位置，并用皮带夹子将皮带接头固定在预留位置。利用两台 宽 80 m的硫化机对新皮带和原皮带预留接头进 0r a行硫化。6制动装置的改造

启动时抱闸由电液推动器自动打开，电动机停止

时，抱闸依靠自身弹簧弹力将制动轮抱死，以有可效防止皮带重负荷停车机尾倒料挤死皮带。7结束语

制动器工作原理就是利用摩擦副中产生的摩擦力来实现制动的，皮带是上坡皮带，混4皮带倾仓的冲击，延长了皮带使用寿命，提高了造球滚筒角为 7,。因为原混 4皮带抱闸制动效果很差，常采水分控制的稳定性和混合料的成球率， 15 为 0m烧用逆止链防止皮带倒料，对皮带机头滚筒和皮带结机生产的平稳顺行创造了良好条件。 非工作面划伤较严重。新设计的制动器安装在减 (00 0— 1 2 1— 5 2收稿 ) 速器高速轴端可与机头电动机同步工作，电动机一

带式输送机机头支架及传动装置改造后，使混合料造球系统设备布局更加合理，造球滚筒实现了混合料上水控制智能化，缩短了混合料在皮带上的运输行程，减小了混合料对皮带和柔性料

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