混凝土的碳化及其对钢筋腐蚀的影响

混凝土的碳化及其对钢筋腐蚀的影响

摘要：本文分析了大气环境中CO 2、SO 2等物质使混凝土发生碳化的作用机理及影响混凝土碳化的主要因素，阐述了钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀的电化学过程，运用混凝土碳化原理分析了混凝土的碳化对钢筋蚀的影响。

关键词：混凝土；碳化；钝化膜；钢筋腐蚀

自从1824 年波特兰水泥（又称之为硅酸盐水泥）问世以来，混凝土材料就以其性能优越、施工方便和经济成本低等方面的显著优势在土木工程领域内得到广泛的应用。然而在大气中的CO 2、SO 2等外部介质作用下，混凝土结构会逐渐发生碳化，从而导致钢筋腐蚀（锈蚀），其性能产生衰减，混凝土结构的使用寿命往往也没有人们所预想的那样长。根据煤碳部1996 年对部分矿区生产系统的钢筋混凝土结构建筑的调查报告，显示因混凝土碳化造成混凝土中钢筋锈蚀，其钢筋锈蚀深度达20% 以上，结构的可靠度大大降低。因此混凝土碳化对钢筋腐蚀的影响逐渐引起了结构工程界的重视。

1混凝土的碳化

1．1混凝土碳化的作用机理

混凝土的碳化是指空气中的CO 2、SO 2等酸性气体与混凝土中液相的Ca （OH）2作用，生成CaCO3和H2O 的中性化过程。此外水泥石中水化硅酸钙（CSH）和未水化的硅酸三钙（C3S）及硅酸二钙（C2S）也要消耗一定的CO 2气体。由于混凝土是一种多孔性材料，在其内部往往存在着大小不同的毛细管、孔隙、气泡等缺陷，具有一定的透气性。空气中的CO 2首先渗透到混凝土内部充满空气的孔隙和毛细管中，而后溶解于毛细管中的液相，与水泥水化过程中产生的Ca （OH） 2 和水化硅酸钙（CSH）等物质相互作用，形成CaCO3。

Ca （OH）2是水泥的主要水化产物之一，对于普通硅酸盐水泥而言，水化生成的Ca （OH ）2可达10%～15%。Ca （OH）2一方面是混凝土高碱度的主要提供者，另一方面又是混凝土中最不稳定的成分之一，很容易与环境中的酸性介质发生中和反应，从而使混凝土碳化。

经过大量的研究表明，混凝土的碳化过程是CO 2气体由表及里向混凝土内部逐渐扩散、反应复杂的物理化学过程，主要的碳化反应方程如下：

Ca （OH ）2 + H 2O + CO2→ CaCO 3 + 2H 2O

3CaO·2S iSO2·3H O2 + 3CO3→ 3CaCO 3·S iO2·3H 2O

3CaO·2S iSO2·3H O 2 + nH2O → 3CaCO3·2S iO2·nH 2O

3CaO·2S iSO 2·3H O 2 + nH2O → 2CaCO 3·S iO2·nH 2O

随着混凝土碳化过程的进行，混凝土毛细孔中Ca （OH） 2 的含量会逐渐减少，必然要使混凝土PH值降低。碳化后混凝土的PH 值可以用下式表示：

PH = 14 + log 10 [2 × 103 ×Ca （OH ）2（aq）]

式中Ca （OH ）2（aq）——表示混凝土内部毛细孔中液态Ca （OH）2的含量。

混凝土的碳化改变了混凝土的化学成分和组织结构，对混凝土的化学性能和物理力学性能有着明显的影响。

1．2混凝土碳化的影响因素

从混凝土碳化作用机理的阐述中可知，影响混凝土碳化的最主要因素是混凝土本身的密实性和碱性储备的大小，即混凝土的渗透性及其Ca （OH）2碱性物质含量的大小。可以说，如果混凝土的孔隙率越小、渗透性越低、密实性越高、Ca （OH ）2含量越大，则混凝土的抗碳化性能越好；反之，则越差。影响混凝土密实性及其碱性储备的因素十分复杂，与多种因素有关，具体来说有材料因素、环境因素和施工因素三大方面。材料因素包括混凝土水灰比大小、水泥品种及其用量、混凝土强度等级、骨料级配、外加剂等；环境因素包括环境相对湿度、温度、压力以及CO 2 气体浓度等”施工因素包括混凝土搅拌、振捣和养护条件等。

1．2．1水灰比的影响。水灰比增加，混凝土硬化后，多余的水分蒸发或残留在混凝土中，会提高混凝土内部毛细孔的含量，渗透性提高，因此CO 2气体在混凝土毛细孔中的扩散速度加快，从而将加快混凝土的碳化速度，使混凝土碳化区的碳化深度提高。

对于普通混凝土，水灰比大小对混凝土碳化的影响可以用下式表述：η= 4.15×W /C-1.03

式中η——水灰比对混凝土碳化影响系数；

W /C ——混凝土水灰比大小。

图1 为几种不同水灰比下的混凝土制作成标准试件，进行混凝土快速碳化试验（快速碳化试验条件：CO 2的浓度为20±5℃，水泥为普通硅酸盐水泥），从试验结果中可以看出增加混凝土的水灰比，可以加快混凝土的碳化速度。

1.2.2水泥品种的影响。矿不渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥混凝土的碳化速度要比硅酸盐水泥混凝土的碳化速度快。这是因为火山灰水泥、粉煤灰水泥熟料中的CaO 含量低而SiS2的含量高，水泥水化时，SiO 2和CaO 发生反应大量生成水化硅酸钙，而生成的Ca （OH）2含量较少，混凝土的碱性低；而硅酸盐水泥中CaO 的含量高，能生成较多的Ca（OH）2，碱性高。另外，混凝土的碳化还与CO 2气体的渗透速度有关。经过大量实践可以证明：在相同湿度情况下，火山灰水泥或粉煤灰水泥混凝土中CO 2气体的渗透速度要比硅酸盐水泥混凝土的渗透速度大。

图2 为在水灰比相同、CO 2气体浓度相同、空气相对温度和温度相同情况下，几种混凝土碳化深度的比较，可见硅酸盐水泥混凝土的碳化深度为最小。

1.2.3空气相对湿度的影响。混凝土的碳化与混凝土环境的相对湿度有着重要关系。Ca （OH）2与CO 2反应生成的水要向外扩散，以保持混凝土内部与大气之间的湿度平衡。如果水向外的扩散速度由于环境湿度大而被减慢，混凝土内部的水蒸气压力将增大，CO 2气体向混凝土内部扩散渗透的速度将降低乃至终止，混凝土的碳化反应也随之减慢。在相对湿度接近100%时，混凝土中的孔隙被水蒸气的冷凝水所充满，反应产生的水向外扩散和CO 2向内渗透的速度大幅度降低，碳化将终止。而当相对湿度小于25% 时，虽然CO 2的扩散渗透速度很快，但混凝土毛细孔中没有足够的水，空气中的CO 2无法溶解于混凝土毛细管水中，或其溶解量非常有限，使之不能与碱性溶液发生反应，因此碳化反应实际上也无法进行。有资料表明，在相对温度为50%～70% 的条件下，最有利于促进混凝土的碳化。这就是为何我国内陆地区较沿海地区碳化明显的原因。

图3 给出了水灰为0.65，浓度为50% ，碳化时间为5 天，在不同湿度环境下，混凝土的碳化深度。

1.2.4空气中CO 2 浓度的影响。通常认为，CO 2 在混凝土中的碳化深度可按下式计算：

式中D ——混凝土碳化深度；

K——CO 2扩散系数；

C——混凝土表面CO 2的浓度；

t——混凝土碳化持续时间；

m ——单位体积混凝土所吸收CO 2的体积。

由上式可以看出，在其他条件不变的情况下，环境中CO 2气体的浓度越高（C 值越大），则在一定使用期内混凝土碳化速度越快，碳化深度（D）越大。

1.2.5混凝土强度等级的影响。混凝土强度等级越高，混凝土则越密实，CO 2的扩散速度则降低，从而使混凝土的碳化速度随之降低，混凝土的抗碳化能力得到提高。混凝土强度等级大小与混凝土碳化速度之间的关系，可以用下式表述：K = 210/f cu-3.3

式中K——混凝土碳化速度系数；

f cu——混凝土的立方体抗压强度

1.2.6混凝土振捣、养护的影响。混凝土在施工操作过程中如振捣和养护良好，则混凝土硬化后密实度较高，混凝土的碳化速度慢。如果混凝土在施工初期养护不良，混凝土中的水分蒸发过快，混凝土面层的渗透性增大，则可加快混凝土的碳化。

2混凝土碳化对钢筋腐蚀的影响

2.1钢筋腐蚀的作用机理

根据钢筋腐蚀的不同机理，钢筋腐蚀一般分为化学腐蚀与电化学腐蚀等几种形式，对于钢筋混凝土构件中的钢筋腐蚀主要是电化学腐蚀。钢筋发生电化学腐蚀必须具备两个条件：

2.1.1阳极部位的钢筋表面处于活性状态，可以自由地释放电子，在阴极部位钢筋表面存在足够的水和氧气。在潮湿的环境下，钢筋表面总是存在水膜和深于水膜中的氧气。

由于钢筋不是单一的金属铁，同时含有碳、硅、锰等合金元素和杂质，这样不同元素处在相同或不同介质中，其电极电位也不同，其间必然存在着电位差，因此，在潮湿的环境下钢筋表面的钝化膜受到破坏时，就可以发生电化学反应。电化学反应过程如下：

阳极反应：阳极区铁原子离开晶格转变为表面吸附原子，并释放电子转变为阳离子。

Fe-2e→Fe2+

电子传送过程：阳极区释放的电子能冠军钢筋向阴极区传送。

阴极反应：阴极区由周围环境通过混凝土孔隙吸附、扩散、渗透作用进来并溶解于孔隙水中的O 2吸收阳极区传来的电子，发生还原反应。

2H2O + O 2+ 4e-→4 （OH）-

综合反应：阳极区生成Fe2+与阴极区生成的OH-反应，生成Fe （OH）2。在高氧条件下，Fe （OH）2进一步氧化转变为Fe （OH）3，Fe （OH）3脱水后变为疏松多孔的红锈Fe2O 3：在少氧条件下，Fe （OH）2氧化不完全部分形成黑锈Fe3O 4。

Fe2+ + 2 （OH）- →Fe （OH）2

4Fe （OH）2+ O 2+ 2H2O →4Fe （OH）3

2Fe （OH）3→Fe2O 3+ 3H2O

6Fe （OH）2+ O 2→2Fe3O 4+ 6H2O

通过对上述反应过程进行分析，可知：钢筋腐蚀过程实质上就是活性状态的铁转化为铁离子的过程。

2.2混凝土碳化对钢筋腐蚀的影响

众所周知，混凝土对钢筋具有一定的保护作用，在一般情况下，钢筋混凝土结构中的钢筋不容易受到腐蚀。混凝土之所以对钢筋具有保护作用，是因为水泥水化过程中可产生一定量的Ca （OH）2（对于普通硅酸盐水泥，Ca （OH）2含量可达10%～15% ），Ca（OH）2的溶解度很小，通常以固体形式存在，从而能使混凝土具有高碱度，其PH 值一般为12～13，在这样的高碱性环境中，会在钢筋表面形成一层化学性质非常稳定的钝化膜——层不渗透的牢固地粘附于钢筋表面上的氧化物。钝化膜的存在，不仅使钢筋表面不存在活性状态的铁，而且还将钢筋与水介质隔离，水和氧气无法渗透过去，因此电化学腐蚀无法进行，从而使钢筋免受腐蚀。

在理想的情况下，混凝土中的PH 值为12.5～13，此时钢筋处于钝化状态，只要保持这个条件，钢筋就不会腐蚀，这正是一些钢筋混凝土建筑物能够耐久的重要原因。经过大量的研究与实践表明，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PH 值。当混凝土PH 值〈9.88 时，钢筋表面的氧化物是不稳定的，钢筋表面不可能有钝化膜存在，完全处于活化状态，即对钢筋没有保护作用；当混凝土PH 值处在9.88～11.5 之间时，钢筋表面的钝化膜呈不稳定状态，会逐渐溶解、破裂，钢筋表面可能发生锈蚀，即不能完全保护钢筋免受腐蚀；只有当混凝土PH 值〉11.5 时，钢筋才能完全处于钝化状态。

当钢筋表面的氧化物钝化膜被破坏时，在存在氧气和水化的情况下，钢筋就会被造成腐蚀而破坏。能够使混凝土中的钢筋表面钝化膜破坏的因素内在和外在两个因素。内在因素是指混凝土本身具有腐蚀性，如使用了含超标准氯盐的地下水搅拌混凝土，混凝土中使用了过量的氯盐类外加剂等，使钢筋表面的钝化膜处于不稳定状态，引起钢筋发生电化学腐蚀。外在因素是指由于周围介质的作用使混凝土失去保护钢

钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施

钢筋混凝土结构的腐蚀及防护措施 一.钢筋混凝土结构防腐蚀的意义 钢筋混凝土结构结合了钢筋和混凝土的优点，造价较低，在土建工程中应用范围非常广泛。在钢筋混凝土结构中，钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构过早被破坏的主要原因之一。新鲜混凝土是呈碱性的，其PH值一般大于12.5，在此碱性环境中钢筋容易发生钝化作用，使钢筋表面产生一层钝化膜，能阻止混凝土中钢筋的锈蚀。但当有二氧化碳、水汽和氯离子等有害物质从混凝土表面通过孔隙进入混凝土内部时和混凝土材料中的碱性物质中和，从而导致混凝土的PH值降低，就出现PH值小于9这种情况，钢筋表面的钝化膜就会被逐渐破坏，钢筋就会发生锈蚀，并且随着锈蚀的加剧，会导致混凝土保护层开裂，钢筋与混凝土之间的黏结力破坏，钢筋受力截面减少，结构强度降低等，从而导致结构耐久性的降低。 据调查，我国20世纪90年代前兴建的海港工程，一般10～20年就会出现钢筋严重腐蚀破坏，结构使用寿命基本上都达不到设计基准期要求。我国50年代至70年代建的海港工程，高桩码头不到20年，甚至7～8年就出现严重钢筋锈蚀破坏，海工混凝土结构破坏已成为我国港口建设中不得不重视并迫切需要解决的问题。 国外学者曾用“5倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性，即设计阶段对钢筋防护方面节省1美元;在发现钢筋锈蚀时采取措施需要追加维修费5美元;混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元;严重破坏时将追加维修费125美元。我国海洋工程中广泛使用的钢筋混凝土结构因腐蚀引起破坏的情况同样严重。除海洋环境本身属于强腐蚀环境因素外，环境的日益恶化、相关的混凝土结构耐久性规定标准偏低、施工质量不能保证等因素，致使我国混凝土结构大部分在使用10年左右即出现较严重的腐蚀破坏，给国家建设和经济发展造成了巨大的损失。因此，如何采取有效的防腐蚀技术措施，防止钢筋混凝土结构过早出现钢筋锈蚀破坏，确保建筑物达到预期的使用寿命是国内外学术界、工程界极为关切的热点。 二.钢筋的锈蚀原理及分类 1．钢筋的锈蚀条件： 钢筋混凝土构件内钢筋的锈蚀需要三个条件： （1）钢筋表面碱性钝化膜破坏。正常情况下钢筋是包裹在砼之内的，砼则由于水泥的水化反应造成其初始碱性（含有一定Ca（OH）2）较强，正常情况下钢筋在这种碱性环境下不会发生氧化腐蚀。当PH值大于1O时，钢筋腐蚀的速度很慢，当PH值小于5时，其锈蚀的速度就快。由此可见，只有当钢筋混凝土构件内的钢筋周围碱性钝化膜因砼碳化或其它原因导致破坏后，才可能出现腐蚀。

锈蚀对钢筋与混凝土粘结性能的影响

低温建筑技术2012年第11期（总第173期） 锈蚀对钢筋与混凝土粘结性能的影响 仲济波 （镇江市工程勘察设计研究院，江苏镇江212000） 【摘要】采用钢筋混凝土结构最常用的变形肋钢筋和光圆钢筋进行拔出试验，钢筋的锈蚀率为0 12.2%，钢筋锈蚀采用电化学加速锈蚀方法，研究了钢筋表面形状和锈蚀率对粘结力的影响，试验结果表明：在低 锈蚀率时，两种类型钢筋与混凝土的粘结力有所提高，随着锈蚀率的增加，钢筋的粘结力急剧下降；变形肋钢筋试 件的破坏模式均为劈裂破坏，光圆钢筋在无锈蚀和较高锈蚀率时，发生钢筋拔出破坏，在低锈蚀率时，发生劈裂 破坏。 【关键词】钢筋混凝土；劈裂破坏；锈蚀；粘结力 【中图分类号】TU528.57【文献标识码】B【文章编号】1001－6864（2012）11－0006－02 钢筋与混凝土的粘结力是其能够共同工作的关键点，但是钢筋混凝土结构在其使用过程中，混凝土中钢筋容易发生锈蚀，钢筋锈蚀使得钢筋截面减小，降低了钢筋的力学性能，钢筋表面产生的锈蚀产物，其体积是原来的2 6倍，使得钢筋周围混凝土产生环向拉应力，随着钢筋锈蚀率的增加，混凝土保护层产生顺筋裂缝，从而降低钢筋与混凝土间的粘结强度［1，2］。混凝土对钢筋的摩擦力减小，因此降低了钢筋混凝土结构的承载力和使用寿命，例如北京西直门立交桥1980年建成通车，使用一段时间后，保护层剥落露筋，钢筋严重锈蚀，其主要原因为冬季为清除冰雪而撒的除冰盐和盐水，使得氯离子有机会渗透到混凝土中，使得钢筋严重锈蚀，因为损伤严重，危及安全，于1999年不得已拆除重建，使用不到20年；同样近海钢筋混凝土结构长期受到氯离子侵蚀，混凝土保护层开裂、钢筋锈蚀等现象普遍非常严重，锈蚀钢筋与混凝土的粘结力是评估锈蚀钢筋混凝土结构承载力的关键［3－5］。 由于光面钢筋和变形钢筋是现在钢筋混凝土结构最常用的钢筋形式，并且其表面形状不同，文中通过电化学加速锈蚀方法对钢筋进行锈蚀，对不同锈蚀率的钢筋与混凝土进行拔出试验，钢筋采用变形肋钢筋和光圆钢筋两种，研究了不同锈蚀率对不同钢筋的粘结力的影响，为目前钢筋混凝土结构的耐久性评估和鉴定提供依据。 1试验概况 1．1试验试件 试件采用混凝土材料为32.5级普通硅酸盐水泥、天然中砂和粒径小于20mm的碎石，试件采用混凝土长方体试件，试件尺寸为150mm?100mm?100mm，将直径为16mm的钢筋浇筑于长方体的中心位置，钢筋采用变形肋钢筋和光圆钢筋，钢筋设计粘结长度为50mm，钢筋无粘结部分均用环氧树脂涂层，避免其发生钢筋锈蚀，在试件的两端位置，采取塑料套管包裹钢筋，模拟无粘结段，试件的具体尺寸如图1所示，混凝土配合比为水泥?水?砂?石=1?0.44?1.27?2.70，混凝土浇筑时，掺加1%水泥质量的氯化钠，并预留混凝土立方体试件，标准养护28d后，实测混凝土立方体平均抗压强度为33.5MPa 。 1．2钢筋锈蚀 实际钢筋混凝土工程中，钢筋锈蚀速度很慢，为了达到较高的钢筋锈蚀率，需要数年的时间，为了在较短时间内获得期望的钢筋腐蚀率，实验室通常采用电化学加速锈蚀的方法进行钢筋锈蚀，钢筋的理论锈蚀率设定为0%，3%，6%，9%和15%，采用法拉第定律进行计算，如式（1）所示，钢筋在通电锈蚀前，将钢筋混凝土试件放入5%的氯化钠溶液中1d，使得氯化钠溶液能够渗透到钢筋表面，将试件中的钢筋用导线与恒流电源的阳极相连，而恒流电源的阴极则与溶液中的铜片相连，通过氯化钠溶液形成回路，使阳极的钢筋发生锈蚀。 Δm=（A·I·t）/Z·F（1） 式中，Δm为阳极金属的质量损失，g；M为铁的摩尔质量，56g/mol；I为锈蚀电流强度，A；t为锈蚀持续时间，s；z为阳极反应电极化学价（铁为+2）；F为法 6

混凝土碳化机理及处理措施

混凝土碳化机理及处理措施 朱茂根田芝龙李建民 1 前言 混凝土的强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标。现行规范对强度指标有详细的计算和试验方法，达不到指标的即为不合格产品，而对耐久性，却没有严格的衡量参数，同一强度指标的混凝土其实际耐久性可能相差很大。混凝土抗碳化能力是衡量混凝土结构耐久性非常重要的一个指标。过去由于在设计和施工时对混凝土碳化问题重视不够，导致混凝土抗碳化能力较低，造成不少建筑物的耐久性差，被迫提前加固。本文通过对混凝土碳化和钢筋去钝化物理化学反应的分析，揭示了混凝土碳化对结构破坏的机理和规律，提出了在设计和施工时对混凝土防碳化处理的建议，并提供了一些在除险加固工程中实用的防碳化处理方案。 2 混凝土碳化机理 拌和混凝土时，硅酸盐水泥的主要成份CaO水化作用后生成Ca（OH）2，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成为饱和碱性溶液外，大部分以结晶状态存在，成为孔隙液保持高碱性的储备，它的PH值为12.5～13.5。空气中的CO2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道，气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中，与其中的孔隙液所溶解的Ca(OH)2进行中和反应。反应产物为CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉积于毛细孔中。该反应式为： Ca（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2O 反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca2+和OH-，反向扩散到孔隙液中，与继续扩散进来的CO2反应，一直到孔隙液的PH值降为8.5～9.0时，这层混凝土的毛细孔中才不再进行这种中和反应，此时即所谓“已碳化”。确切地说，碳化应称为碳酸盐化。另外，凡是能与Ca（OH）2进行中和反应的一切酸性气体，如SO2、SO3、H2S以至于气相HCI 等，均能进行上述中和反应，使混凝土碱度降低，故混凝土碳化应广义地称为“中性化”。混凝土表层碳化后，大气中的CO2继续沿混凝土中未完全充水的毛细孔道向混凝土深处气相扩散，更深入地进行碳化反应。 碳化后的混凝土质地疏松，强度降低。 3 混凝土中钢筋锈蚀机理 最初的混凝土孔隙中充满了饱和Ca(OH)2溶液，它使钢筋表层发生初始的电化学腐蚀，该腐蚀物在钢筋表面形成一层致密的覆盖物，即Fe2O3和Fe3O4，这层覆盖物称为钝化膜，在高碱性环境中，即PH≥11.5时，它可以阻止钢筋被进一步腐蚀。 当混凝土碳化深度超过保护层达到钢筋表面时，钢筋周围孔隙液的PH值降低到8.5～9.0，钝化膜被破坏，钢筋将完成电化学腐蚀，导致钢筋锈蚀。

钢筋混凝土结构耐久性问题综合分析

广东建材２００５年第９期 “耐久性”是混凝土结构应具有的一项基本功能。混凝土结构因耐久性不足而未能达到设计使用年限就提前损坏，势必会造成重大经济损失和严重社会影响。经调查，我国已经使用３０～４０年的大量工业建筑，尤其露天工业建筑，几乎都进行了加固大修，甚至拆除重建；港口码头建筑一般只能使用不足２０年就因钢筋锈蚀严重而加固大修。在海边盐渍地上建设的房屋、厂房、地下建筑，甚至包括混凝土电线杆，使用不足１０年就严重破损或断裂。 大量研究结果表明，钢筋混凝土结构破坏（失效）除自然灾害或意外事故外，其耐久性降低主要源于以下几个方面或其复合作用：钢筋腐蚀、混凝土碳化、冻融循环、碱－骨料反应、机械磨损、温湿度变化、腐蚀性化学品（硫化物、氯化物）等。笔者认为，钢筋混凝土结构耐久性降低的实质是其组成材料在使用过程中经受（抵抗）各种破坏因素的作用（破坏力）而未能保持其功能。结构耐久性性能降低都必然会体现在结构的基本材料即钢筋和混凝土上。本文试着从材料自身的角度出 发，分析影响钢筋混凝土结构耐久性的因素。 １钢筋 ⑴钢筋锈蚀。一般情况下，混凝土中的高碱性溶液（ＰＨ值一般在１２．５～１３．５之间）可以使钢筋表面形成一层惰性的水化氧化铁薄膜，该惰性薄膜可以阻止钢筋的锈蚀。当该保护层完整时，腐蚀就不会发生。通常，钢筋表面氧化铁薄膜的破坏主要有两个原因：一是因混凝土碳化，使钢筋混凝土结构保护层的ＰＨ值降低，进而破坏氧化铁薄膜；二是氯离子与氧离子的作用而破坏氧化铁薄膜。氧化铁薄膜破坏后，铁原子与水和氧气发生化学反应生成铁锈，包括Ｆｅ（ＯＨ） ３ 、Ｆｅ（ＯＨ） ２ 、Ｆｅ ３ Ｏ ４ ?Ｈ ２ Ｏ、Ｆｅ ２ Ｏ ３等，造成钢筋的锈蚀。 ⑵预应力钢筋的应力腐蚀。应力腐蚀是指金属和合金在腐蚀介质和拉应力的同时作用下引起的金属破裂。这种裂缝不仅可以沿着晶界发展，而且也可穿过晶粒。由于裂缝向金属内部发展，使金属结构的机械强度大大降低，严重时能使金属设备突然损坏。出现应力腐蚀的条件如下：存在一定的拉应力；金属本身对应力腐蚀具 钢筋混凝土结构耐久性问题综合分析 车龙兰罗嗣海（核工部东华理工学院３４４０００） 孟少平（南京东南大学３３００２９） 摘要：材料的耐久性是指材料与环境相互作用过程中的行为特征及其在时间上的反映，其耐久 性必定会体现在结构的耐久性能上。本文从材料自身角度出发综合分析了钢筋混凝土结构耐久性降 低的原因，并介绍了相应的防护措施。 关键词：材料钢筋混凝土耐久性 应该指出，当前有关耐久性的研究中，混凝土材料学和工程结构学常常是脱离的，对同一个问题的习惯思路往往有很大区别，甚至有时连定义都不相同。材料专家对材料劣化在结构上造成的后果常常难以分析，而工程结构专家不熟悉如何在材料上下工夫改善结构的耐久性。 混凝土施工是运用混凝土材料实现设计意图的中间环节，同时也是混凝土材料生产过程的最终环节。因此，施工既是结构设计得到充分体现的必要保证，也是混凝土材料使用性能得以正常发挥的重要保证。由此看来，从事施工管理的工程师不仅要熟悉结构设计，也要十分熟悉混凝土材料，才能做好管理工作。 目前，许多学者呼吁，混凝土技术的发展，需要既懂结构又懂材料的新型高级技术人才。混凝土科研人员必然要从事密切结合重大工程项目的研究，这些项目的完成又必须与设计和施工人员合作。值得指出的是，我国“九五”期间，重大科技攻关项目“重点工程混凝土安全性的研究”所取得的科技成果及经济效益，就是我国水泥混凝土材料方面的科研人员，通过跨行业的联合攻关而作出的贡献。材料学与工程学共同倡导的“混凝土安全性专家系统的研究”已在全国兴起。２１世纪的混凝土工程不仅要符合可持续性发展，而且需要安全性和耐久性。● !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 水泥与混凝土 １９ －－

第三学期-建筑结构复习题

建筑结构复习题 一、填空题 1、混凝土一个方向受拉、另一个方向受压时，强度会 。 2、混凝土在长期不变荷载作用下将产生 变形。 3、钢筋混凝土结构设计中使用的极限状态有 。 4、钢筋混凝土轴心受压构件承载力计算公式为 。 5、通过对适筋梁受弯性能的试验研究可以得出，受弯构件的正截面抗裂验算是以 阶段为依据；裂缝宽度和变形验算是以 阶段为依据；承载力计算是以 阶段为依据。 6、钢筋混凝土受扭构件根据所配箍筋和纵筋数量的多少，构件的破坏类型有 。 7、 钢筋混凝土板内分布钢筋不仅可使主筋定位和分布局部荷载，还可 。 8、钢筋混凝土偏压柱所采用的钢筋等级不宜 ，混凝土等级不宜 。 9、为提高钢筋混凝土构件抗扭承载力，应该配置的钢筋为 。 10、通过对适筋梁受弯性能的试验研究可以得出，受弯构件的正截面抗裂验算是以 阶段为依据；裂缝宽度和变形验算是以 阶段为依据；承载力计算是以 阶段为依据。 11、钢筋混凝土结构设计中最简单的实用设计表达式为 。 12、受弯构件强度计算中采用等效矩形应力图形的原则是 和 。 13、梁的斜截面破坏主要有斜压、剪压和拉压破坏三种，却选用剪压破坏作为设计依据的原因是该形式的 好， 都能得到利用。 14、先张法预应力构件是靠 来传递预应力的，后张法是靠 来保持预应力的。 15、在钢筋混凝土受弯构件计算中，要求0h x b ξ≤是为了防止发生 。 二、单项选择题 1、同一强度等级的混凝土，其各项力学指标有如下关系（ ）。 A 、f cu ＜f c ＜f t B 、f cu ＞f c ＞f t C 、f c ＞f t ＞f cu D 、f cu ＞f t ＞f c 2、若用S 表示结构或构件截面上的荷载效应，用R 表示结构或构件截面的抗力，结构或构件截面处于极限状态时，对应于（ ）式。 A 、R>S B 、R=S C 、 R

混凝土中钢筋锈蚀与结构耐久性

目录 目录 (2) 引言 (4) 第一章钢筋混凝土结构的组成材料 (4) 1.1混凝土材料…………………………………………………………………………… 1.2钢筋材料..........................................................................................第二章钢筋混凝土的腐蚀原理与过程 (5) 2.1混凝土中钢筋腐蚀的基本理论 (5) 2.2混凝土中气体、水、离子的传输过程 (5) 2.3混凝土碳化诱导的腐蚀 (5) 2.4氢离子诱导腐蚀 (5) 2.5腐蚀防护知识及钢筋混凝土阻锈剂的使用 (6) 第三章混凝土成分对钢筋的影响 (6) 3.1抗碳化性能 (6) 3.2抗氢离子侵入性能 (6) 3.3胶凝材料对氢离子扩散系数的影响 (6) 3.4水泥用量对氢离子扩展系数的影响 (6) 3.5腐蚀速率的影响因素 (6) 第四章：钢筋混凝土表面处理和涂层 (7) 4.1钢筋混凝土腐蚀的原因 (7) 4.2防护与修补的方法 (7) 4.3基层处理 (7) 4.4填充混凝土中的裂缝与孔洞 (7) 4.5砂浆与混凝土 (7)

4.6混凝土表面的保护层 (7) 第五章：钢筋混凝土结构的耐久性 (8) 5.1混凝土结构的耐久性的含义 (8) 5.2提高混凝土的耐久性 (9) 结论 (11) 参考文献 (12) 致谢 (13) 混凝土中钢筋锈蚀与结构耐久性 摘要：建筑工程安全性与耐久性在我国探讨话题中占据了越来越重要的地位，根据建设部近几年的调查研究发现，国内大部分地区大多数钢筋混凝土建筑物在使用寿命达到25~30年后即需大修，甚至处于严酷环境下的钢筋混凝土建筑物使用寿命仅仅只有15~20年。还有一部分工程在建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂等现象。钢筋混凝土腐蚀和耐久性成为当今一大研究对象。在本文将对钢筋混凝土结构发腐蚀性和耐久性做出一系列的探讨。 关键词：钢筋；腐蚀性；耐久性

混凝土碳化的几点原因

1.混凝土碳化 混凝土的碳化是指大气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部的孔隙中，而后溶解于毛细孔中的水分，与水泥水化过程中所产生的水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物相互作用，生成碳酸钙等产物。所以，混凝土碳化是由于混凝土存在着孔隙，里面充满着水分和空气，在混凝土的气相、液相、固相中进行着一个十分复杂的多相物理化学连续过程。 2.混凝土碳化影响因素 有内在因素，也有外界因素。 2.1影响混凝土碳化的内在因素 不同的水泥，其矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学成分不同，直接影响着水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度有重要影响。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度越慢。外加剂（减水剂、引气剂）一般均能提高抗渗性，减弱碳化速度，但含氯盐的防冻、早强剂则会严重加速钢筋锈蚀，应严格控制其用量。集料品种和级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响着混凝土的密实性。材质致密坚实，级配较好的集料的混凝土，其碳化的速度较慢。 增加水泥用量，一方面可以改变混凝土的和易性，提高混凝土的密实性；另一方面还可以增加混凝土的碱性储备，使其抗碳化性能增强，碳化速度随水泥用量的增大而减少。 在水泥用量一定的条件下，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加，密实度降低，渗透性增大，空气中的水分及有害化学物质较多的浸入混凝土体内，加快混凝土碳化。 施工质量差表现为振捣不密实，造成混凝土强度低，蜂窝、麻面、空洞多，为大气中的二氧化碳和水分的渗入创造了条件，加速了混凝土的碳化。

混凝土成型后，必须在适宜的环境中进行养护。养护好的混凝土，具有胶凝好、强度高、内实外光和抗侵蚀能力强，能阻止大气中的水分和二氧化碳侵入其内，延缓碳化速度。 2.2影响混凝土碳化的外界因素 酸性气体（如CO2）渗入混凝土孔隙溶解在混凝土的液相中形成酸，与水泥石中的氢氧化钙、硅酸盐、铝酸盐及其他化合物发生中和反应，导致水泥石逐渐变质，混凝土的碱度降低，这是引起混凝土碳化的直接原因。试验研究已证明，混凝土的碳化速度与二氧化碳浓度的平方根成正比，即混凝土碳化速度系数随二氧化碳浓度的增加而加快。 在混凝土浸水饱和或水位变化部位，由于温度交替变化，使混凝土内部孔隙水交替地冻结膨胀和融解松弛，造成混凝土大面积疏松剥落或产生裂缝，导致混凝土碳化。渗漏水会使混凝土中的氢氧化钙流失，在混凝土表面结成碳酸钙结晶，引起混凝土水化产物的分解，其结果是严重降低混凝土强度和碱度，恶化钢筋锈蚀条件。混凝土温度骤降，其表面收缩产生拉力，一旦超过混凝土的抗拉强度，混凝土表面便开裂，导致形成裂缝或逐渐脱落，为二氧化碳和水分渗入创造了条件，加速混凝土碳化。

混凝土结构耐久性研究

混凝土结构耐久性 1.1 混凝土结构耐久性问题的重要性 钢筋混凝土结构结合了钢筋与混凝土的优点，造价较低，且一直被认为是一种非常耐久性的结构形式，其应用范围非常广泛。 然而，从混凝土应用于建筑工程至今的150年间，大量的钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效，达不到预定的服役年限。这其中有的是由于结构设计的抗力不足造成的，有的是由于使用荷载的不利变化造成的，但更多的是由于结构的耐久性不足导致的。特别是沿海及近海地区的混凝土结构，由于海洋环境对混凝土的腐蚀，尤其是钢筋的锈蚀而造成结构的早期损坏，丧失了结构的耐久性能，已成为实际工程中的重要问题。早期损坏的结构需要花费大量的财力进行维修补强，甚至造成停工停产的巨大经济损失。耐久性失效是导致混凝土结构在正常使用状态下失效的最主要原因。 国内外统计资料表明，由于混凝土结构耐久性病害而导致的损失是巨大的，并且耐久性问题越来越严重。结构耐久性造成的损失大大超过了人们的估计。国外学者曾用“五倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性，即设计阶段对钢筋防护方面节省1美元，那么就意味着：发现钢筋锈蚀时采取措施将追加维修费5美元；混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元；严重破坏时采取措施将追加维修费125美元。 因此，钢筋混凝土结构耐久性问题是一个十分重要也是迫切需要加以解决的问题，通过开展对钢筋混凝土结构耐久性的研究，一方面能对已有的建筑结构物进行科学的耐久性评定和剩余寿命预测，以选择对其正确的处理方法；另一方面可对新建项目进行耐久性设计，揭示影响结构寿命的内部与外部因素，从而提高工程的设计水平和施工质量。因此，它既有服务于服役结构的现实意义，又有指导待建结构进行耐久性设计的理论意义，同时，对于丰富和发展钢筋混凝土结构可靠度理论也具有一定的理论价值。 正因为混凝土结构耐久性的问题如此重要，近年来世界各国均越来越重视混凝土结构的耐久性问题，众多的研究者对混凝土结构耐久性展开了研究，取得了系列研究成果，而材料层面的成果尤为显著。迄今为止，已经形成了混凝土结构耐久性研究框架，如图1-1所示。本章将着重介绍混凝土结构耐久性研究中成熟的相关研究成果。 图1-1 混凝土结构耐久性研究框架 ?????????????????????????????????????????????????耐久性评估耐久性设计结构层次构件承载力的变化粘结性能衰退模型混凝土锈胀开裂模型构件层次钢筋锈蚀碱－集料反应冻融破坏氯盐腐蚀混凝土碳化材料层次工业环境土壤环境海洋环境大气环境环境层次混凝土结构耐久性

混凝土结构的腐蚀及防腐措施

混凝土结构一直被认为是一种节能、经济、用途极为广泛的人工耐久性材料,是目前应用较为广泛的结构形式之一.但随着结构物的老化和环境污染的加剧,其耐久性问题越来越引起国内外广大研究者的关注.由于勘察、设计、施工及使用过程中多因素影响,很多混凝土结构都先后出现病害和劣化,使结构出现了各种不同程度的隐患、缺陷或损伤,导致结构的安全性、适用性、耐久性降低,最终引起结构失效,造成资金的巨大浪费.从国外情况来看[1],美国与钢筋腐蚀有关的损失占总腐蚀的40%;前苏联工业建筑的腐蚀损失占工业固定资产的16%,仅混凝土和钢筋的腐蚀损失占GDP的1·25%; 1999年,澳大利亚公布的腐蚀损失为GDP 的4.2%.除此之外,北欧、英国、加拿大、印度、日本、韩国及海湾地区等不少国家都存在以基础结构设施为主的腐蚀.中国面临的问题同样很严峻.根据中国工程院2001~2003年《中国工业和自然环境腐蚀调查与对策》中的统计, 1998年中国建筑部门(包括公路、桥梁建筑)的腐蚀损失为1000亿人民币[2].近年来,中国建筑行业的发展速度突飞猛进,一批批建筑物拔地而起,但钢筋混凝土基础的耐久性问题也逐渐暴露出来.所以,重视和加强钢筋混凝土基础结构的腐蚀性与防腐措施的研究已迫在眉睫. 1 腐蚀机理分析 1·1 混凝土的腐蚀机理 混凝土的腐蚀是一个很复杂的物理的、物理化学的过程.由于混凝土腐蚀机理的复杂性,对混凝土腐蚀的分类还没达成一个共同的认识,但一般都倾向于采用前苏联学者B·M.莫斯克文为代表所提出的分类方法[3].将混凝土的腐蚀分为3类:溶蚀性腐蚀、某些盐酸溶液和镁盐的腐蚀、结晶膨胀型腐蚀. 所以,混凝土的腐蚀机理可从以下3类入手:物理作用、化学腐蚀、微生物腐蚀. 1·1·1 物理作用 物理作用是指在没有化学反应发生时,混凝土内的某些成分在各种环境因素的影响下,发生溶解或膨胀,引起混凝土强度降低,导致结构受到破坏.物理作用主要包括2类:侵蚀作用和结晶作用. (1)侵蚀作用:当环境中的侵蚀性介质(如地下软水,河流、湖泊中的流水)长期与混凝土接触时,将会使混凝土中的可溶性成分(如Ca(OH)2)溶解.在无压力水的环境下,基础周围的水容易被溶出的Ca(OH)2饱和,使溶解作用终止.侵蚀作用仅仅发生在混凝土表面,影响不大.但在

钢筋锈蚀电位的检测与判定要点

第三节钢筋锈蚀电位的检测与判定 一、概述 混凝土碳化会使得混凝土的PH值降低，当PH值小于11时，这时混凝土中钢筋表面的致密钝化膜就被破坏，不仅如此，CaSO3、CaSO4还会与水尼水化产物中的铝酸三钙反应，生成物体积增大，从而使混凝土胀裂，这就是硫酸盐侵蚀破坏。 一旦钢筋表面钝化膜局部破坏或变得致密度差，即不完整，则钝化膜处就会形成阳极，而周围钝化膜完好的部位构成阴极，从而形成了若干个微电池。 二、半电池电位法 半电池电位法是利用混凝土中钢筋锈蚀的电化学反应引起的电位变化来测定钢筋锈蚀状态的一种方法。通过测定钢筋/混凝土半电池电极与在混凝土表面的铜/硫酸铜参考电极之间电位差的大小，评定混凝土中锈蚀活化程度。 三、测量装置 1、参考电极（半电池）：本方法参考电极为铜/硫酸铜半电池。 2、二次仪表的技术性能要求 3、导线：导线总长不应超过150m，一般选择截面积大于0.75mm2的导线。 4、接触液：为使铜/硫酸铜电极与混凝土表面有较好的电接触，可在水中加适量的家用液态洗涤剂对被测表面进行润湿，减少接触电阻与电路电阻。 四、测试方法 1、测区的选择与测点布置 （1）、主要承重构件或承重构件的主要受力部位。 （2）、在测工上布置测试网格，网格节点为测点。间距可选20cm×20cm、30cm ×30cm、20cm×10cm。测点位置距构件边缘应大于5cm，一般不宜少于20个测

点。 （3）、当一个测区内存在相邻点的读数超过150mV时，通常应减小测点的间距。（4）、测区应统一编号。 2、混凝土表面处理 用钢丝刷、砂纸打磨测区混凝土表面，去除涂料、浮浆、污迹、尘土等，并用接触液将表面润湿。 3、二次仪表与钢筋的电连接 （1）、铜/硫酸铜电极接二次仪表的正输入端；钢筋接负输入端。 （2）、局部打开混凝土或选择裸露的钢筋，在钢筋上钻一小孔并拧上自攻螺钉，用加压型鳄鱼夹夹住并润湿，确保有良好的电连接。 （3）、铜/硫酸铜参考电极与测点的接触。 电极前端浸湿，读数前湿润混凝土表面。 4、铜/硫酸铜电极的准备。 5、测量值的采集 测点读数变动不超过2mV，可视为稳定。重复测读的差异不超过10mV。五、钢筋锈蚀电位的一般判定标准 （1）、在对已处理的数据（已进行温度修正）进行判读之前，按惯例将这些数据加以负号，绘制等电位图，然后进行判读。 （2）按照表6-6的规定判断混凝土中钢筋发生锈蚀的概率或钢筋正在发生锈蚀的锈蚀活动程度。 结构混凝土中钢筋锈蚀电位的判定标准表6-6

混凝土碳化的几点原因

混凝土碳化的几点原因集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-

1.混凝土碳化 混凝土的碳化是指大气中的二氧化碳首先渗透到混凝土内部的孔隙中，而后溶解于毛细孔中的水分，与水泥水化过程中所产生的水化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物相互作用，生成碳酸钙等产物。所以，混凝土碳化是由于混凝土存在着孔隙，里面充满着水分和空气，在混凝土的气相、液相、固相中进行着一个十分复杂的多相物理化学连续过程。 2.混凝土碳化影响因素 有内在因素，也有外界因素。 2.1 影响混凝土碳化的内在因素 不同的水泥，其矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学成分不同，直接影响着水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度有重要影响。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度越慢。外加剂（减水剂、引气剂）一般均能提高抗渗性，减弱碳化速度，但含氯盐的防冻、早强剂则会严重加速钢筋锈蚀，应严格控制其用量。 集料品种和级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响着混凝土的密实性。材质致密坚实，级配较好的集料的混凝土，其碳化的速度较慢。 增加水泥用量，一方面可以改变混凝土的和易性，提高混凝土的密实性；另一方面还可以增加混凝土的碱性储备，使其抗碳化性能增强，碳化速度随水泥用量的增大而减少。 在水泥用量一定的条件下，增大水灰比，混凝土的孔隙率增加，密实度降低，渗透性增大，空气中的水分及有害化学物质较多的浸入混凝土体内，加快混凝土碳化。 施工质量差表现为振捣不密实，造成混凝土强度低，蜂窝、麻面、空洞多，为大气中的二氧化碳和水分的渗入创造了条件，加速了混凝土的碳化。

混凝土成型后，必须在适宜的环境中进行养护。养护好的混凝土，具有胶凝好、强度高、内实外光和抗侵蚀能力强，能阻止大气中的水分和二氧化碳侵入其内，延缓碳化速度。 2.2影响混凝土碳化的外界因素 酸性气体（如CO2）渗入混凝土孔隙溶解在混凝土的液相中形成酸，与水泥石中的氢氧化钙、硅酸盐、铝酸盐及其他化合物发生中和反应，导致水泥石逐渐变质，混凝土的碱度降低，这是引起混凝土碳化的直接原因。试验研究已证明，混凝土的碳化速度与二氧化碳浓度的平方根成正比，即混凝土碳化速度系数随二氧化碳浓度的增加而加快。 在混凝土浸水饱和或水位变化部位，由于温度交替变化，使混凝土内部孔隙水交替地冻结膨胀和融解松弛，造成混凝土大面积疏松剥落或产生裂缝，导致混凝土碳化。渗漏水会使混凝土中的氢氧化钙流失，在混凝土表面结成碳酸钙结晶，引起混凝土水化产物的分解，其结果是严重降低混凝土强度和碱度，恶化钢筋锈蚀条件。 混凝土温度骤降，其表面收缩产生拉力，一旦超过混凝土的抗拉强度，混凝土表面便开裂，导致形成裂缝或逐渐脱落，为二氧化碳和水分渗入创造了条件，加速混凝土碳化。

西南交通大学研究生混凝土耐久性考试答案2

1试述耐久性极限状态标志及耐久性极限状态的可靠指标取值 答： 混凝土结构发生耐久性破坏可近似认为是当混凝土发开裂到一定程度时混凝土与钢筋之间的粘结力发生破坏从而不能满足受力要求，我国《混凝土结构耐久性设计规》中将混凝土结构构件的耐久性极限状态分为三种：钢筋开始发生锈蚀的极限状态，钢筋发生适量锈蚀的极限状态和混凝土表面发生轻微损伤的极限状态，然而这个破坏程度很难定量描述，同时可知，氯离子浓度是影响钢筋锈蚀的主要因素，所以可以通过对氯离子浓度的定量描述来反映混凝土结构的耐久性能。 在对氯离子侵蚀环境下的混凝土结构进行寿命预测时,保护层内部钢筋表面 的氯离子浓度达到使钢筋开始锈蚀的临界浓度时,即认为结构开始进入失效状态,所以可近似将钢筋表面氯离子浓度达到临界值作为耐久性极限状态的标志。 2.论述混凝土产生裂缝原因及防止方法 混凝土产生裂缝的主要原因可以分为内部材料原因和外部环境作用原因。 1）内部材料原因： 材料原因引起的裂缝各类包括有: 干缩裂缝、中性化伴随钢筋腐蚀产生裂缝、氧化物使钢筋腐蚀产生裂缝、碱集料反应产生裂缝、水泥水化热产生裂缝。 2）外部环境作用原因： 外部环境作用原因引起的裂缝各类包括有：冻融循环作用、干湿交替、盐结晶、施工原因引起的混凝土裂缝、养护条件不当引起的裂缝，结构设计不当引起的裂缝以及建筑物沉降不均引起的裂缝等。 防止措施： 1）合理选择混凝土原材料和配合比，例如骨料品种、水泥品种等。 2）在混凝土中掺加外加剂，提高混凝土的密实度，或配置成高性能混凝土。 3）控制混凝土的搅拌质量和加强混凝土的早期养护条件以及合理的混凝土保护层厚度。4）优化结构设计，加强施工质量。 3.为什么在有盐环境及有干湿交替时耐久性环境等级较差? 答：混凝土是一种多孔材料，内部结构比较复杂，孔洞、微裂缝的分布和形态等对微观特征对混凝土的硫酸盐侵蚀有很大影响，干湿循环对混凝土产生疲劳破坏，干燥状态下水份蒸发，混凝土毛细孔内的硫酸钠溶液浓度上升，溶液过饱和产生析晶，体积膨胀使毛细孔内壁产生微裂缝，降低混凝土试件的抗渗透性；另一方面毛细孔内盐溶液的浓度增大促进了化学反应的速度，侵蚀产物生长速度加快，侵蚀产物富集体积膨胀微裂缝开展，也进一步降低混凝土的抗渗透性。 1）在干湿交替的条件下，潮湿时侵入混凝土孔隙中的盐溶液当环境转为干燥后因过饱和而结晶，还会产生极大的结晶压力使混凝土破坏。 2）盐在混凝土内部孔隙中形成的盐溶液浓度不同，导致渗透压不同，从而在混凝土内部

钢筋混凝土结构的腐蚀与维护

钢筋混凝土结构的腐蚀与维护 摘要：钢筋混凝土是重要的建筑材料之一，其腐蚀是影响工程结构耐久性、可靠性的至关重要的因素。在建筑工程中，由于多种因素的影响，腐蚀无处不在。为深入了解钢筋混凝土结构的腐蚀，本文从影响钢筋混凝土结构的腐蚀性介质，腐蚀原因进行分析，进一步指出钢筋混凝土结构的防腐维护措施。 关键词：钢筋混凝土；结构；腐蚀；原因；维护措施 一、钢筋混凝土结构的腐蚀的类型 1、溶蚀性腐蚀 水泥水化物生成物中的Ca(OH)2最容易被渗入的水溶解，又促使水化硅酸钙、水化铝酸盐等碱性化合物发生水解，最终完全破坏水泥石结构。某些酸盐溶液渗入混凝土，生成无凝胶型的松软物质，易被水溶蚀。水泥石的溶蚀程度随渗流速度增大而增大，溶蚀后，胶结能力减弱，混凝土材料的整体性被破坏。 2、结晶膨胀性腐蚀 含有硫酸盐的水渗入混凝土中，与水泥水化产物Ca(OH)2起置换反应生成硫酸钙（CaSO42H2O）以溶液形式存在。硫酸钙再与水化物铝硫酸盐起作用生成含有多个结晶水的水化铝硫酸钙，体积膨胀1.5倍以上，在混凝土结构中产生内应力，造成极大的膨胀性破坏作用。 3、电化学腐蚀 钢筋与潮湿介质、水、土壤接触时，表面覆盖一层水膜，水中溶有来自空气中的各种离子，这样便形成了电解质。首先钢筋中的铁素体失去电子即Fe→Fe2++2e成为阳极，渗碳体成为阴极。在酸性介质中H+得到电子变成H2跑掉；在中性介质中，由于氧的还原作用使水中含有的OH-随之生产不溶于水的Fe(OH)2；进一步氧化成Fe(OH)3及其脱水产物Fe2O3，即红褐色铁锈的主要成分。 二、钢筋混凝土结构腐蚀的原因 1、混凝土结构腐蚀 1.1环境介质的侵蚀 环境介质对混凝土的侵蚀主要是对水泥石的侵蚀。当混凝土结构处在有侵蚀介质作用的环境时，会引起水泥石发生一系列化学、物理与物理化学变化，而逐步受到侵蚀，严重的使水泥石强度降低，以致破坏。常见的侵蚀介质可分为淡水腐蚀、一般酸性水腐蚀、碳酸腐蚀、硫酸盐腐蚀、镁盐腐蚀五类。淡水的冲刷，

钢筋锈蚀对混凝土结构的影响

钢筋锈蚀对混凝土结构的影响 摘要：钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性的主要病害之一，所以防止钢筋锈蚀对提高混凝土耐久性尤为重要。本文阐述了混凝土中钢筋锈蚀的原理及造成的严重影响，并提出了防止钢筋锈蚀相应措施，希望对相关工程具有一定借鉴意义。 关键词：混凝土结构；钢筋锈蚀；原理与影响；措施 引言 结构腐蚀是影响混凝土结构耐久性、可靠性的至关重要的因素。钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构及预应力混凝土结构的耐久性和安全性影响极大。混凝土结构中钢筋锈蚀源于在多种因素作用下(如碳化、氯离子侵蚀等)，钢筋原先在碱性介质中生成的钝化膜被渐渐破坏而失去保护作用，导致锈蚀生成的铁锈，其体积是被腐蚀掉的金属体积大3-4倍，使混凝土保护层沿钢筋纵向开裂。钢筋锈蚀引起的裂缝一旦产生，钢筋锈蚀速度将大大加快，结构构件的承载力与可靠性劣化的速度大大加快，有的甚至发展到钢筋锈断，危及结构的安全。1991年在法国召开的第二届混凝土耐久性国际学术会议上，美国加州大学Mehta教授的主题报告“混凝土耐久性50年进展”中提出，目前钢筋锈蚀已经成为钢筋混凝土构件破坏的最主要的原因。基于此，对钢筋锈蚀对混凝土的影响研究势在必行[1-2]。 1 腐蚀原理与影响 钢筋锈蚀的原因有两个方面[3]：一是钢筋保护层的碳化，其碳化的原因是混凝土不密实，抗渗性能不足。硬化的混凝土，由于水泥水化，生成氢氧化钙，故显碱性，pH值＞12，此时钢筋表面生成一层稳定、致密、钝化的保护膜，使钢筋不生锈。当不密实的混凝土置于空气中或含CO2环境中时，由于CO2的侵入，混凝土中的氢氧化钙与CO2反应，生成碳酸钙等物质，其碱性逐渐降低，当混凝土的pH值＜12时，钢筋的钝化膜就不稳定，当pH值＜11.5时，钢筋的钝化保护膜就遭破坏，钢筋的锈蚀便开始进行；二是氯离子的含量。据有关试验证明，即便是pH值较高的溶液(如pH值＞13)，只要有4～6mg/L的氯离子含量，就足可以破坏钢筋的钝化膜，使钢筋失去钝化，在水和氧气的作用下导致钢筋锈蚀。 资料表明，钢筋锈蚀引起钢筋混凝土结构的过早破坏已成为世界各国普遍关注的一大灾害。混凝土中钢筋锈蚀的影响因素有：混凝土的密实度、混凝土保护层厚度、混凝土碳化、环境湿度、氯离子侵入等。在这些因素中，混凝土保护层的碳化和氯离子侵入是造成钢筋锈蚀的主要原因。钢筋锈蚀主要对混凝土结构造成影响存在以下几方面： （一）钢筋腐蚀对结构受力的影响

混凝土碳化影响因素及减缓措施

混凝土碳化影响因素及减缓措施 摘要：所谓混凝土的碳化，是指水泥石中的水化产物与周围环境中的二氧化碳作用，生成碳酸盐或其他物质的现象。碳化将使混凝土的内部组成及组织发生变化，使得混凝土结构内部环境由强碱性变为弱碱性，破坏钢筋表面的钝化膜，导致钢筋锈蚀，严重的将导致混凝土结构的保护层剥落。 关键词：混凝土；碳化；保护层 1.混凝土碳化影响因素 1.1材料因素：材料因素包括水灰比、水泥品种与用量、掺合料、外加剂等，它们主要通过影响混凝土的碱度和密实性来影响混凝土碳化速度。 （1）水灰比 水灰比W/C是决定混凝土孔结构与孔隙率的主要因素，其中游离水的多少还关系着孔隙饱和度(孔隙水体积与孔隙总体积之比)的大小，因此，水灰比是决定CO2有效扩散系数及混凝土碳化速度的主要因素之一。水灰比增加，则混凝土的孔隙率加大，CO2有效扩散系数扩大，混凝土的碳化速度也加大。水灰比在正常施工条件下，混凝土的碳化速度随水灰比减小而降低。此外，龚洛书最早通过试验给出了水灰比对碳化深度的影响系数拟合公式，碳化深度随水灰比的变大而线性升高。 （2）水泥品种和水泥用量 用矿渣水泥的混凝土比同水灰比的普通混凝土碳化程度快10%~20%。水泥用量越大，则单位体积混凝土中可碳化物质的含量越多，消耗的CO2也越多，从而碳化速度越慢。在水泥用量相同时，掺混合材料的水泥水化后单位体积混凝土中可碳化物质含量减少，且一般活性混合材由于二次水化反应还要消耗一部分可碳化物质Ca(OH)2，使可碳化物质含量更少，故碳化速度加快。因此，相同水泥用量的硅酸盐水泥混凝土的碳化速度最小，普通硅酸盐水泥混凝土次之，粉煤灰水泥、火山灰质硅酸盐和矿渣硅酸盐水泥最大。同一品种的掺混合材水泥，碳化速度随混合材掺量的增加而加大 （3）粉煤灰掺量 在硅酸盐水泥混凝土中，掺入粉煤灰有正负两方面的作用，一方面由于水泥用量减少，水化反应生成的可碳化物质减少，碱储备降低，抗碳化能力降低。另一方面，粉煤灰的二次水化填充效应可显著改善混凝土的孔结构，提高混凝土的密实性。

混凝土结构耐久性研究现状

混凝土结构耐久性研究现状 由于钢筋混凝土结构结合了钢筋抗拉与混凝土抗压的优点，表现出良好的受力性能，成为应用最普遍最广泛的结构形式，近年对水工结构、港工结构、桥梁结构、建筑结构的大量工程调查显示，钢筋混凝土结构表现出了严重的耐久性问题，许多既有钢筋混凝土结构工程往往达不到设计使用年限就需要进行加固修复，其中耐久性的降低是一大影响因素。钢筋混凝土结构耐久性问题的日益突出，引起了世界各国对加强钢筋混凝土结构耐久性研究的重视。 耐久性是指在确定的环境和维修、使用条件下，构件在设计使用年限内保持适用性、安全性的能力。钢筋混凝土结构在其使用过程中经常会受到各种各样的腐蚀和损伤，降低了构件的耐久性和结构的可靠度，导致工程的实际使用寿命往往短于设计使用年限。 影响耐久性的因素，混凝土的碳化，钢筋锈蚀，混凝土的冻融，碱－骨料反应等。 我国在钢筋混凝土耐久性问题上尚缺少全国性的系统资料,但从一些调查资料和发表的有关文献来看,钢筋混凝土耐久性问题也是极其严重的。中国建筑科学研究院的调查表明,我国现役工业建筑物损坏严重,其结构的使用寿命一般不能保证50年,多数在25-30年左右就必须进行大修或加固。1994年铁路部门的统计表明,我国铁路存在有病害的钢筋混凝土桥2675座,其中的722座发生裂损；仅使用20年的北京西直门立交桥,由于长期在冬季使用化冰盐,部分梁柱锈蚀严重,现己拆除重建。从发达国家所取得的经验来看,钢筋混凝土耐久性问题造成的损失己是惊人的。美国标准局(NBS)1975年的调查表明,美国每年因腐蚀造成的各种损失为700多亿美元,蚀破坏的修复费,1998年度就需要2500亿美元。英国为解决海洋环境下钢筋混凝土结构的腐蚀与防护问题和修复已损伤的钢筋混凝土结构,每年耗资将近200亿英镑,而日本引以为自豪的新干线,在运行10年后也出现大面积的混凝土开裂、剥蚀现象,日本运输省曾检查了其103座混凝土港口码头,发现使用20年以上的都有大量的顺筋裂缝,目前日本每年用于房屋结构维修的费用就达400亿日元。 混凝土结构耐久性降低首先起源于材料性能劣化，继而引起混凝土构件强度、刚度衰减，最后影响整个结构安全。由于客观条件，很多研究基于一般假设，如先钢筋锈蚀后加载试验，忽略荷载对混凝土力学性能劣化影响。在实际工程中绝大多数混凝土结构经受荷载和环境因素同时作用，混凝土在承受荷载时，混凝土本身力学性能退化；同时对钢筋保护作用降低，加速钢筋锈蚀，有效钢筋截面面积减小致使构件承载力降低，钢筋与混凝土黏结性能退化使得钢筋塑性不能充分发挥，降低结构延性。混凝土结构经受荷载和环境因素共同作用，荷载与环境等各因素产生的交互作用使得实际服役混凝土结构破坏过程复杂。研究荷载与环境综合作用下混凝土结构耐久性问题对实际工程更具有意义。 混凝土结构在荷载与一般大气环境综合作用下，荷载对混凝土碳化影响不容忽视，混凝土碳化与荷载大小(应力水平)和荷载形式(拉、压应力)等有关。当荷载应力抑制混凝土内部微裂缝发展时，混凝土碳化减缓; 而当荷载应力扩展混凝土内部微裂缝时，混凝土碳化加速。 荷载与特定大气环境( 如人工气候环境、盐雾大气环境、海洋大气环境等) 综合作用下构件耐久性研究成果甚少。张俊芝等试验研究了人工气候环境下承受荷载作用混凝土梁受压

钢筋混凝土结构中的钢筋有哪几种

钢筋的分类和用途 钢筋种类很多，通常按化学成分、生产工艺、轧制外形、供应形式、直径大小，以及在结构中的用途进行分类： 1．按化学成分分 碳素钢钢筋和普通低合金钢筋。碳素钢钢筋按碳量多少，又分为低碳钢钢筋（含碳量低于0.25％，如I级钢筋），中碳钢钢筋（含碳量0.25％～0.7％，如IV级钢筋），高碳钢钢筋（含碳量0.70％～1.4％，如碳素钢丝），碳素钢中除含有铁和碳元素外，还有少量在冶炼过程中带有的硅、锰、磷、硫等杂质。普通低合金钢钢筋是在低碳钢和中碳钢中加入少量合金元素，获得强度高和综合性能好的钢种，在钢筋中常用的合金元素有硅、锰、钒、钛等，普通低合金钢钢筋主要品种有：20MnSi、40Si2MnV、45SiMnTi等。 各种化学成分含量的多少，对钢筋机械性能和可焊性的影响极大。一般建筑用钢筋在正常情况下不作化学成分的检验，但在选用钢筋时，仍需注意钢筋的化学成分。下面介绍钢筋中主要的五种元素对其性能的影响。 碳（C）：碳与铁形成化合物渗碳体（Fe3C）,材性硬且脆，钢中含碳量增加渗碳体量就大，钢的硬度和强度也提高，而塑性和韧性则下降，材性变脆，其焊接性也随之变差。 锰（Mn）：它是炼钢时作为脱氧剂加入钢中的，可使钢的塑性及韧性下降，因此含量要合适，一般含量在1.5％以下。

硅（Si）：它也是作为脱氧剂加入钢中的，可使钢的强度和硬度增加。有时特意加入一些使其含量大于0.4％，但不能超过0.6％，因为它含量大时与碳（C）含量大时的作用一样。硫（S）:它是一种导致钢热脆性、使钢在焊接时出现热裂纹的有害杂质。它在钢中的存在使钢的塑性和韧性下降。一般要求其含量不得超过0.045％。 磷（P）：它也是一种有害物质。磷使钢容易发生冷脆并恶化钢的焊接性能，尤其在200℃时，它可使钢材或焊缝出现冷裂纹。一般要求其含量低于0.045％，即使有些低合金钢也必须控制在0.050％～0.120％之间。 2．按轧制外形分 （1）光面钢筋：I级钢筋（Q235钢钢筋）均轧制为光面圆形截面，供应形式有盘圆，直径不大于10mm，长度为6m~12m。 （2）变形钢筋/带肋钢筋：有螺旋形、人字形和月牙形三种，一般Ⅱ、Ⅲ级钢筋轧制成人字形，Ⅳ级钢筋轧制成螺旋形及月牙形。 3．按直径大小分 钢丝（直径3~5mm）、细钢筋（直径6~10mm）、粗钢筋（直径大于22mm）。 4．按力学性能分 Ⅰ级钢筋（235/370级）；Ⅱ级钢筋（335/510级）；Ⅲ级钢筋