城市建筑鋼材的銹蝕與防護(hù)論文

　　摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的高速發(fā)展，建筑鋼材的使用增長迅速，鋼筋腐蝕帶來的問題也逐漸爆露出來。

　　關(guān)鍵詞：建筑鋼材；耐腐蝕；防護(hù)；保養(yǎng)

　　隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和建筑領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，幾乎所有的體育館都采用鋼建造，如鳥巢，并向住宅建筑發(fā)展。建筑工程的鋼材使用無論數(shù)量還是規(guī)模都逐年增加，隨著各類建筑服役年限的增加，建筑鋼材相關(guān)的工程事故也引起了人們對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性與耐久性越來越多的重視。然而，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員往往從鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念與方法著手，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)在地震作用下的表現(xiàn)，如“小震不壞”與“大震不倒”，而忽略了在服役過程中銹蝕對(duì)鋼材性能的影響，同時(shí)未考慮銹蝕造成的結(jié)構(gòu)抗震性能退化，由此造成服役階段的抗震性能研究滯后�？諝庵械拇罅克�分與介質(zhì)，使得處在其中的服役鋼結(jié)構(gòu)建筑必將發(fā)生鋼材銹蝕現(xiàn)象，而鋼材銹蝕除造成鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面性能削弱外，亦引起鋼材力學(xué)性能指標(biāo)（如屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、伸長率等）的衰減，最終造成建筑可靠性的降低。因此研究腐蝕環(huán)境下鋼材銹蝕的機(jī)理與退化規(guī)律，對(duì)建筑抗震性能評(píng)估有重大意義，也可為建筑后期維修加固提供依據(jù)。

　　1 鋼筋銹蝕的危害

　　在使用過程中，混凝土中的鋼筋銹蝕問題不斷出現(xiàn)。長期暴露于空氣或潮濕環(huán)境中的鋼材，尤其是介質(zhì)中含有侵蝕性成分時(shí)，腐蝕更為嚴(yán)重。鋼筋銹蝕后，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)性能的裂化和破壞，主要有如下表現(xiàn)。

　�。�1）鋼筋銹蝕，導(dǎo)致截面積減少，從而使鋼筋的力學(xué)性能下降。大量的試驗(yàn)研究表明，對(duì)于截面積損失率達(dá)5%～10%的鋼筋，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度及延伸率均開始下降，對(duì)于截面積損失率大于10%，但小于60%的嚴(yán)重腐蝕，鋼筋各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)嚴(yán)重下降。如：鋼筋截面積損失率達(dá)1.2%、2.4%和5%時(shí)，鋼筋混凝土板的承載能力分別下降8%、17%、和25%，鋼筋截面積損失率達(dá)60%時(shí)，構(gòu)件承載能力降低到與未配筋構(gòu)件相近。

　�。�2）鋼筋腐蝕導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度下降，從而不能把鋼筋所受的拉伸強(qiáng)度有效傳遞給混凝土。

　�。�3）鋼筋銹蝕生成腐蝕產(chǎn)物，其體積是基體體積的2～4倍，腐蝕產(chǎn)物在混凝土和鋼筋之間積聚，對(duì)混凝土的擠壓力逐漸增大，混凝土保護(hù)層在這種擠壓力的作用下拉應(yīng)力逐漸加大，直到開裂、起鼓、剝落�；炷�土保護(hù)層破壞后，使鋼筋與混凝土界面結(jié)合強(qiáng)度迅速下降，甚至完全喪失，不但影響結(jié)構(gòu)物的正常使用，甚至使建筑物遭到完全破壞，給國家經(jīng)濟(jì)造成重大損失。

　　2 鋼筋銹蝕的原因

　　鋼筋銹蝕的原因有兩個(gè)方面：一是鋼筋保護(hù)層的碳化，其碳化的原因是混凝土不密實(shí)，抗?jié)B性能不足。硬化的混凝土，由于水泥水化，生成氫氧化鈣，故顯堿性，pH值>12，此時(shí)鋼筋表面生成一層穩(wěn)定、致密、鈍化的保護(hù)膜，使鋼筋不生銹。當(dāng)不密實(shí)的混凝土置于空氣中或含二氧化碳環(huán)境中時(shí)，由于二氧化碳的侵入，混凝土中的氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸鈣等物質(zhì)，其堿性逐漸降低，甚至消失，稱其為混凝土的碳化。當(dāng)混凝土的pH值<12時(shí)，鋼筋的鈍化膜就不穩(wěn)定，當(dāng)pH值13），只要有4～6mg/L的氯離子含量，就足可以破壞鋼筋的鈍化膜，使鋼筋失去鈍化，在水和氧氣的作用下導(dǎo)致鋼筋銹蝕。

　　3 鋼筋銹蝕的防護(hù)措施

　　影響鋼材銹蝕的主要因素是環(huán)境溫度、濕度、侵蝕性介質(zhì)種類和數(shù)量、鋼材的材質(zhì)及表面狀況等。常見的鋼材腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐。因此要防止或減少鋼材的腐蝕可以從改變鋼材本身的易腐蝕性，隔離環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)或改變鋼材表面的電化學(xué)過程三方面入手。

　　3.1 采用耐候鋼

　　耐候鋼是在碳素鋼和低合金鋼中加入少量的銅、鉻、鎳、鉬等合金元素而制成。這種鋼在大氣作用下，能在表面形成一種致密的防腐保護(hù)層，起到耐腐蝕作用，同時(shí)保持鋼材良好的焊接性能。耐候鋼的強(qiáng)度級(jí)別與常用碳素鋼和低合金鋼一致，技術(shù)指標(biāo)也相近，但其耐腐蝕能力卻高出數(shù)倍。

　　3.2 涂覆保護(hù)膜

　　涂覆保護(hù)膜使金屬與周圍介質(zhì)隔離，既不能產(chǎn)生氧化銹蝕反應(yīng)，也不能腐蝕原電池。如在鋼材表面涂刷各種防銹涂料、搪瓷、塑料；或者噴鍍鋅、銅、鉻、鋁等防護(hù)層。

　　3.3 電化學(xué)防腐

　　電化學(xué)防腐有有陽極保護(hù)和陰極保護(hù)，一般使用在不容易或不能涂敷保護(hù)膜層的鋼結(jié)構(gòu)上。如蒸汽鍋爐、地下管道、港口工程結(jié)構(gòu)等。

　　陽極保護(hù)是在鋼結(jié)構(gòu)附近安放一些廢鋼鐵或其他難熔金屬，如高硅鐵、鋁、銀合金等，外加直流電源（可用太陽能電池），將負(fù)極接在被保護(hù)的鋼材上，正極接在難熔的金屬上，通電后難熔金屬成為陽極而被腐蝕，鋼材成為陰極得到保護(hù)。

　　陰板保護(hù)是在被保護(hù)的鋼材上接一塊比被保護(hù)的鋼材更活潑（電極電位更低）的金屬，例如鋅、鎂等，使金屬成為腐蝕電池的陽極被腐蝕，鋼材為陰板得到保護(hù)。

　　3.4 混凝土中鋼筋防腐

　　鋼筋混凝土中大量應(yīng)用鋼筋，由于水泥水化產(chǎn)生大量Ca（OH）2，PH值達(dá)12以上，處于這種強(qiáng)堿性環(huán)境中的鋼筋，形成鈍化膜，防止了鋼筋的銹蝕。隨著混凝土的碳化，PH值下降，鋼筋表面鈍化膜破壞，如果具備了潮、供氧條件，鋼筋將產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

　　3.5 控制保護(hù)層厚度

　　采用不銹鋼、電化學(xué)腐蝕和加保護(hù)膜的方法固然可以防止鋼筋銹蝕，但從經(jīng)濟(jì)等角度考慮，實(shí)際土建工程是難以實(shí)現(xiàn)的。在土建工程工，通常是通過嚴(yán)格控制混凝土的保護(hù)層厚度，保證在設(shè)計(jì)年限內(nèi)碳化深度達(dá)不到鋼筋表面，以防止鋼筋銹蝕。

　　3.6 在混凝土中摻入高效減水劑

　　通過摻入減水劑，降低用水量，提高密實(shí)度，有效地阻止鋼筋銹蝕。

　　3.7 在二氧化碳濃度高的工業(yè)區(qū)采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥

　　通過此方法限制含氯鹽外加劑的摻量并使用混凝土用鋼筋阻銹劑。

　　3.8 明顯銹蝕的鋼筋不宜使用

　　按照國家有關(guān)規(guī)范規(guī)定，明顯銹蝕的鋼筋不宜使用，有浮銹的鋼筋在使用前必須進(jìn)行除銹處理。

　　4 結(jié)語

　　雖然鋼筋銹蝕會(huì)給混凝土建筑物帶來嚴(yán)重的危害，但在實(shí)際施工中，只要加強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)，嚴(yán)格管理，精心施工，并根據(jù)環(huán)境的特點(diǎn)和材料的性質(zhì)，采取相應(yīng)的措施，是完全能夠防止和推遲混凝土中鋼筋的銹蝕，從而提高建筑的使用性和耐久性。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)（GB50164-2011）[S].

　　[2] 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB50204-2002）[S].

　　[3] 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）[S].

　　[4] 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）[S].

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