銹蝕鋼筋與混凝土的粘結本構關系目錄01影響鋼筋銹蝕的因素02鋼筋腐蝕與鋼筋混凝土粘結力之間的聯(lián)系03不同受力狀態(tài)下銹蝕鋼筋與混凝土之間的粘結力04鋼筋銹蝕的防治鋼筋腐蝕的機理通常情況下,混凝土中的高堿性溶液(pH值一般在12以上,約為12.6)對混凝土中的鋼筋起到保護作用.鋼筋在這種高堿性的環(huán)境中,表面沉積著一層致密的水化氧化鐵薄膜(F2O3?2H2O)而處于惰性狀態(tài).通常鋼筋表面薄膜的破壞有兩種原因:因混凝土碳化而引起鋼筋混凝土保護層的堿度降低(pH值可降至9以下),當混凝土pH值降到11.5以下時,鋼筋表面的鈍化薄膜就會受到破壞;由于氯離子和氧離子的擴散侵蝕而破壞鈍化薄膜.鈍化薄膜的破壞,失去了對鋼筋的保護作用,若有空氣(指其中的氧氣)和水分侵入,鋼筋便開始發(fā)生腐蝕。

影響鋼筋銹蝕的因素影響鋼筋腐蝕的因素很多.在一般大氣條件下,影響鋼筋腐蝕的主要因素有氯離子、混凝土碳化、環(huán)境條件(溫度、濕度、濃度等)、混凝土滲透性和保護層厚度、鋼筋位置與直徑等.混凝土的滲透性與其強度、孔隙率、裂縫寬度及密度有關。混凝土的滲透性能與鋼筋腐蝕速度有直接關系.研究表明,裂縫分布越密,混凝土水灰比越大,養(yǎng)護時間就越短,強度越低,裂縫寬度越大,混凝土滲透性越好,鋼筋腐蝕越快.。環(huán)境因素對鋼筋腐蝕也有重要影響。溫度，相對濕度，環(huán)境中各種微量元素及物質，如氯離子、氧氣、自由水等含量都會有影響。混凝土碳化和氯離子的侵蝕是影響鋼筋腐蝕的兩個最主要的因素。

影響鋼筋銹蝕的因素侵蝕機理Cl-是一種鋼筋腐蝕活化劑,即使在保護層不被中性化的條件下也會破壞鋼筋鈍化膜而對鋼筋腐蝕起加速作用.同時,由于Cl-到達鋼筋表面的不均勻性,特別是Cl-作用于鋼筋局部區(qū)域時,便形成大陰極小陽極腐蝕,導致鋼筋發(fā)生坑蝕.由于坑蝕的深度可達平均腐蝕深度的10倍左右,因而危害更大.Cl-離子的存在還增強了混凝土的導電性,使鋼筋腐蝕容易發(fā)生.最后,鋼筋活化后陽極區(qū)Cl-濃度增加以平衡Fe2+,從而進一步增加腐蝕面積和腐蝕速度.另外,由于混凝土膨脹性腐蝕和鋼筋銹蝕而產(chǎn)生裂縫,這些裂縫又成為侵蝕介質的通道,從而進一步加劇了鋼筋的腐蝕。氯離子通過毛細吸附和擴散作用穿透混凝土保護層到達鋼筋表面,當鋼筋表面孔溶液中的氯離子濃度達到某臨界值時,鋼筋轉入活化狀態(tài),開始腐蝕.隨著腐蝕產(chǎn)物的增加,腐蝕產(chǎn)物體積膨脹(為鋼筋體積的2~6倍[6]),作用于周圍混凝土,裂縫開始出現(xiàn),鋼筋的腐蝕速度明顯加快,直到混凝土裂縫達到0.1~0.5mm,但在保護層剝落以至鋼筋完全裸露,失去微電池腐蝕條件時,鋼筋腐蝕速度反而會有所降低.混凝土中氯離子侵蝕引起鋼筋腐蝕速度的變化碳化導致的腐蝕機理碳化腐蝕比氯化物侵蝕發(fā)展慢.大量的結構混凝土用在民用、工業(yè)、辦公樓建筑中,而不是工程結構中,因此,只有少量的結構存在著氯離子侵蝕引起鋼筋腐蝕的危險,大多數(shù)的鋼筋混凝土結構的潛在使用壽命主要取決于碳化和鋼筋增強材料腐蝕的速率。空氣中二氧化碳擴散到混凝土中與水作用生成碳酸,碳酸與水泥石中的氫氧化鈣反應生成碳酸鈣,在自由水的作用下碳酸鈣沉淀在混凝土中內部的孔穴中,此過程稱為混凝土碳化.碳化的結果可以使混凝土孔溶液的pH值從大于12降低于9以下,如果堿損失發(fā)生在鋼筋附近,就會引起鋼筋鈍化膜的破壞,且在濕氣和氧的作用下,還可以引起平行于鋼筋的裂紋和混凝土崩裂.對碳化腐蝕最敏感的是暴露于雨水中的混凝土,特別是在鋼筋的保護層較薄或保護層質量低時更易碳化。自然電化學腐蝕機理陽極：（氧化）陰極：(還原)當氧氣含量較少時：當氧氣含量較多時：外加電流加速銹蝕的方法

1.將鋼筋混凝土構件置于大氣中，部分區(qū)段摻氯鹽或者外澆鹽溶液，利用預埋不銹鋼筋充當陰極進行通電腐蝕。

2.將混凝土試件浸泡在溶液中，利用浸入溶液的銅片充當陰極進行通電加速腐蝕。實驗室中加速銹蝕與自然銹蝕間的相關性加速銹蝕過程圖解共同點：將擬銹蝕鋼筋作為陽極，通過外加電流使其發(fā)生陽極反應，整根鋼筋外表面均產(chǎn)生Fe2+，發(fā)生比較均勻的銹蝕。不同點：陰極材料不同。外加電流加速銹蝕與自然銹蝕的比較通過單調拉伸荷載下鋼筋的受力性能試驗結果比較發(fā)現(xiàn):兩種銹蝕鋼筋的屈服荷載、極限荷載及延伸率隨銹蝕率的增大皆呈現(xiàn)下降的趨勢;銹蝕達到一定程度后，鋼筋的屈服平臺消失;自然銹蝕的局部化特征和坑蝕引起的應力集中導致同等銹蝕率下自然銹蝕鋼筋的屈服平臺退化更為明顯，且結果更為離散。通過單調荷載下銹蝕混凝土梁的受彎性能試驗結果比較發(fā)現(xiàn):自然銹蝕梁和外加電流加速銹蝕梁的破壞模式一致，但自然銹蝕條件下，銹蝕的局部發(fā)展使梁的破壞形式對銹蝕率更為敏感。由此可知，外加電流加速銹蝕在一定程度上可以模擬自然銹蝕。鋼筋混凝土拉拔實驗百分表一——自由端（sl）百分表二——加載端（sf）本試驗加載速率為:A組試塊2.5KN/min;B組試塊5KN/min拉拔實驗裝置圖實驗現(xiàn)象：未銹蝕試塊拉拔試驗現(xiàn)象A組A01一A03試塊及B組BO1一B03試塊均為未銹蝕試塊。在加載的初期，加載端滑移值Sl逐漸增大，自由端無滑移現(xiàn)象，自由端尚未發(fā)生粘結破壞;當荷載持續(xù)增大至Ps時，自由端開始出現(xiàn)微小滑動，但在達到極限荷載之前，自由端滑移值Sf始終很小，表明鋼筋與混凝土之間的膠結破壞和相對滑移由加載端逐漸向自由端發(fā)展;接近極限荷載Pu時，自由端滑移速度加快;峰值荷載Pu之后，荷載逐漸減小，當達到Pr后，荷載幾乎處于不變階段，但鋼筋滑移值持續(xù)增大，鋼筋與混凝土發(fā)生粘結錨固破壞，此時荷載僅由鋼筋與混凝土之間殘余的摩阻力平衡。通過試驗發(fā)現(xiàn)，A,B兩組未銹蝕試塊在拉拔試驗過程中特性一致，無明顯離散性，如圖2.2所示:圖2.2未銹蝕試塊荷載-滑移曲線A組銹蝕試塊拉拔試驗現(xiàn)象：A組銹蝕試塊在拉拔過程中呈現(xiàn)兩類破壞特征。銹蝕率較小(<3%)的試塊(試塊A2~A6)，其典型試塊A2的拉拔曲線如圖2.3所示:加載初期，加載端的滑移值隨荷載近似成直線變化;隨著荷載的增加，自由端開始滑動，加載端的滑移速度加快。最后，當荷載繼續(xù)增大至峰值荷載附近時，出現(xiàn)明顯的響聲，試塊發(fā)生劈裂破壞，同時，荷載一滑移曲線無明顯下降段。圖2.3A2試塊荷載滑移曲線銹蝕率較大的A1,A2D，A4D，A6D試塊，其荷載一滑移曲線如圖2.4所示。與未銹蝕試塊相比，其自由端開始發(fā)生滑動所對應的Ps值與荷載峰值Pu明顯變小;荷載超過峰值進入下降段后，試塊出現(xiàn)第一條貫通裂縫，但仍能保持一定的承載能力，隨后裂縫迅速變寬，被裂縫分割的各塊體相互脫離，承載能力完全喪失，鋼筋直接從孔洞中抽出，呈現(xiàn)顯著的劈裂破壞特點，試塊迅速破壞，其粘結剛度較銹蝕率小的試塊大。圖2.4A1試塊的銹蝕情況及荷載滑移曲線圖2.5A1,A2D,A4D,A6D試塊平均荷載滑移曲平均滑移值：分別為試塊加載端和自由端的滑移值銹蝕率較大時，隨著銹蝕率的增大，上升段的粘結剛度明顯減小，極限荷載降低，極限滑移值增大。結合對試塊內部銹跡擴展情況以及保護層內銹脹裂縫的觀察可知，這與試塊內部已產(chǎn)生或大或小的銹脹裂縫有關。隨著銹蝕率的增大，銹脹裂縫擴展得更寬更深，混凝土對鋼筋的握裹力減小，粘結剛度和粘結強度顯著降低。B組銹蝕試塊拉拔試驗現(xiàn)象B組試塊鋼筋直徑較大、混凝土保護層較厚，在拉拔試驗中表現(xiàn)出明顯的脆性劈裂破壞特征。如圖2.11所示，荷載一滑移曲線只有上升段而無下降段，在峰值荷載處，加載端產(chǎn)生持續(xù)的滑移，而自由端的滑移值始終很小，試塊發(fā)生劈裂破壞，伴隨有明顯的劈裂聲。在劈裂開的混凝土塊體原鋼筋孔道內，可觀察到混凝土粉末，橫肋之間的混凝土有明顯刮過的痕跡，說明試塊發(fā)生了典型的“刮犁式”破壞。對于B2試塊，銹脹裂縫已發(fā)展至試塊表面，混凝土保護層對鋼筋的握裹力以及對內部開裂區(qū)域混凝土的約束力均降低;而試塊B6內部無銹跡，且未觀察到銹脹裂縫。因此，與B6試塊相比，B2試塊的極限荷載值大幅下降。圖2.6B組試塊的荷載滑移曲線銹蝕鋼筋與混凝土的粘結力計算鋼筋與混凝土的粘結機理：鋼筋與混凝土作為兩種力學性能截然不同的材料而能結合在一起協(xié)同工作，一方面是因為二者具有相近的溫度線膨脹系數(shù)，另一方面則是在水泥水化作用后，鋼筋與混凝土之間形成了良好的粘結作用。鋼筋與混凝土之間良好的粘結性能，是二者能協(xié)同工作的前提，也是保證結構構件能發(fā)揮設計承載能力和變形能力的基礎。鋼筋與混凝土之間的粘結作用①鋼筋與混凝土接觸面上的化學吸附作用力(膠結力)。這種吸附作用力來自于混凝土澆筑時水泥漿體對鋼筋表面氧化層的滲透以及水化過程中水泥晶體的生長和硬化。這種吸附作用力一般很小，僅在受力階段初期的局部無滑移區(qū)域起作用;當鋼筋與混凝土的接觸面發(fā)生微小滑移時該力即消失;②混凝土收縮握裹鋼筋而產(chǎn)生的摩擦阻力(摩阻力)。混凝土在凝結硬化過程中體積收縮，會對鋼筋產(chǎn)生垂直于鋼筋混凝土接觸面的壓應力，在鋼筋相對于混凝土發(fā)生滑動時，該壓應力即在接觸面上產(chǎn)生摩阻力。此種壓應力越大，鋼筋與混凝土之間的接觸面越粗糙，二者之間的摩阻力也越大;③鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機械咬合作用力(咬合力)。對于光圓鋼筋而言，此種咬合力主要來自于鋼筋表面自身的粗糙不平。鋼筋銹蝕對粘結力的影響圖解目前被廣泛認可的結論是，鋼筋銹蝕對鋼筋混凝土結構性能的影響主要體現(xiàn)在以下三方面:①鋼筋銹蝕使鋼筋有效截面積減小，同時也將使鋼筋本身的力學性能，如強度和伸長率等發(fā)生改變，從而降低鋼筋的承載能力;②鋼筋銹蝕產(chǎn)生的膨脹壓力導致鋼筋周圍混凝土處于受拉狀態(tài)，進而導致保護層中出現(xiàn)銹脹裂縫，從而降低了構件截面的有效高度;同時，鋼筋周圍混凝土中存在銹脹應力，將造成混凝土本身材料性能的退化;③鋼筋銹蝕將導致鋼筋與混凝土粘結性能的退化，使構件中鋼筋應變與混凝土應變不再保持協(xié)調，降低構件的承載能力和變形能力。鋼筋銹蝕以后將在鋼筋表面產(chǎn)生一層質地疏松的銹蝕產(chǎn)物。在鋼筋銹蝕的初期，由于該層銹蝕產(chǎn)物體積膨脹所產(chǎn)生的垂直于鋼筋混凝土接觸面的壓力，鋼筋與混凝土之間的極限粘結強度在一定程度上可得到提高;隨著膨脹壓力的增大，鋼筋銹蝕將從以下三方面影響鋼筋與混凝土的粘結性能:①在鋼筋與混凝土的接觸面上產(chǎn)生了一層疏松的銹蝕產(chǎn)物層，降低了鋼筋與混凝土之間的摩擦作用，使得鋼筋與混凝土之間的摩阻力下降;②銹脹裂縫的產(chǎn)生降低了混凝土保護層對鋼筋的握裹作用，進而導致鋼筋與混凝土之間粘結力的下降;③銹脹壓力將在鋼筋周圍的混凝土中造成許多微小的銹脹裂縫，這些銹脹裂縫及向其中擴散的銹蝕產(chǎn)物的存在將使得混凝土的材料性能劣化，進而使得銹脹裂縫更容易擴展，混凝土保護層的握裹作用更低。不考慮橫向配筋和荷載影響的前提下，設銹蝕鋼筋混凝土的極限粘結強度如下:式中K1為鋼筋銹蝕產(chǎn)物厚度t影響參數(shù);K2為相對保護層厚度c/d影響參數(shù);K3為混凝土抗拉強度ft影響參數(shù)。對試驗數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)擬合分析，可得:則銹蝕鋼筋混凝土極限粘結強度可表示為:在鋼筋銹蝕率時，極限粘結強度折減系數(shù)有一段上升段，但其上升幅度不大，因此，為簡單計，可設鋼筋銹蝕率小于1%時，。根據(jù)試驗，當鋼筋銹蝕率達到5%時，試塊已經(jīng)完全脹裂，保護層剛度完全退化，而實際工程的相對保護層厚度一般低于本試驗，混凝土保護層銹脹開裂將更為嚴重。根據(jù)《CECS220:2007混凝土結構耐久性評定標準》，鋼筋銹蝕率達到5%時，構件已經(jīng)屬于嚴重銹損構件，故本文研究的適用范圍限于銹蝕率小于5%的情況。本文選取的試驗數(shù)據(jù)中，其混凝土抗拉強度最大值為2.99MPa，與混凝土規(guī)范規(guī)定的C70混凝土的抗拉強度標準值相等，考慮標準值和均值的關系，因此建議本文模型僅適用于普通混凝土(混凝土強度等級低于C50）。

在混凝土工程中，引起混凝土中鋼筋銹蝕的原因主要包括:混凝土的碳化、氯離子侵蝕、混凝土材料缺陷、保護層較小、混凝土工程施工缺陷等都會造成混凝土中鋼筋銹蝕。因此在預防混凝土鋼筋銹蝕方面，可以依據(jù)造成鋼筋銹蝕的因素采取措施。4.鋼筋銹蝕防治防止鋼筋氧化銹蝕LORE依據(jù)造成鋼筋銹蝕的因素采取措施

鋼筋的氧化反應是鋼筋生銹的主要原因。置于空氣中的鋼筋出現(xiàn)淡黃色輕微浮銹不必處理,而紅褐色銹斑則必須清除,可采用人工或機械方法。對銹蝕嚴重,發(fā)生銹皮剝落現(xiàn)象,因麻坑、斑點損傷截面的,要進行檢測,考慮是否降級使用。而在強度大而密實的混凝土中,氧氣到達鋼筋的滲透速度是緩慢的,故而在施工中,特別是預制構件施工,不僅要保證混凝土的密實性和鋼筋保護層厚度,在抹灰或混凝土原漿收光時,都要非常平整密實,保證達到構件所要求的平整度、光潔度和密實度,嚴防敲壞構件,造成混凝土剝落掉塊。依據(jù)造成鋼筋銹蝕的因素采取措施嚴格控制水灰比LORE

當混凝土水灰比過大,會使混凝土在凝固過程中收縮增大,由混凝土收縮造成的開裂增多。因此,嚴格控制水灰比,對確保混凝土的設計強度具有重要意義。水灰比適當,混凝土密實度就好,就能較好地阻止水和其他不利因素(酸性物質,有害氣體)對混凝土的滲透,減少鋼筋腐蝕和混凝土構件剝離損壞的可能,所以在實際施工中要嚴格掌握水灰比,保證混凝土攪拌時間,按規(guī)范對混凝土凝固過程進行養(yǎng)護。依據(jù)造成鋼筋銹蝕的因素采取措施確保鋼筋保護層厚度LORE

在綁扎鋼筋和支護模板澆灌混凝土等工序中,確保鋼筋有足夠的保護層,是對埋置在鋼筋混凝土構件中鋼筋長期保護的主要措施。對受力鋼筋的混凝土保護層厚度,必須嚴格執(zhí)行設計要求和規(guī)范要求,分清在不同環(huán)境條件中工作的構件種類、混凝土強度等級對鋼筋保護層厚度的不同要求。在鋼筋混凝土構件中如需打洞,嚴防傷害鋼筋,如因此而破壞了鋼筋的保護層,則至少要用比原設計混凝土標號高一等級的細石混凝土填灌密實。依據(jù)造成鋼筋銹蝕的因素采取措施減少混凝土的裂縫LORE

混凝土的裂縫為鋼筋腐蝕提供了條件。因為有裂縫,酸性物質和有害氣體等就會順著裂縫向構件內滲透,裂縫越大越多,就越容易滲透。因此,在鋼筋混凝土工程施工中。正確地配筋,規(guī)范地控制混凝土配合比,以及精心支模、澆灌、振搗和養(yǎng)護對防止混凝土裂縫的發(fā)生是非常重要的,