淺談鋼筋銹蝕與房屋結(jié)構(gòu)耐久性

孔維平

摘 要：現(xiàn)如今，隨著大家生活水平的提高，大家對生活質(zhì)量也日益關(guān)注，關(guān)于房屋質(zhì)量的話題也隨之展開，房屋的穩(wěn)固與否直接與生命安全相關(guān)。房屋建造最重要的便是鋼筋砼結(jié)構(gòu)，鋼筋的銹蝕是造破壞鋼筋砼耐久性的最主要的、最直接的因素，也是砼房屋耐久性破壞的主要因素之一。本文從銹蝕的機(jī)理、影響因素及影響后果等方面進(jìn)行討論。鋼筋銹蝕是比較普遍、并且嚴(yán)重?fù)p害結(jié)構(gòu)安全的耐問題。它在影響建筑物結(jié)構(gòu)物耐久性因素中，占據(jù)主要地位。歐美等國每年均花費(fèi)大量資金用于砼結(jié)構(gòu)的耐久性修復(fù)，其中鋼筋銹蝕損害占有相當(dāng)大的比例。我國每年也有相當(dāng)數(shù)量的房屋受鋼筋銹蝕影響影響結(jié)構(gòu)安全，鋼筋銹蝕的防治研究非常重要。

關(guān)鍵詞：鋼筋銹蝕;房屋;耐久性

一、鋼筋銹蝕對砼結(jié)構(gòu)造成的危害

我們國家幅員遼闊，氣候條件差異很大，很多地區(qū)環(huán)境污染非常嚴(yán)重，給房屋造成侵害很大。房屋結(jié)構(gòu)的安全與否直接關(guān)系到消費(fèi)者的生命和財產(chǎn)安全。因此，我們必須在建筑施工過程中把好質(zhì)量安全關(guān)，將房屋結(jié)構(gòu)的安全性放在第一位，努力控制好房屋結(jié)構(gòu)建筑物中普遍存在鋼筋銹蝕問題。

1.鋼筋銹蝕問題研究的意義

房屋建筑的設(shè)計和施工離不開對房屋結(jié)構(gòu)耐久性研究，對房屋結(jié)構(gòu)耐久性研究就離不開鋼筋銹蝕問題，如不加以研究會給房屋建筑在將來的使用時留下安全隱患。

2.鋼筋銹蝕危害

鋼筋銹蝕是目前造成鋼筋砼房屋耐久性損傷的主要的、直接的因素，也是砼房屋破壞的主要形式之一。鋼筋銹蝕對房屋結(jié)構(gòu)的破壞一般分為三個時期：前期在鋼筋表面局部出現(xiàn)銹蝕、銹斑、銹片等等;中期在鋼筋的整個表面出現(xiàn)銹蝕，并產(chǎn)生膨脹發(fā)生層裂;后期的表現(xiàn)為鋼筋鐵銹又進(jìn)一步的膨脹，導(dǎo)致砼本身發(fā)生破壞，出現(xiàn)順筋脹裂、砼脫離現(xiàn)象，首先由于鋼筋不斷銹蝕，導(dǎo)致有效截面不斷減小，截面積面積減少，致使鋼筋的力學(xué)性能下降。其次導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度下降，不能將拉伸強(qiáng)度有效傳遞給混凝土。由于生成的銹蝕物體積越來越大，產(chǎn)生積聚后會對混凝土的擠壓力增大，使鋼筋與混凝土界面結(jié)合強(qiáng)度下降直至喪失，影響正常使，用致使結(jié)構(gòu)承載力不斷的下降，最終鋼筋砼構(gòu)件喪失基本承載力，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致建筑物遭到破壞。

大量調(diào)查證明：鋼筋砼結(jié)構(gòu)由于鋼筋腐蝕造成破壞的情況遍及房屋建筑各個部位。鋼筋銹蝕致使房屋結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重性破壞，并造成了巨大的直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)初步不完全統(tǒng)計，全世界每年因鋼筋銹蝕造成的損失約占總產(chǎn)量的1/4，數(shù)量觸目驚心。

3.房屋鋼筋銹蝕主要部位

基礎(chǔ)部位：由于施工過程中無法完全控制好鋼筋保護(hù)層和基礎(chǔ)防水，致使鋼筋裸露，同上升的地下水接觸進(jìn)而產(chǎn)生鋼筋銹蝕現(xiàn)象。

屋頂部位：屋面防水采用SBS或改性瀝青防水卷材等傳統(tǒng)材料，施工工藝單一化，在施工過程中存在很多不可控制性因素會造成防水不徹底不全面，其次屋面防水在受外界環(huán)境因素影響老化快、易破損等現(xiàn)象同樣是鋼筋銹蝕的主要原因。

二、房屋中砼鋼筋銹蝕機(jī)理

在正常情況下，由于初始砼的存在高堿性，房屋結(jié)構(gòu)鋼筋表面有一層致密的鈍化膜，其處于鈍化狀態(tài)。但隨著后期環(huán)境介質(zhì)的侵入，鈍化膜遭到破壞，從而致使腐蝕發(fā)生。

（一）鋼筋發(fā)生銹蝕需要三大基本要素

（1）鋼筋表面的鈍化膜的損壞;

（2）有充足的氧氣;

（3）有適宜的濕度。

鋼筋表面鈍化膜破壞后，在氧氣、水的共同作用下，鋼筋表面不斷發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，逐漸銹蝕，引起砼開裂。鋼筋保護(hù)層的碳化是造成鋼筋表面鈍化膜破壞的主要原因，碳化原因是砼不密實，抗?jié)B性能不足。不密實的砼由于二氧化碳的侵入，砼的堿性降低，砼保護(hù)層受拉開裂等造成全部或局部地破壞鋼筋銹蝕表面的鈍化的狀態(tài)，鋼筋表面的不同的部位會出現(xiàn)較大的電位差，在一定的環(huán)境下鋼筋就開始銹蝕。

（二） 鋼筋的銹蝕引起因素

目前砼中鋼筋銹蝕的原因主要有兩種：其一是砼碳化引起的鋼筋銹蝕;第二是氯離子侵蝕而導(dǎo)致的鋼筋銹蝕，其原因如下：砼中的水泥在水化作用下所產(chǎn)生Ca（OH）2，使砼的孔隙之中形成大量的（OH）-，砼內(nèi)部環(huán)境酸堿值介于12.5～13.5之間，鋼筋長期在這樣的堿性環(huán)境中，表面形成厚度（20～60）×10-10 m的鈍化膜，保護(hù)鋼筋不銹蝕。

1、砼碳化引起的鋼筋銹蝕：當(dāng)砼周圍縫隙中的CO2滲入砼中，不斷消耗（OH）-，降低了鋼筋表面的（OH）-濃度，鈍化膜慢慢的被破壞，逐步引起鋼筋銹蝕并膨脹，砼開始開裂脫落。

2、氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕：由于Cl-的半徑小，活性大，具有很強(qiáng)的穿透鋼筋表面鈍化膜的能力，當(dāng)砼中含有一定濃度的Cl-時，它會吸附在鋼筋鈍化膜有缺陷的地方，導(dǎo)致鋼筋局部表面的鈍化膜破壞，繼而出現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，使鋼筋產(chǎn)生嚴(yán)重的坑蝕、銹蝕現(xiàn)象。在這種化學(xué)反應(yīng)中，Cl-不會被消耗，會持續(xù)不斷地造成鋼筋銹蝕。我們平時所說的海砂造成的鋼筋銹蝕就是這種情況。

這兩種原因造成的鋼筋銹蝕存在著明顯的差異，而日常發(fā)現(xiàn)的砼結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕多為碳化造成的。發(fā)生鋼筋銹蝕的三個因素都與侵蝕性介質(zhì)的侵蝕有關(guān)，保護(hù)層厚度對鋼筋銹蝕的影響呈線性關(guān)系，因此規(guī)范對鋼筋保護(hù)層的厚度作了詳細(xì)的規(guī)定。伴隨結(jié)構(gòu)環(huán)境條件的劣化，砼保護(hù)層厚度也在增加。砼的密實度也影響著砼的滲透性，密實度低的砼滲透性高，更容易發(fā)生銹蝕。

三、鋼筋銹蝕對鋼筋砼房屋耐久性的影響

鋼筋銹蝕后直接造成鋼筋的截面積減少，不均勻的銹蝕導(dǎo)致鋼筋表面凹凸不平，也就產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使鋼筋的力學(xué)性能降低，導(dǎo)致房屋結(jié)構(gòu)承載力降低，嚴(yán)重的會造成房屋結(jié)構(gòu)整體受力不均直接或間接威脅到消費(fèi)者生命和財產(chǎn)安全。

1.房屋建筑結(jié)構(gòu)中銹蝕鋼筋對房屋結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的影響

因為房屋建筑中鋼筋使用環(huán)境的不穩(wěn)定性、鋼筋各部位的受力程度的不同等，導(dǎo)致房屋砼結(jié)構(gòu)中鋼的筋銹蝕不可能有均勻銹蝕的情況，銹蝕的不均勻性和離散性增大，致使重量損失率與截面面積損失率的差異也更大。因此，鋼筋極限抗拉能力的下降，除鋼筋截面的銹損、有效截面面積減少以外，還有一個因素：銹蝕損壞鋼筋的表面凹凸不平，受力以后在凹陷處產(chǎn)生集中應(yīng)力，致使房屋砼結(jié)構(gòu)中銹蝕鋼筋的屈服強(qiáng)度、抗扭、抗剪、抗拉等強(qiáng)度降低。