鋼筋鏽蝕對混凝土耐久性的危害
鋼筋鏽蝕
中國砼易購4008981058
一、綜述
鋼筋鏽蝕是一個電化學過程，需要陽極、陰極和電解液。潮濕混凝土基質中的水分是一種不錯的電解液，而鋼筋本身就提供了陽極和陰極。電流在陽極和陰極間流動並使得鋼筋發生電化學反應，在這個反應過程中，鐵Fe被氧化生成亞鐵Fe(OH)2和氫氧化鐵Fe(OH)3，還會生成沉澱物鹼式氧化鐵FeO OH（鐵鏽的顏色來源於此），這些反應生成物的體積比原金屬鐵的體積大，對周圍的混凝土產生應力，從而導致混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產生裂縫，並有銹跡滲出到混凝土表面。由於鏽蝕使鋼筋有效截面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結構承載力下降，並誘發其它形式的裂縫，導致水和空氣進入裂縫，加速鋼筋的鏽蝕，形成惡性循環。
Advertisements
水和氧氣是這個電化學反應的必要條件，沒有水和氧氣的存在，這個電化學反應就不會發生。在高質量的混凝土中，鋼筋鏽蝕的速度很慢。如果混凝土的PH值（鹼性）下降（碳化反應）或有腐蝕性化學物質侵蝕（氯離子等）或在混凝土中存在不同的金屬，都會使鋼筋的鏽蝕速度加快。其他如彌散電流或由於化學環境不均勻而產生的濃差電池現象等，也可以使鋼筋的鏽蝕速度加快。
二、鋼筋鈍化膜受損機理
混凝土孔隙中是鹼性很強的氫氧化鈣（Ca(OH)2）溶液，其理論PH值在12.5左右，但由於混凝土通常還會含有少量的鈉鹽（Na2O）和鉀鹽（K2O），因此，實際PH值往往大於13。在這樣的強鹼性環境中，鋼筋表面被氧化，形成一層很薄（10-9數量級）但很緻密的水化氧化膜，牢固地吸附在鋼筋表面，使鋼筋處於鈍化狀態，俗稱「鈍化膜」。當鋼筋處於鈍化狀態時，即使在有水分和氧氣存在的條件下，鋼筋也不會發生鏽蝕。
Advertisements
在沒有雜散電流的環境中，有兩個因素會損壞鋼筋鈍化膜，一是混凝土中性化（主要形式是碳化反應）使鋼筋附近的PH值降低；二是足夠濃度的遊離氯離子（Cl-）擴散到鋼筋表面。
碳化反應（或硫酸等引起的其他中性化）使混凝土孔隙中的氫氧化鈣含量逐漸減少，PH值逐漸下降。當PH值下降到11.5左右時，鈍化膜不再穩定，當PH值降到9—10時，鈍化膜就會被完全破壞，鋼筋處於脫鈍狀態，鏽蝕就有可能發生。
當鋼筋表面的混凝土孔隙溶液中的遊離氯離子濃度超過一定值時，即使在鹼性較強、PH大於11.5的環境下，氯離子也能破壞鈍化膜，從而導致鋼筋發生鏽蝕。因為氯離子的半徑小，活性大，容易吸附在鈍化膜有缺陷的地方。同時，氯離子有很強的穿透鈍化膜的能力，在鋼筋與鈍化膜之間界面形成易溶於水的氯化鐵（FeCl2），使鈍化膜局部溶解，形成坑蝕。如果氯離子在鋼筋表面分佈比較均勻，這種坑蝕現象會廣泛發生，點坑蝕擴大、合併，導致發生大面積的鏽蝕。
三、鋼筋鏽蝕的電化學機理
脫鈍后鋼筋的鏽蝕是一個電化學過程，需要具備三個條件。第一，鋼筋表面存在電位差，有陰極和陽極；第二，鈍化膜受到破壞，處於不穩定狀態；第三，鋼筋表面有電化學反應和離子擴散需要的水和氧氣。
由於混凝土的鹼性或氯離子濃度分佈不均勻、鋼筋在加工過程中導致的內部應力不均勻、鋼筋中碳元素和其他合金元素分佈不均勻等因素，都會導致鋼筋各個部位的電位不同，形成陰極和陽極，因此，實際上第一個條件總是存在的。
當鋼筋表面的鈍化膜受到破壞處於不穩定狀態，而水和氧氣又能滿足要求時，鋼筋的鏽蝕就開始了。鋼筋鏽蝕包括四個基本過程：
1，陽極反應過程：陽極區通常是鈍化膜受到破壞的區域，這裡的鐵原子轉變為陽離子（Fe2+），同時釋放出2個電子：
圖2：陽極反應方程式
2，電子傳輸過程：陽極區釋放的電子通過鋼筋向陰極區傳送。
3，陰極反應過程：陰極區附近混凝土孔隙中的水和氧氣吸收陽極區傳來的電子，發生還原反應，生成氫氧根（OH-）
圖3：陰極反應方程式
4，鏽蝕產物生成過程：陽極區生成的鐵離子（Fe2+）向周圍水溶液中擴散，與陰極區生成的氫氧根（OH-）發生反應，生成氫氧化亞鐵（Fe(OH)2），然後再進一步氧化，生成氫氧化鐵（Fe(OH)3）。氫氧化鐵脫水后，就會變成疏鬆、多孔的紅銹三氧化二鐵（Fe2O3），堆積在陽極區表面。在氧氣不足的情況下，氫氧化亞鐵也會因氧化不完全，形成部分黑色的鐵鏽四氧化三鐵（Fe3O4），同樣，也堆積在陽極區。
圖4：氧化方程式
四、影響鋼筋鏽蝕的因素
混凝土中鋼筋鏽蝕的速度與以下因素有關：
1，混凝土的PH值：
混凝土的PH值對鋼筋的鏽蝕速度影響很大。當PH值在4---10之間時，鏽蝕速度基本不變。當PH值小於4時，鏽蝕形式發生變化，不再是吸氧鏽蝕，而變成析氫鏽蝕，鏽蝕速度迅速上升。當PH值大於10時，鏽蝕速度的降低與PH值的增大大致成正比。當PH值大於11.5時，鋼筋處於完全鈍化狀態，鏽蝕不會發生。
2，溫度：
鏽蝕速度對溫度很敏感，攝氏40度時，鏽蝕速度是攝氏22度時的2倍。溫度小於攝氏10度時，鏽蝕速度很慢。在10----60度之間，鏽蝕速度基本與溫度上升成正比。
3，氯離子濃度：
鋼筋附近的氯離子濃度越大，對鈍化膜的破壞力就越大，鋼筋的活性越大，鏽蝕速度也越大。由於鋼筋的活性還受氫氧根濃度的影響，氫氧根濃度高時，鈍化膜的穩定性就好，破壞鈍化膜需要的氯離子濃度就大，反之亦然。因此，氯離子濃度與氫氧根濃度之比有一個臨界值，小於這個臨界值時，鏽蝕不會發生。
4，混凝土的電阻抗：
混凝土的電阻抗是影響鋼筋鏽蝕的一個重要因素，無論是否有氯離子存在，在很大範圍內，鋼筋的鏽蝕速度與混凝土的電阻抗成反比。降低水灰比，延長養護齡期，提高水泥水化程度等措施都有利於提高混凝土的電阻抗。
5，保護層厚度：
鋼筋的保護層厚度越大，氧氣的濃度梯度越小，鏽蝕速度越慢。
6，水泥品種和摻合料：
C3A（鋁酸三鈣）對氯離子的吸附作用最大，因此當鋁酸三鈣含量高時，被吸附的氯離子多，遊離的氯離子的濃度小，對防止鏽蝕有利。高鹼水泥的孔溶液中的氫氧根濃度高，也能降低鏽蝕速度。
各種摻合料對降低鏽蝕速度都是有利的，主要體現在延緩鏽蝕的開始時間和降低鏽蝕速度上。因為礦渣粉、粉煤灰、硅粉等都對氯離子有較大的吸附作用，從而降低了遊離氯離子的濃度。礦渣粉的摻入對於氫氧根濃度影響不大，因此其改善混凝土抗鏽蝕性能最好。相反，粉煤灰摻入后，會降低氫氧根濃度，這對防護鋼筋鏽蝕是不利的。但它能密實孔結構，降低氯離子和氧氣的擴散係數，這對防護鋼筋鏽蝕又是有利的。從效果上看，粉煤灰對防治氯離子引起的鏽蝕沒有礦渣粉好。不管碳化反應引起還是氯離子引起的鏽蝕，摻入硅粉都是有利的。摻入硅粉可以降低氧氣和氯離子的擴散速度，減小混凝土的孔隙率，提高電阻抗，從而大大降低鏽蝕速度。
中國砼易購低成本聚羧酸減水劑合成技術專家團隊公告：
【成品銷售】2016年10月1日起針對山東地區聚羧酸減水劑（減水型母液執行現款4200到貨，保坍型型母液執行現款4500到貨）2016年10月19日起針對廣東地區地材推出針對性比較強的聚羧酸減水劑（減水型HY-7執行現款4600到貨），（BT-7保塌型母液執行現款6300到貨）【不含減水】替代母液20到30公斤改善混凝土工作性能。
【技術轉讓】低成本聚羧酸減水劑（減水型母液）成本3200元，技術轉讓費用20萬。
聚羧酸保坍型減水劑（保坍型+減水型母液）成本4300元，技術轉讓費用20萬元。
需要樣品的企業和個人請關注企業微信《砼易購》或在本頁面留言：收件人姓名、地址、手機、電話，需要的樣品類型（成品銷售--技術轉讓）中國砼易購安排發送母液樣品。