PAGE畢業設計（論文）題目：混凝土中鋼筋銹蝕對結構耐久性的影響指導教師：站點：學號：專業：年級：姓名：2014年6月畢業設計（論文）誠信承諾書本人鄭重承諾網絡教育專升本層次土木工程專業的畢業論文《混凝土中鋼筋銹蝕對結構耐久性的影響》的主要觀點和思想系本人獨立思考完成，并在此申明我愿承擔與上述承諾相違背的事實所引起的一切消極后果。簽名：年月日混凝土中鋼筋銹蝕對結構耐久性的影響InfluenceofreinforcingsteelcorrosioninconcretestructuredurabilityPAGEII摘要鋼筋混凝土結構是土木工程中應用最廣泛的結構形式之一，自從鋼筋混凝土問世以來，推動著建筑工業的飛速發展，然而由于荷載作用和環境侵蝕使得混凝土中的鋼筋容易發生銹蝕，造成鋼筋混凝土結構發生耐久性破壞。鋼筋銹蝕是一個比較普遍并且嚴重威脅結構安全的耐久性問題，是造成鋼筋混凝土耐久性損傷的最主要和最直接因素，也是混凝土結構耐久性破壞的主要形式之一。本文介紹了鋼筋混凝土中鋼筋的作用、鋼筋銹蝕的原因、鋼筋銹蝕對結構耐久性的影響，同時針對鋼筋銹蝕的原因提出提高結構耐久性和預防鋼筋銹蝕的措施，最后寫到對于鋼筋混凝土耐久性的發展展望關鍵詞：鋼筋銹蝕；結構耐久性；混凝土AbstractReinforcedconcrete

structureisoneofthemost

widelyused

structureformincivilengineering,

sincethe

adventof

reinforced

concrete,

drivingtherapiddevelopmentof

theconstructionindustry,

however,

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structure

durabilitydamage.Corrosionofreinforcement

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structure

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thedurabilityofthereinforcedconcrete

is

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ofdurabilityofconcretestructuredamage.

Thispaperintroduces

the

function

ofreinforcedconcrete,

steelcorrosion

reasons,

steelcorrosiononthe

durabilityofstructures，

andreasonsforthe

corrosionofreinforcement

isproposedtoimprovethestructuredurability

and

corrosion

prevention

measures,

andfinally

wrotetothedevelopment

prospectof

reinforcedconcretedurability.Keywords:Steelcorrosion;Thedurabilityofthestructure;Concrete目錄摘要 IAbstract II1前言 11．1鋼筋混凝土中鋼筋的作用 11．2鋼筋混凝土的特點 21．3混凝土結構耐久性研究的必要性 31．4混凝土結構耐久性研究的特點 52混凝土結構鋼筋銹蝕損傷 72．1鋼筋銹蝕研究的重要性 72．2鋼筋銹蝕的化學機理和條件 92．3鋼筋銹蝕產生的原因 112．4混凝土中的鋼筋銹蝕破壞過程及破壞特征 143鋼筋銹蝕對結構耐久性的影響 183．1鋼筋銹蝕后對鋼筋的力學性能的影響 183．2鋼筋銹蝕后對鋼筋與混凝土協同工作性能的影響 203．3鋼筋銹蝕后對鋼筋混凝土結構性能的影響 213．4工程實例 224提高結構耐久性以及預防鋼筋銹蝕的措施 274．1保證鋼筋有足夠的保護層厚度 274．2提高混凝土的質量 284．3改善鋼筋工作的環境條件 314．4限制混凝土中氯離子含量 325混凝土結構耐久性發展展望 345．1加強混凝土結構耐久性的基礎研究 345．2適當提高混凝土結構耐久性設計、施工和維護水平 35結束語 37致謝 38參考文獻 39PAGE371前言1.1鋼筋混凝土中鋼筋的作用混凝土具有許多優點，如抗壓性能好，有良好的耐火性能和耐久性能，可根據不同要求配制各種不同性質的混凝土，在凝結前具有良好的可塑性，因此，可以澆筑成各種形狀和大小的構件或結構物，經硬化后抗壓強度高與耐久性能好的特性，其組成材料中，砂和石等地方材料占80%以上，符合就地取材和經濟的原則。由于混凝土具有上述各種優點，無論是工業與民用建筑，給水與排水工程、道路工程、橋梁工程、水利工程以及地下工程、國防建設等都廣泛地應用混凝土。因此，它是一種主要的土木工程材料，在國家基本建設中占有重要地位。相對于混凝土具有抗壓強度高的優點，混凝土的缺點也非常明顯，其抗拉強度和抗剪強度很低，受拉時變形能力小，在直接受拉時，很小的變形就要開裂，它在斷裂前沒有殘余變形，是一種脆性破壞。混凝土的抗拉強度只有抗壓強度的1/10～1/20，且隨著混凝土強度等級的提高，比值有所降低，因此，混凝土在工作時一般不依靠其抗拉強度，未加鋼筋的混凝土也極少被單獨使用于工程。從材料的物理力學性能來看，混凝土只具有較高的抗壓強度，抗拉強度很低，但鋼筋具有較高的抗拉強度，而且兩者的彈性模量較接近，有著近似的膨脹系數(混凝土為（1.0～1.5)×10-5，鋼筋為1.2×10-5)，不會由環境溫度不同而發生相應的溫度變形，其次鋼筋與混凝土之間有良好的粘結力，有時鋼筋的表面也被加工成有間隔的肋條（稱為變形鋼筋）來提高混凝土與鋼筋之間的機械咬合，使鋼筋混凝土緊密連接，協同工作，不易因熱脹冷縮而脫離或引起破壞。此外，混凝土中的氫氧化鈣提供的堿性環境，在鋼筋表面形成了一層鈍化保護膜，使鋼筋相對于中性與酸性環境下更不易腐蝕。因此在混凝土中加入鋼筋，可以很好改善混凝土抗拉強度低的缺點，由鋼筋承擔拉力，混凝土承擔壓力，這樣既發揮了各自的受力性能，又很好地協調工作，共同承擔結構構件所承受的外部荷。1.2鋼筋混凝土的特點鋼筋混凝土結構以其廣泛的適用性和低廉的造價在現代化建設中得到普遍的應用，鋼筋混凝土問世以來，推動著建筑業的飛速發展，使現代建筑向更高層、更大跨度、更大負荷能力的方向發展。鋼筋混凝土結構的優越性能使之成為建筑、橋梁以及公路交通等建設中的重要結構形式，它在絕大多數人的心目中是一種堅不可摧的結構形式。然而由于外界侵蝕環境的影響，鋼筋混凝土并非如人們所認識的那樣是一種壽命可達百年而不會受到損壞的結構材料。鋼筋的銹蝕對鋼筋混凝土結構的耐久性影響極大，尤其是在氯鹽環境（如海泮及沿海、鹽堿地）及人為造成的氯鹽條件下（道路除冰鹽、含氯鹽外加劑、使用海砂等），世界各地不同程度地受到鋼筋銹蝕帶來的危害，造成了嚴重的經濟損失。國內外研究表明，在非腐蝕性介質作用下，混凝土構件的使用壽命基本上取決于混凝土完全碳化的時間，而在腐蝕性介質作用下，鋼筋的腐蝕還取決于促進腐蝕的離子濃度，如果腐蝕作用集中于局部，即使混凝土未完全碳化，鋼筋也會受到腐蝕。據資料介紹，在約21.4%的鋼筋混凝土結構損壞是因為鋼筋銹蝕引起的。美國一項調查顯示，美國的混凝土設施工程總價值為6萬億美元，每年所需維修費或重建費約為3千億美元。美國50萬座公路橋梁中有20萬座己有損壞，平均每年有150—200座橋梁部分或完全坍塌，壽命不足20年，美國共建設有混凝土水壩3000座，平均壽命30年，其中約有32%的水壩年久失修。在我國的工業和民用建筑中，鋼筋混凝土結構也占有相當的比例，其老化現象非常嚴重。有關調查表明，我國初期的建筑均己達到必須大修的狀況，現有的大多數工業建筑也己不能滿足安全、經濟使用50年的要求，尤其是處于惡劣環境下的橋梁、碼頭等。如圖1.2.1、圖1.2.2。我國目前的基礎設施建設工程規模宏大，每年高達2萬億人民幣以上，照此來看，約30—50年后，這些工程也將進入維修期，所需的維修費用和重建費用將更為巨大，因此，必須通過提高混凝土耐久性來降低巨額的維修和重建費用。1.3混凝土結構耐久性研究的必要性世界上一般國家的基本建設大體上都可分為三個階段：第一階段為大規模新建，第二階段為新建與維修改造并重，第三階段為重點轉向舊建筑物的維修改造。隨著我國經濟建設飛速發展，人們生活水平不斷提高，特別對房屋的耐久性問題非常關注，我國現行規范已把房屋耐久性問題作為主要性能編入。以往人們普遍認為，鋼筋混凝土是耐久性非常好的材料，鋼筋混凝土結構是無比堅固、不會自然損壞和失效的，但是有許多房屋和橋梁因混凝土結構耐久性問題而引起倒塌。如圖1.3.1、圖1.3.2，東北某市百貨商店因混凝土保護層剝落、鋼筋過早銹蝕而引起房屋結構倒塌。如圖1.3.3、圖1.3.4上海高陽大樓輔助建筑耐久性損傷，混凝土嚴重碳化，主筋不同程度銹蝕、箍筋銹斷，引起脹裂和混凝土保護層剝落等問題。混凝土結構耐久性問題不容忽視，我國人口眾多，過去為及時解決居住需要和促進工業生產，建造過不少質量不高的民用房屋和工業廠房。近幾年房屋開發中反映的質量問題也很突出，不少新建好的商品房，未使用幾年就需要修復，給國家造成極大浪費。我國是一個發展中大國，正在從事大規模基本建設中，由于我國財力有限，能源短缺，因此，要有效地利用資金，節約能源，既要科學地設計出安全、適用、耐久的工程項目，還要充分地、合理地、安全地延續利用現有房屋資源和工程設施。不僅中國如此，國外也是如此，僅就橋梁而言，1998年由美國國家材料顧問委員會提報生稱約有25.3萬座鋼筋混凝土橋腐蝕破壞，而且每年還將增加3.5萬座，40%承載力不足需要修復加固處理，僅混凝土橋梁每年修復費用高達1550億美元。調查表明，美國全年各種因腐蝕造成的損失為700億美元，其中混凝土中鋼筋銹蝕造成的損失約占40%。混凝土耐久性已是當今世界的重大問題，在第二屆國際混凝土耐久性會議上，梅塔教授指出

：“當今世界混凝土破壞原因，按遞減順序是：鋼筋銹蝕、凍害、物理化學作用”。他明確

將“鋼筋銹蝕”排在影響混凝土耐久性因素的首位。而來自海洋環境和使用“防冰鹽”中

的氯鹽，又是造成鋼筋銹蝕的主要原因。當然，混凝土中性化、凍融等也促進鋼筋腐蝕破壞

。

我國海港碼頭不能耐久，北方使用化冰鹽，橋梁道路遭破壞。以北京立交橋為例，僅使用19

年的西直門立交橋，鋼筋銹蝕破壞十分明顯與嚴重。我國存在著廣泛的腐蝕環境，

北方地區使用化冰鹽有增無減，而橋梁道路卻未采取應有的防護措施(甚至“規范”中無防

鹽腐蝕要求)；我國海岸線很長，而大規模的基本建設大都集中于沿海地區，以往的海港碼頭等工程，多數達不到設計壽命要求；特別是沿海一帶河砂已呈短缺現象，濫用海砂則其害無窮；我國還有廣泛的鹽堿地(石油基地)，其腐蝕條件更為苛刻；特別應該指出的是，我國工業環境中的建筑物，其鋼筋銹蝕破壞十分普遍與嚴重，有調查報告表明，大多數工業建筑達不到設計壽命的年限，目前正在進入大規模修復的時期。因此，我國鋼筋銹蝕破壞的形勢十分嚴峻。鋼筋混凝土結構耐久性問題是一個十分重要而迫切需要加以解決的問題，通過開展鋼筋混凝土結構耐久性的研究，一方面能對己有建筑結構進行科學的耐久性評定和剩余壽命預測，以及對其正確處理的方法。另一方面也可對新建筑工程項目耐久性設計與研究揭示影響結構壽命的內部與外部因素，從而提高工程的設計水平和施工質量，確保混凝土結構生命過程的正常工作。因此，加強混凝土結構耐久性研究，提高設計質量，延長結構使用壽命，具有極其重要的意義。1.4混凝土結構耐久性研究的特點混凝土結構耐久性研究的特點主要有三個方面首先具有理論與實際相結合的特點。混凝土結構耐久性研究過程，要注重理論基礎，又要切合工程實際，這樣才具有較高的理論價值和實用價值，必須從大量的實際建筑物因耐久性失效案例中去尋找理論依據，找到原因和解決問題的有效途徑。其次，具有定性與定量相結合的特點，結構耐久性不良的事例在二十世紀七八十年代頻繁發生，典型情況為，對處于冰凍與潮濕環境的結構，設計中沒有對混凝土抗凍性能提出要求，隨著對混凝土耐久性研究的逐步深入和混凝土生產與施工技術的進步，大多數國家的標準規范都按照混凝土耐久性破壞的因素與強弱，將結構設計中規定相應技術措施提高混凝土耐久性，這只能定性分析，后來到八十年代中期，混凝土耐久性的定量化研究取得了突破，許多學者嘗試建立各種破壞因素導致混凝土材料老化與劣化的定量關系，預測混凝土的工作期限。最后，具有材料學科與結構工程學科相統一的特點。老化和劣化是任何建筑材料自然的、不可避免的過程，對于結構設計，材料的老化與劣化本身不是問題，便必須要掌握老化與劣化的機理與速率，這樣才可能避免設計階段的盲目性。材料學科關于混凝土耐久性的研究多是基于混凝土結構的壽命為某一定值而言的，或者說沒有充分考慮結構的使用不同設計壽命也應不同的情況。混凝土結構是由多種材料組成的，且影響混凝土結構耐久性的因素很多，材料之間和影響因素之間的關系錯綜復雜，僅通過研究某一因素影響下某一材料的破壞速度來解決混凝土結構耐久性問題是困難的，因此必須把材料學科和結構工程統一起來才能達到研究目的。2混凝土結構鋼筋銹蝕損傷2.1鋼筋銹蝕研究的重要性混凝土材料以其較強的適應性和低廉的造價而成為土木工程中不可缺少的材料。鋼筋混凝土結構己經成為一種被廣泛應用的結構形式。然而由于不良的使用條件（海洋環境和工業環境）、環境污染（二氧化碳濃度增加和酸雨）、不當的使用方法（公路和橋梁路面撒化冰鹽）等的影響，造成鋼筋銹蝕成為混凝土結構中的普遍現象，輕則影響結構的使用性，重則降低結構承載力，甚至導致結構失效，比如1982年柏林議會大廳的倒塌和2000美國北卡羅來納州高速公路橋的坍塌。當今世界，混凝土破壞原因按重要性遞降順序排序是：鋼筋銹蝕、寒冷天氣下的凍害、侵蝕環境下的物理化學作用。“鋼筋腐蝕”排在影響混凝土耐久性因素的首位。鋼筋腐蝕給國民經濟造成了巨大的經濟損失，全世界每年花在鋼筋腐蝕的修復費用是非常巨大的因此，鋼筋銹蝕引起混凝土結構的過早破壞，已經成為世界各國普遍關注的一大災害，大量混凝土結構由于鋼筋銹蝕產生不同程度的破壞，甚至發生倒塌，，不得不維修或拆除，因此造成了巨大的經濟損失。下面舉一些工程實例加以具體說明20世紀30年代建在的美國俄勒岡州Alsea海灣上的多拱大橋施工質量極好，但因混凝土的水灰比太大，鋼筋廣泛嚴重腐蝕，引起結構破壞，用傳統的局部修補方式修補破壞處，不久就發現修補處的附近，鋼筋又加劇腐蝕造成破壞，不得不拆除，更換。60年代建在的舊金山海灣第二座SanMateo-Hayward跨海灣大橋，處于浪濺區的預制橫梁，雖然采用優質（水灰比0.45，水泥用量370kg/）混凝土拌合物，但由于梁體尺寸大，底部配筋密，加上蒸汽養護引起微裂隙，給鋼筋腐蝕創造了必要條件，因此有發生了嚴重腐蝕，1980年又耗巨資修補。我國工業與民用建筑中，因鋼筋銹蝕而引起的混凝土結構失效問題也非常嚴重，如青島一座大樓僅使用3年而因樓蓋鋼筋嚴重銹蝕導致結構失效，16層樓蓋全部拆除。山東改革開放以來興建的一批高速公路橋，投入使用約十年左右已經發現鋼筋嚴重銹蝕，雖經維修加固，2～3年后仍出現銹蝕破壞，部分橋梁則需要重建，由此造成的經濟損失實在是巨大。如圖2.1.1、圖2.1.2總之，無論在國內，還是在國外，混凝土碳化，尤其是氯化物污染引起的鋼筋腐蝕破壞，都是嚴重威脅鋼筋混凝土上部結構耐久性最主要、最普遍的病害。從國內外對水利工程、海港工程、路橋結構、工業建筑、民用建筑等調查研究結果來看，混凝土中鋼筋銹蝕，尤其是在海洋環境、化工車間、冬天撒化冰鹽的氯化物污染環境中，導致混凝土結構的過早破壞，是當今影響混凝土結構耐久的首要原因，鋼筋銹蝕已經給國民經濟帶來巨大經濟損失。可見鋼筋銹蝕是影響混凝土上結構耐久性的最主要因素。因此研究鋼筋混凝土銹蝕構件的損傷，對在用結構的抗力評定、可靠性評價、準確預測結構使用的壽命都具有十分重要的意義。2.2鋼筋銹蝕的化學機理和條件2.2普通混凝土結構中的鋼筋在一般情況下是不會發生銹蝕的，但是在某些條件下，由于混凝土的堿性降低或者由于有害介質的侵入，鋼筋表面的氧化膜遭到破壞，空氣中的氧氣和水分通過混凝土保護層達到鋼筋表面，并在其上形成一層很薄的水膜，此時鋼筋如同浸在電解液中。鋼筋本身含有雜質，它的表面狀態也有一定的差異，所以在同一鋼筋的不同部位形成電極，形成腐蝕微電池。（1）碳化引起鋼筋銹蝕混凝土的微孔內含有可溶性的鈣、鉀、鈉等堿金屬和堿金屬的氧化物。這些氧化物與微孔中的水起化學反應生產堿性很強的氫氧化物，從而為鋼筋造成一個高堿性的環境條件（pH值為12～13）。在這樣的環境條件下，鋼筋表面生成一層致密的、分子和離子難以穿過的“鈍化膜”。鈍化膜能完全覆蓋鋼筋表明，并長期保持完好。因此鋼筋表面不容易發生銹蝕。混凝土碳化是大氣中的與混凝土中的堿性氫氧化物相互作用的結果。氣體溶解于水中生成一種酸，與混凝土微孔水中的堿發生中和反應，生成，沉積于微孔的內壁上。由于Ca(OH)2在微孔水溶液中是過飽和的，微孔中存在的Ca(OH)2比融入微孔水中的Ca(OH)2多，因此當碳化反應開始時，微孔水溶液的pH值還能在12～13左右的正常水平維持一段時間。然而隨著微孔中Ca(OH)2的消耗和生成的在水溶液中的沉淀，微孔水溶液的pH值會明顯降低。當pH值降到11.5時，鈍化膜不在穩定；當pH值降到9～10時，鈍化膜的作用完全被破壞，鋼筋出于脫鈍狀態，銹蝕有條件發生了。此時pH值即為銹蝕的起始門檻值。（2）氯化物誘發鋼筋銹蝕混凝土中的氯化物可能是在攪拌、澆注是摻入的，也可能是在凝結硬化后有外界通過擴散滲入的。主要來源包括有意加入的氯化物速凝劑、早強劑及抗凍劑，如,氯化鈉，等；用海水進行混凝土攪拌時進入的海鹽等；以未經清洗或未經充分清洗的海撈砂作骨料，隨砂帶入的海鹽；冬季為化學除冰而在路上噴灑的粗鹽。①局部酸化作用。雖然氯化物是中性鹽，它的侵入不會引起整個混凝土微孔水溶液pH值的變化，但是,當其中的與其他陰離子共存、并競相被吸附時，具有優先被媳婦的趨勢。所以，鋼筋鈍化層表面附近的濃度遠高于微孔水中的平均濃度。這說明，鋼筋鈍化層表面附近已被局部酸化。②形成“活成-鈍化”銹蝕原電池。半徑小、活性打，常從膜結構的缺陷處滲進將鈍化膜擊穿，直接與金屬原子發生反應。這樣，露出的金屬變成了“活化-鈍化”銹蝕電池的陰極。這種小陽極、大陰極的銹蝕電池促成了所謂的小孔銹蝕，即坑蝕現象。③催化作用。氯離子在鋼筋銹蝕過程中，其本身不被消耗，只能起到加速銹蝕過程的催化劑作用。在氯離子的催化作用下，鋼筋表明銹蝕（坑蝕）微電池的陽極反應產物被及時運走，不使其在陽極區域堆積下來。④混凝土由于膨脹性腐蝕和鋼筋銹蝕而產生裂縫,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銹蝕。2.2混凝土中鋼筋銹蝕的根本原因是電化學腐蝕。電化學腐蝕必須滿足兩個基本條件:存在兩個具有不同電位值的電極；金屬表面存在有電解質液相薄膜。一般說來，由于鋼筋成分不均勻或存在內部應力，第—個條件總是能夠滿足的；第二個條件則要求混凝土中銹蝕的相對濕度大于60%。未被腐蝕的混凝土對其內部的鋼筋具有良好的保護作用，這是因為混凝土呈強堿性，在強堿性環境中，鋼筋表面形成一層致密的氧化膜，使鋼筋處于鈍化狀態不被腐蝕。但是，如果由于某種原因破壞了鋼筋表面的鈍化膜，則在適宜的條件下鋼筋就會發生銹蝕。鋼鐵的腐蝕分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩種，化學腐蝕通常是由于氧化作用，使鋼材中的鐵形成疏松的氧化鐵而被腐蝕，而電化學腐蝕是由于金屬在潮濕氣體及導電液中，電子流動而引起的腐蝕。鋼鐵在酸堿鹽溶液及海水中發生的腐蝕，地下管線的土壤腐蝕，在大氣中的腐蝕，與其它金屬接觸處的腐蝕，均屬于電化學腐蝕，可見電化學腐蝕是鋼材腐蝕的主要形式。根據電化學腐蝕原理，混凝土中鋼筋銹蝕的發生必須具備以下三個條件在鋼筋表面存在電位差，構成腐蝕電池鋼筋表面的鈍化膜破壞，處于活化狀態在鋼筋表面有腐蝕反應所需的水和溶解氧由于鋼筋含有雜質及鋼筋成分的不均勻性、周圍混凝土提供的化學物理環境的不均勻性，都會使鋼筋各部位的電極電位不同形成腐蝕電池，空氣中氧氣和水分很容易通過混凝土中貫通的空隙與微裂縫進入到鋼筋表面，提供銹蝕反應所需的氧和水。鋼筋處于活化狀態的原因：一是氯離子侵蝕或混凝土中摻入過量氯鹽，當鋼筋表面氯離子濃度超過臨界值，則使鋼筋銳鈍，二是混凝土碳化使保護層混凝土的PH值降低，從而破壞鋼筋表面的鈍化膜。2.3鋼筋銹蝕產生的原因混凝土結構中的鋼筋銹蝕受許多因素影響，其中內部因素有鋼筋位置、鋼筋直徑、水泥品種、混凝土的密實度、保護層厚度的完好性、混凝土的pH值及混凝土中氯離子含量等；外部因素有溫度、濕度、周圍介質的腐蝕性、周期性的冷熱交替作用的。2.3.1混凝土的保護層厚度不夠在通常情況下鋼筋表面的混凝土層對鋼筋有物理和機械保護作用，混凝土對鋼筋的保護作用可以包括以下幾個方面：一是混凝土結構中，鋼筋混凝土是由鋼筋和混凝土兩種不同材料組成的復合材料，兩種材料具有良好的粘結性能是它們共同工作的基礎，從鋼筋粘結錨固角度看，混凝土保護層保證鋼筋與其周圍混凝土能共同工作，并使鋼筋充分發揮計算所需強度。二是混凝土為鋼筋提供的是一個高堿度的環境，能使鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜，使鋼筋相對于中性與酸性環境下更不易發生腐蝕。但是，因為鋼筋的主要成分是鐵，鐵裸露在常溫下就很容易被空氣氧化，在潮濕的環境中就更容易銹蝕，被氧化或銹蝕的鋼筋其承載能力及各方面性能都會大大降低，使得鋼筋的有效截面減少，影響結構受力，從而影響工程質量，因此需要根據耐久性要求規定不同使用環境的混凝土保護層最小厚度，以保證構件在設計使用年限內鋼筋不發生降低結構可靠度的銹蝕。三是保護層對外界腐蝕介質、氧化劑及水分等滲入的阻止作用，使外界的腐蝕介質、氧化劑及水分等不能輕易接觸混凝土中的鋼筋，鋼筋也就不容易發生腐蝕。在施工實踐中經常因操作等方面的不規范引起鋼筋保護層質量的問題：1）一般工地上主要是水泥砂漿塊或是細石砼塊、塑料定性墊塊等，施工中可以滿足使用要求，但往往由于施工人員不是很注意或者其他的人為因素，造成墊塊移位或者亂用、少用墊塊，致使墊塊失去作用；2）對于板保護層來說，由于板的厚度相對較薄，又養護不到位，在施工過程中容易出現兩種狀況：一個是移位，一個是破碎；從而失去墊塊的作用，使這一區域的鋼筋下沉，保護層不能滿足要求。3）對于墻保護層來說，主要表現為根部主筋位移保護層不準不足、墊塊太少、模板施工中墻面墊塊破壞、剪力墻綁扎中墻拉筋收縮了墻的有效截面。4）對于梁保護層來說，梁底墊塊不夠或者已被破壞、梁側面保護層控制不好、模板位置安裝不準確、砼澆灌梁頂標高控制不準等。鋼筋保護層厚度對鋼筋銹蝕的影響呈線性關系，世界各國規范對保護層厚度都作了規定，隨著使用環境條件的劣化，混凝土保護層厚度也在增加，誠然，鋼筋保護層厚度對單項工程質量并不是起決定作用的，但如果不重視它，所產生的危害也是不容忽視的。我們要在正確了解鋼筋及混凝土的受力機理的前提下，充分認識到合理的鋼筋保護層對工程結構的重要性，只有防微杜漸，才能使我們的工程施工技術水平更上一個檔次。2.3.2混凝土的碳化混凝土在空氣中的碳化是中性化最常見的一種形式，它是空氣中二氧化碳與水泥石中的堿性物質相互作用，使其成分、組織和性能發生變化，使用機能下降的一種很復雜的物理化學過程。混凝土未碳化時，混凝土的微孔內含有可溶性的鈣、鉀、鈉等堿金屬和堿金屬的氧化物。這些氧化物與微孔中的水起化學反應生成堿性很強的氫氧化物，由于水泥的高堿性，鋼筋表面會形成一層致密的氧化膜，氧化膜完全覆蓋鋼筋表面，并長期保持完好，阻止了鋼筋銹蝕電化學過程，因此鋼筋表面不容易發生銹蝕。但是當混凝土被碳化時，混凝土的堿度會降低，造成PH值降低，使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋表面的氧化膜會被破壞，在有水份和氧氣的條件下，就會發生銹蝕的電化學反應，從而發生銹蝕。鋼筋銹產生的鐵銹，體積比鐵增加二到四倍，保護層會被擠裂，使空氣中的水分更易進入，促使銹蝕加快發展。2.3.3環境因素引起的鋼筋銹蝕環境因素也是鋼筋銹蝕的重要影響因素，環境對鋼筋銹蝕的影響主要有以下幾個方面，溫度、濕度、二氧化碳的濃度、氧氣的濃度以及侵蝕介質的濃度。對于鋼筋混凝土結構來說，影響最大的是濕度，濕度對混凝土中鋼筋的銹蝕有雙重作用，一方面影響混凝土中氧氣的擴散速度，另一方面影響混凝土的電導性，當混凝土結構處在濕度較大的環境下，最容易發生銹蝕。特別是當混凝土的自身保護能力（如密實度及保護層厚度）不合要求和保護層有裂縫等缺陷時，外界因素的影響非常明顯，許多實際調查結果都表明，鋼筋混凝土結構在干燥無腐蝕介質條件下的使用壽命要比在潮濕的腐蝕介質中使用的要長兩到三倍。2.3.4混凝土混凝土施工過程是確保混凝土結構耐久性的重要環節，正確合理的拌制、澆筑、震搗、養護對混凝土結構的耐久性十分有利。因為混凝土的微孔內含有可溶性的鈣、鉀、鈉等堿金屬和堿金屬的氧化物，這些氧化物與微孔中的水起化學反應生成堿性很強的氫氧化物，由于混凝土的高堿性，鋼筋表面會形成一層致密的氧化膜，氧化膜完全覆蓋鋼筋表面，并長期保持完好，阻止了鋼筋銹蝕電化學過程，因此鋼筋表面不容易發生銹蝕。然而，由于施工過程中不按規范要求施工，導致混凝土施工質量不合格往往會導致鋼筋銹蝕，尤其當水泥用量偏少,水灰比不當和澆搗不良,或者在砼澆筑中產生露筋、蜂窩、麻面等缺陷,都給水（汽）、氧和其他侵蝕性介質的滲透創造了有利條件,多種介質容易到達鋼筋表面,從而加速鋼筋的銹蝕。例如在施工過程中，震搗不到位，造成混凝土密實度不夠、蜂窩、孔洞或者不可控制的裂縫，使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋表面的氧化膜會被破壞，在有水份和氧氣的條件下，就會發生銹蝕的電化學反應，從而發生銹蝕。特別是當鋼筋混凝土工作的環境條件較差時，如地下室、地下溝道、交通隧道、城市地鐵等，混凝土施工質量不合格對鋼筋銹蝕的影響將更為明顯。混凝土的施工質量對鋼筋銹蝕的影響巨大，因此必須保證混凝土施工的質量，重視做好砼的澆筑工作。施工時要嚴格按照施工規范,掌握好水灰比、水泥質量、振搗和養護等有關規定;在有嚴重的侵蝕性介質的處所,應適當增加保護層的厚度;對現有的房屋建筑結構,如砼質量不良,可在構件外表面涂抹絕緣層如瀝青漆,環氧樹脂涂料等,進行防護。2.3.5為提高混凝土早期強度和防凍性能，在混凝土內摻加一定量的氯鹽，如氯化鈣、氯化鈉是有效的。但是氯鹽摻量過大，將會產生很大的危害。如：（1）水泥和氯化鈣結合生成氯鋁酸鈣，若硬化結晶形成，則會在固相中膨脹而形成微細裂縫，使鋼筋遭受腐蝕。（2）混凝土中存在的氯離子會破壞鋼筋表面的鈍化膜，使局部活化，形成陰極區，并能使鋼筋表面局部酸化，加速鋼筋腐蝕。（3）鋼筋腐蝕生成物中的氯化鐵，體積膨脹數倍，引起混凝土結構開裂。（4）降低混凝土抗化學侵蝕和耐磨性以及抗折強度（5）影響混凝土的耐久性。混凝土中的氯離子主要來源于原材料和外加劑，如水泥中的氯離子，砂子中的氯離子，水中的氯離子和外加劑中的氯離子等。國內已經出現過多起因加氯鹽過量而引起的嚴重腐蝕事故，例如北京工人體育場于1958年10月底開始施工，1959年四月初結構完成。全部時間處于冬季施工階段，施工時在24個看臺的全部混凝土中都摻用了早強抗凍外加劑，有的看臺摻用了兩種甚至三種抗凍劑，且均未加阻銹劑。到1983年底調查發現，看臺下的主梁、看臺板、柱子等構件出現大量裂縫，有的混凝土剝落，鋼筋銹蝕嚴重，主筋直徑明顯減小，箍筋銹斷。1986年，為承辦四年后的第十一屆亞運會，工人體育場不得不進行了歷時3年的大規模改建，造成了巨大的損失。鑒于摻加氯鹽對混凝土結構影響的嚴重性，規范規定一般鋼筋混凝土中氯化物摻量不得超過水泥重量的百分之一。2.4混凝土中的鋼筋銹蝕破壞過程及破壞特征2.4.1鋼筋銹蝕破壞過程（1）自由膨脹階段由于鋼筋與混凝土接觸的界面存在微細空隙，鋼筋表面銹蝕時產生的銹蝕產物逐步填充其孔隙。如果鋼筋銹蝕量小于填充需的銹蝕量時，在鋼筋周圍混凝土中就不會產生任何應力（2）應力產生階段當鋼筋銹蝕量超過填充鋼筋與混凝土接觸面空隙所需的銹蝕量時，則在鋼筋周圍的混凝土界面上產生膨脹壓力，膨脹壓力隨著鋼筋銹蝕量的增大面增大，直至達到臨界銹蝕量之前稱為應力產生階段。（3）裂紋產生階段當鋼筋銹蝕量達到導致保護層開裂的銹蝕量時，銹蝕產物體積增大產生的就力，超過混凝土抗拉強度，銹蝕產物周圍混凝土出再現裂紋，直至裂縫產生。（4）裂縫擴展階段當應力強度因子大于臨界應力強度因子時，混凝土初始裂紋尖端擴展，裂縫漸發展，混凝土保護層沿著銹蝕鋼筋形成裂縫。這些裂縫成為侵蝕性介質到達鋼筋表面的通道，因面隨著裂縫的擴展會加速鋼筋的銹蝕，若不采取措施，則鋼筋的銹蝕會進一步發展直至保護層剝落。2.4.2鋼筋腐蝕破壞的主要特征混凝土中的鋼筋一旦具備了腐蝕條件，銹蝕便會發生和發展。鋼筋銹蝕是一個電化學過程，

由鐵變成氧化鐵，其體積發生膨脹，根據最終產物的不同，可膨脹2～7倍。

鋼筋銹蝕破壞的主要破壞特征可歸納為：

(1)混凝土順鋼筋開裂

混凝土具有較好的抗壓性能，但其抗折、抗裂性差，尤其鋼筋表面混凝土缺乏足夠的厚度時

，鋼筋銹蝕產物體積發生膨脹，足以使鋼筋表面發生混凝土順鋼筋開裂。大量試驗研究和工程實踐表明，鋼筋表面銹層厚度很薄時(如20～40μm)，便可導致混凝土順鋼筋開裂。換言

之，鋼筋銹蝕導致混凝土開裂是容易發生的。設計、施工、使用、管理及維護人員，認識到

這一點十分重要。欲使混凝土不發生順鋼筋開裂，提高結構物的耐久性，其著眼點就是要最大限度地阻止鋼筋生銹，而不應立足于銹蝕發生后再采取補救措施。

混凝土一旦發生順鋼筋開裂，腐蝕介質更容易到達鋼筋表面，鋼筋銹蝕的速度將會大大加快

。研究和工程實踐表明，這時鋼筋銹蝕的速度，有可能快于裸露于大氣中的鋼筋。這是由于裂縫處更易促成電化學腐蝕的發生和發展。由此引出兩個重要觀念：一是要阻止鋼筋生銹，

二是鋼筋銹蝕一旦發生或初見混凝土順鋼筋開裂時，就立即采取防護措施。這是被提高了的

新認識，對于防鋼筋銹蝕破壞、提高結構物的耐久性具有重要指導意義，更具有巨大經濟價

值。

(2)“握裹力”下降與喪失

初見混凝土發生順鋼筋開裂時，結構物物理力學性能、承載能力等，可能還沒有發生明顯變

化(這是人們不重視初始順鋼筋開裂的重要原因之一)。然而，隨著裂縫的不斷加寬，混凝土與鋼筋之間的粘結力(握裹力)也隨之下降(下降速度取決于鋼筋銹蝕速度)，滑移增大

，構件變形。

當“握裹力”喪失到一定限度時，局部或整體失效便會發生。這時的鋼筋銹蝕程度也并不一

定十分嚴重。那些對“握裹力”敏感的構件，更具重要性。

(3)鋼筋斷面損失

混凝土中鋼筋銹蝕，一般分為局部腐蝕(如坑蝕)和全面腐蝕(均勻腐蝕)，常常是局部腐蝕為

主而造成鋼筋斷面損失，其損失率達到極限時，構件便會發生破壞。應該說明的是，從鋼筋

銹蝕、混凝土順鋼筋開裂到構件破壞，是一個復雜的演變過程，不僅取決于鋼筋銹蝕的發展

速度，也取決于構件的承載能力及鋼筋的受力狀態等。故有時鋼筋銹蝕并不十分嚴重，構件就破壞了，而有時鋼筋出現明顯的斷面損失，構件卻還在支撐著(有些人認為“鋼筋銹蝕無大妨害”就是依此為證)。對于鋼筋斷面損失與構件承載能力之間的關系，尚待進一步研究

。

(4)鋼筋應力腐蝕斷裂

處在應力狀態下的鋼筋(包括預應力)，在遭受腐蝕時有可能發生突然斷裂。世界上曾發生過

此類事故，如鋼筋混凝土橋梁突然倒塌，建筑物突然斷裂等。柏林議會大廈屋頂突然塌

落，即與鋼筋應力腐蝕斷裂有關。

應力腐蝕斷裂可在鋼筋未見明顯銹蝕的情況下發生，斷裂時鋼筋屬于脆斷。這是“腐蝕”與“應力”相互促進的結果：應力可使鋼筋表面產生微裂紋、腐蝕沿裂紋深入、應力再促裂紋開展。如此周而復始，直到突然斷裂。這是一種危險的形式，應引起重視。此外，應力腐蝕斷裂與環境介質有關。3鋼筋銹蝕對結構耐久性的影響3.1鋼筋銹蝕后對鋼筋的力學性能的影響3.1.1降低鋼筋的塑性性能按照鋼筋混凝土結構設計規范的要求，鋼筋除需要具有必要的強度性能外，還應具有一定的塑性。在正常工藝制度和化學成分范圍內生產的熱軋鋼筋都有明顯的屈服強度和一定長度的屈服臺階，并且極限強度和屈服強度之比一般在1.5以上。然而當鋼筋銹蝕后，應力—應變曲線更接近于脆性材料的破壞形式。這時結構易發生無預兆的脆性破壞。試驗表明，隨著銹蝕量的增大，鋼筋的屈服臺階和強化階段逐漸縮短，銹蝕鋼筋的塑性隨著銹蝕量的增大而變差。3.1.2降低鋼筋的延伸率鋼筋銹蝕后，其伸長率降低程度遠大于最大截面面積的損失率。其原因是鋼筋銹蝕后塑性變形主要集中在截面銹蝕最大，發生斷裂的部位，鋼筋銹蝕后，截面不是均勻削弱而是局部削弱，當鋼筋銹蝕最大處已經屈服，甚至達到極限強度將要拉斷時，其它截面的應變可能還不大。這樣總體表現為延伸率下降。3.1.3降低鋼筋的抗拉性能抗拉性能是建筑鋼筋最重要的性能之一，銹蝕鋼筋抗拉性能的降低將會直接影響服役結構和構件的承載能力，嚴重時可能造成結構提前失效甚至倒塌。鋼筋腐蝕后的力學性能，國內外已有較多的研究。鋼筋銹蝕后銹坑產生的缺口效應和應力集中，引起鋼筋性能指標的變化。試驗表明，隨著銹蝕量的增大，銹蝕的不均勻性和離散性增大，試件頸縮趨于不明顯，應力-應變曲線屈服平臺逐漸縮短，屈服強度和極限強度逐漸降低。沿鋼筋長度發生均勻銹蝕時，鋼筋的失重率近似等于鋼筋的截面面積損失率，鋼筋所能抵抗的極限拉力的降低與鋼筋截面面積銹損率基本成正比，些時，可以簡單地用銹損鋼筋的實際面積乘以未銹鋼筋的極限抗拉強度獲得銹蝕鋼筋的極限抗拉能力。但是，由于混凝土材料的不均勻性，使用環境的不穩定性，鋼筋各部位受力程度的不同等因素，實際上混凝土中的鋼筋銹蝕很少有均勻銹蝕的情況，通常鋼筋截面面積損失率大于重量損失率，而且隨著鋼筋銹蝕的發展，銹蝕的不均勻性和離散性增大，重量損失率與截面面積損失率的差異也越大。因些，鋼筋極限抗拉能力的下降，除鋼筋截面的銹損，有效截面面積減小外，還有一個因素，銹損鋼筋的表面凹凸不平，受力以后缺口外產生應力集中，使銹蝕鋼筋的屈服強度和極限強度降低，且銹蝕越嚴重，應力集中引起的強度降低越多。3.1.4降低鋼筋的動力性能鋼筋的銹蝕將使鋼筋混凝土結構的性能發生退化，進而對結構的動力性能（如疲勞性能和抗震性能）產生一定的影響。2006年1月5日5時15分左右，廣東佛山市南海區九江大橋遭一艘運砂船撞擊，造成大約200米橋面坍塌，約100米橋面墜入江中，如圖3.1.4。有6輛車下落不明，橋面直插江底，橋面斷裂處露出一根根被折斷的鋼筋。后經專家檢查發現，近70%的拉索PE護層有不同程度的損壞，嚴重的已有剝落現象并有大量鋼絲銹渣，個別PE護套內甚至有水流出，最嚴重的鋼絲斷絲己達三分之一數量，且兩端錨頭銹蝕嚴重。由此可見，由于腐蝕影響鋼筋截面與破壞混凝土，因此對結構動力性能的不利影響將更為嚴重。3.1.5小結隨著人們對鋼筋銹蝕問題研究的深入，取得的成果也越來越多。由于銹蝕鋼筋混凝土構件問題十分復雜，現在的研究成果還不完善，遠不能滿足實際工程的需要。目前銹蝕鋼筋力學性能研究中所采用材料大多是在鋼筋非應力的狀態下進行的，而實際工程中鋼筋都處于應力條件下，鋼筋應力狀態下遭受銹蝕其力學性能是否和非應力狀態下的一致，還有待于進一步的研究，另外預應力鋼筋銹蝕后的力學性能研究也應加強。為了能準確預測結構的剩余壽命，銹蝕鋼筋混凝土構件的受壓性能、抗剪性能及承載力衰減模型都是耐久性問題的研究目標。3.2鋼筋銹蝕后對鋼筋與混凝土協同工作性能的影響鋼筋和混凝土兩種材料的物理力學性能很不相同，但能夠共同工作，其主要原因是：（1）鋼筋和混凝土之間存在有良好的粘結力，能牢固的形成整體，保證在荷載作用下，鋼筋和外圍混凝土能夠協調變形，共同受力。（2）鋼筋和混凝土兩種材料的溫度線膨脹系數接近，當溫度變化時，兩者之間不會產生過大的相對變形導致它們之間的粘結力破壞。（3）防止鋼筋銹蝕。暴露在空氣介質中的鋼材，由于受空氣中酸性介質的影響，很容易銹蝕，而埋在混凝土中的鋼筋，收到呈弱堿性的混凝土保護，只要鋼筋至構件邊緣間的保護層具有足夠的密實度和厚度以及控制構件裂縫不致過寬，混凝土都能夠起保護鋼筋免受銹蝕的作用，從而保證結構具有良好的耐久性，使鋼筋和混凝土長期可靠的共同工作。鋼筋銹蝕后，鋼筋混凝土結構中的鋼筋銹蝕發展可直接引起鋼筋的體積膨脹，導致沿鋼筋周圍的內部壓力產生并在混凝土中產生裂縫，隨著鋼筋的銹蝕加深和裂縫的增大，鋼筋混凝土的界面上疏松蝕層的生成，破壞鋼筋表面水泥膠體之間的化學膠著力，并降低鋼筋和混凝土之間的摩擦系數，變形鋼筋橫肋的銹損，降低了鋼筋和混凝土之間的機械咬合力，鋼筋與混凝土之間的粘結錨固性能降低。試驗研究結果表明，銹蝕鋼筋混凝土主梁抗彎承載力試驗值小于只考慮銹蝕后鋼筋截面積減小，屈服強度降低計算得到的抗彎承載力值，說明鋼筋和混凝土的黏結強度降低也是銹蝕鋼筋混凝土梁抗彎承載力降低的主要影響因素之一。因此，對受拉鋼筋必須乘以協同工作系數，以考慮粘結退化對鋼筋混凝土梁抗彎承載力的影響。理論上，考慮黏結強度降低的影響，銹蝕鋼筋混凝土梁抗彎承載力應介于未銹蝕和無粘結構件之間，面相同條件下無黏結受彎構件承載力約為正常構件的70%--80%。其實，鋼筋與混凝土的黏結是一種復雜的相互作用，通過它來傳遞二者之間的應力，協調變形，因此鋼筋與混凝土之間粘結錨固性能是保證鋼筋與混凝土兩種不同材料共同工作的基本前提。鋼筋與混凝土間銹蝕層的潤滑作用，鋼筋表面橫肋的銹損、混凝土保護層的開裂或剝落都會導致鋼筋混凝土粘結錨固性能降低甚至完全喪失，最終影響鋼筋混凝土結構的安全性、適用性和耐久性。3.3鋼筋銹蝕后對鋼筋混凝土結構性能的影響混凝土中鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結構性能的一個重要問題，也是建筑物安全鑒定過程中經常遇到的問題，多年來，許多工程由于耐久性不良引起的工程損壞事例不斷發生，由此帶來的工程損失和處理費用也迅速增加，相應的經濟損失也不可忽視。在水工建筑物安全鑒定過程中，常遇到大壩、水閘、橋梁等鋼筋混凝土結構因鋼筋銹蝕引起的混凝土膨脹開裂，混凝土保護層脫落的現象很多，使得結構承載力下降，有些危及安全，必須引起高度重視。混凝土中的鋼筋一旦發生銹蝕，在鋼筋表面生成一層疏松的銹蝕產物，并且同時向周圍混凝土孔隙中擴散、銹蝕產物體積經腐蝕鋼筋的體積要大得多，一般可達鋼筋腐蝕量的2～4倍。銹蝕產物的體積膨脹使鋼筋外圍混凝土產生環向拉應力，當環向拉應力達到混凝土的抗拉強度時，在鋼筋與混凝土界面處將出現內部徑向裂縫，隨著鋼筋銹蝕的進一步加劇，鋼筋銹蝕量的增加，徑向內裂縫向混凝土表面發展，直到混凝土保護層開裂產生順鋼筋方向的銹脹裂縫甚至保護層剝落，而裂縫及保護層的剝落又會進一步導致更劇烈的腐蝕，改變結構受狀態和降低結構的耐久性，嚴重影響鋼筋混凝土結構的正常使用。其次，鋼筋銹蝕使鋼筋截面變小而使構件突然破壞，鋼筋腐蝕嚴重時，鋼筋的箍筋和主受力筋橫截面減小，鋼筋應力過大，受腐蝕梁在鋼筋屈服前，裂縫并不明顯，一旦出現明顯的裂縫，這時鋼筋已經屈服，構件即將破壞。結構的破壞形態從有預兆的受彎塑性破壞變成無預兆的少筋或剪切脆性破壞。鋼筋的銹蝕是鋼筋混凝土結構中一個相當復雜、重要的問題。鋼筋銹蝕不僅僅影響到鋼筋本身的力學性能變化，而且還影響到混凝土結構耐久性的好壞和壽命的長短，如果能有效地減少鋼筋銹蝕程度，不僅可以提高結構的使用壽命，而且還為國家節約大量的財力和資源等。3.4工程實例3.4.1工程概況連云港廟嶺港區二期工程西大堤是國家重點工程，為國內最長、工程量最大的攔海大堤，西起墟溝黃石嘴，東至連島江家嘴，東西全長6687.61m，工程總投資1.71億元，建設周期歷時8年，1993年12月8日大堤合攏。西大堤附屬工程南北兩側護欄總長13.32km，投資1300萬元，為鋼筋混凝土預制結構。護欄工程于1997年5月開工，1997年12月竣工。護欄結構包括南北兩部分，長度分別是6660m，各包括3330個標準單元，每個標準單元長2m，高0.9m，南側護欄由橫梁、大柱和小柱組成，北側護欄由橫梁、高柱、低柱及曲梁組成。構件設計指標如表１表１護欄構件設計指標構件名稱截面尺寸mm砼強度保護層厚度構件總數南側橫梁100X150C2325X303330大柱150X170C2335406660小柱50X80C2320X3513320北側橫梁120X200C2330X503330高柱220X220C2335X453330低柱200X220C2335X453330曲梁100X180C2330X403330蓋板990X100C23256660處于海洋環境下的護欄結構運行不到四年，其梁、柱、板均出現不同程度的銹蝕破壞。各類構件表面均有鐵銹滲出，并出現規律性很強的順筋裂縫，凡是有鋼筋的部分幾乎都出現順筋裂縫。嚴重的地方混凝土保護層剝落，鋼筋外露。有的小柱混凝土保護層甚至全部剝落，僅剩銹蝕的鋼筋。鋼筋銹蝕給護欄造成了嚴重的損傷，以致無法正常使用。為了分析結構銹蝕破壞的原因，特此對使用不到四年的廟嶺港西大堤鋼筋混凝土護欄銹蝕破壞情況進行了系統的工程調查。3.4.2工程調查結果護欄從西到東，除東部約1km范圍銹蝕較輕微外，其余部分銹蝕都很嚴重。現場發現，構件表面出現不同程度的溢銹、保護層順筋脫落、角部剝落和整層剝落等銹蝕破壞形態。大柱、高柱、低柱主要發生順筋開裂，小柱主要發生角部剝落，曲梁和橫梁主要發生順筋開裂、角部剝落和整層剝落，蓋板全部出現順筋裂縫。現場調查發現：有的構件同時發生以上兩種或三種破壞形態，鋼筋銹蝕使混凝土保護層開裂或剝落后，環境侵蝕介質（如氯離子）以較快的速度直接作用于鋼筋，必然使鋼筋銹蝕加劇，如此相互促進，惡性循環。表2各構件的破壞形態構件名稱保護層順筋開裂%保護層剝落%未開裂%南側橫梁大柱67.51.431.1小柱67.521.710.8北側橫梁91.908.1高柱89.2010.8低柱86.5013.5曲梁蓋板10000從上表可以看出，破壞最為嚴重的構件依次是南側橫梁、北側曲梁、南側小柱，它們均發生保護層剝落，且順筋裂縫較多，這是由于它們的混凝土保護層最小。所檢測的蓋板底部全部出現順筋開裂，由此可見，混凝土保護層的厚度與裂縫的類型及產生有著直接的關系。3.4.3銹蝕破壞分析（1）銹蝕破壞機理調查表明，廟嶺港西大堤鋼筋混凝土護欄結構銹蝕破壞是氯離子侵蝕環境、施工質量太差及設計不合理等因素綜合影響的結果，海洋環境下氯離子滲透到混凝土中鋼筋表面，使鋼筋表面去鈍化，形成鋼筋銹蝕宏電池。隨著銹蝕產物的體積膨脹，鋼筋周圍混凝土中產生的拉應力達到一定數值時，保護層開始順筋開裂。混凝土保護層開裂后，氯離子以較快的速度直接到這鋼筋表面，必然使得鋼筋銹蝕加劇，如此惡循環，直至混凝土保護層剝落。（2）影響銹蝕破壞的因素①環境條件氯離子滲透是混凝土鋼筋銹蝕的直接原因。氯離子引起混凝土中鋼筋銹蝕，除了要有水分存在外，同時還需要兩個條件：一是氯離子的積累，當混凝土中鋼筋周圍的氯離子達到一定的臨界值，即達到足以引起鋼筋表面鈍化膜破壞時，鋼筋才有可能銹蝕，二是好的通氧，當鋼筋周圍有大量的氯離子存在，又有充分的氧氣時，銹蝕才會發生，二者缺一不可。處于浪濺區的廟嶺港西大堤鋼筋混凝土護欄，由于海潮漲落和浪濺的影響，氯離子很容易就達到引起鋼筋表面鈍化膜破壞的臨界濃度，而且干濕交替，混凝土孔隙里的水分容易蒸發，氧氣可直通鋼筋表面，具有銹蝕發生最理想的條件。②施工質量混凝土施工質量差是混凝土中鋼筋銹蝕的主要原因。護欄工程由多家施工單位分別施工，質量不盡一致。護欄西部混凝土蜂窩麻面較多，混凝土保護層密實性差，從而增大保護層的擴散系數，因此銹蝕破壞非常嚴重，而東部護欄質量較好，銹蝕破壞明顯較輕。同樣的環境條件，其銹蝕并不相同，由此可見施工質量的重要性③設計質量設計中護欄結構的構件截面尺寸過小和保護層厚度不足是混凝土鋼筋銹蝕的重要原因。現行《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》規定：截面最小連長不小于保護層厚度的6倍，最小保護層百度為50mm，而本工程未滿足。氯離子擴散到鋼筋表面的時間與混凝土保護層厚度是成正比的。從表1可知，護欄構件的混凝土保護層百度為20～50mm，南側小柱保護層更是只有可憐的20mm，對照表2可以看出保護層厚度最小的南側小柱、南側橫梁、北側曲梁是銹蝕破壞最嚴重的構件。因此，設計截面尺寸及保護層厚度過小是護欄構件過早銹蝕破壞的重要原因。另外，設計中未對最大水灰比及最小水泥用量作出規定，使得混凝土保護層的密實性差也是導致構件銹蝕破壞的一個原因。④其他因素溫度和濕度對混凝土中鋼筋銹蝕也有一定的影響。較高的環境會增大氯離子在混凝土中的擴散速度，加快銹蝕過程。較高的環境濕度有濕氣保證化學反應過程，減小混凝土電阻，從而加速銹蝕過程。3.4.4結論混凝土中鋼筋的銹蝕是耐久性問題中最為集中、影響面最大的問題之一。對于鋼筋銹蝕，《混凝土結構耐久性設計規范》明確規定：對于自然環境中的銹蝕問題，主要用混凝土保護層來保證構件的耐久性，對于特殊工業環境或強腐蝕性環境的銹蝕問題，可以考慮表面防護措施來處理。廟嶺港西大堤鋼筋混凝土護欄結構發生了嚴重而快速的銹蝕破壞，其中南側橫梁、南側小柱和北側曲梁銹蝕破壞最為嚴重。調查表明，鋼筋銹蝕破壞已經嚴重影響結構的正常使用，嚴重威脅了結構的安全性。研究表明，護欄結構的銹蝕破壞是多種因素綜合影響的結果。氯離子滲透是混凝土中鋼筋銹蝕的直接原因，混凝土施工質量差是混凝土中鋼筋銹蝕的主要原因，設計中護欄結構的構件截面尺寸過小和保護層厚度是混凝土中鋼筋銹蝕的重要原因。另外，溫度和濕度等對鋼筋銹蝕均有一定的影響。為了保證鋼筋混凝土的耐久性，必須控制鋼筋銹蝕。首先，要重視混凝土的施工質量，尤其是保護層厚度和混凝土澆搗質量；其次控制水泥用量和水灰比，以提高混凝土的密實性，另外，在設計中應嚴格遵守現行各規范中最小截面尺寸和最小保護層厚度等構造要求。4提高結構耐久性以及預防鋼筋銹蝕的措施大量的調查研究表明，鋼筋銹蝕是混凝土破壞中最普遍且危害最大的一種。通常在混凝土使用初期，硬化的混凝土孔隙中，充滿了飽和的氫氧化鈣溶液，此堿性介質使鋼筋表面產生一層難溶的鈍化薄膜，能有效地防止鋼筋的銹蝕。但是由于結構的工作環境容易受大氣、土壤、地下水等因素的影響，一些侵蝕介質的入侵降低混凝土中的堿性，破壞鈍化膜，引起鋼筋銹蝕。鋼筋由于銹蝕而造成受力面積減少，強度也隨之下降，而且氧化物附著在鋼筋表面降低了鋼筋與混凝土之間的膠結作用。銹蝕產物對周圍包裹的混凝土產生徑向銹脹力，當銹脹力增大到一定程度時，就會引起混凝土發生順筋裂縫，使混凝土與鋼筋間的相互作用減弱，裂縫進一步展開導致保護層脫落，嚴重降低了結構的承載能力，繼而造成混凝土結構的破壞。針對鋼筋銹蝕對混凝土結構的嚴重影響，必須采取一定的措施防止鋼筋銹蝕，防止鋼筋銹蝕的根本途徑不是控制外荷載引起的橫向裂縫寬度，而是減慢二氧化碳、氧、水等腐蝕因子通過混凝土保護層向鋼筋表面滲透擴散的速度，以及防止氯離子在鋼筋表面的積聚。方法有兩類，第一類是采用防護材料和外部措施，如鋼筋表面涂鋅，混凝土中添加鋼筋阻銹劑或者混凝土表面涂刷防護面層等。第二類比較方便和經濟的方法則是利用和加強混凝土保護層自身的保護功能。4.1保證鋼筋有足夠的保護層厚度鋼筋的混凝土保護層的作用不容忽視，鋼筋的混凝土保護層可以阻止外界腐蝕性介質的滲入，對鋼筋的受力性能、結構耐久性具有很大的影響，關系到建筑物的安全和使用壽命。保護作用的效果與保護層的厚度有密切關系。增加混凝土保護層厚度可以顯著地推遲腐蝕因子滲透到鋼筋表面的時間，也可以提高對鋼筋銹蝕膨脹的抵抗力，特別是環境條件較差的地方增加混凝土保護層厚度可以有效地保護鋼筋，減少鋼筋銹蝕。因此，在施工中必須高度重視和加強質量控制，保護層既不能過薄也不能過厚。若保護層過薄，一影響了鋼筋與混凝土的錨固，致使兩者粘結力不足，二對鋼筋的防銹不利，當空氣中的有害介質進入到混凝土中，會對鋼筋直接產生銹蝕作用，影響構件的耐久性，最常見的就是板底露筋，或是雖不露筋，但交付后不久，鋼筋就產生銹蝕，板底面出現銹跡，又要進行處理修補。但是若保護層過厚，減小了構件設計計算的有效高度值，導致鋼筋構件達不到設計強度，而且鋼筋保護層過厚使結果下部離受力筋遠的混凝土由于粘結錨固作用降低，其抗拉強度下降反而易開裂引起鋼筋銹蝕直接導致承載力降低，其結構強度必然降低，結構存在安全隱患。因此必須控制好鋼筋的保護層厚度，現提出以下幾點要求①嚴格檢查鋼筋的外形尺寸，不得超出允許偏差；

②按設計保護層厚度計算鋼筋凈保護層，然后制作保護層墊塊，適當加密設置保護層墊塊，豎立鋼筋可采用帶有鐵絲的墊塊，綁在鋼筋骨架外側；③已產生露筋的可采用砂漿抹平，為保證修復砂漿與原混凝土結合可靠，原混凝土要鑿毛、修邊并用水沖洗濕潤，用鐵刷子刷凈，并在表面保持濕潤的情況下修補，重要部位露筋，要通過有關單位協商后，確定修補方案。4.2提高混凝土的質量提高混凝土的質量，是加強鋼筋防腐能力的最根本途徑。鋼筋混凝土工程施工質量的重要性是不言而喻的，已有工程的實踐表明，鋼筋過早的出現銹蝕破壞，大多與混凝土質量欠佳有關。混凝土質量對防止鋼筋腐蝕是至關重要的，因此，對混凝土進行質量控制是一項非常重要的工作，應從以下幾方面進行控制4.2.1設計方面（1）要注意容易開裂的部位（如在凹凸交接處的樓板；樓板中有洞口的四角處；后澆帶兩側部位等）和結構的施工縫與各種連接的位置，以利于混凝土的裂縫控制（2）施工縫與各種連接縫的位置應盡量避開可能遭受最不利局部環境作用下的部位。（3）應盡可能減少伸縮縫的數量并改善其密閉性，并從構造上采取措施避免從豎向伸縮縫中滲漏的水淌向構件底面或落在下部結構構件表面上積聚。（5）采用補償收縮混凝土技術。在常見的混凝土裂縫中，有相當部分都是由于混凝土收縮而造成的。要解決由于收縮而產生的裂縫，可在混凝土中摻用膨脹劑來補償混凝土的收縮。另外，混凝土結構耐久性與結構的工作環境條件有密切的關系。同一結構在強腐蝕環境中要比一般大氣環境中使用壽命短。對結構所處的環境劃分類別可使設計者針對不同的環境采用相應的對策。第一類環境類別為：室內正常環境；第二類環境類別為：室內潮濕環境；非嚴寒和非寒冷地區的露天環境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環境。這部分主要是考慮基礎、地下室、人防工程等在浸水情況下的耐久性；第二類環境類別為：嚴寒和非寒冷地區的露天環境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環境；第三類環境類別為：使用除冰鹽的環境；嚴寒和寒冷地區冬季水位變動的環境；濱海室外環境。這類環境在空氣中含有大量的氯離子，氯離子有很強的活性，日長月久極易破壞鋼筋表面的鈍化膜而引起鋼筋銹蝕；水位變動的環境加上嚴寒和寒冷地區冬季的反復凍融，往往對混凝土造成很大的損傷；第四類環境類別為：海水環境。如港口碼頭，燈塔、海島高腳屋等；第五類環境類別為：受人為或自然的侵蝕性物質影響的環境。由于耐久性與環境條件密切相關，不同的環境條件，應有不同的控制要求。對此設計者應根據具體工程情況具體分析。4.2.2施工方面（1）保證混凝土質量，嚴格把握好原材料質量及混凝土配合比（2）施工中必須嚴格按照施工規范要求施工，保證混凝土的密實度，澆筑混凝土時，必須均勻震搗混凝土，嚴格控制振搗時間，防止偏振和漏振。（3）應注意防止混凝土的分層離析，混凝土拌合物運至澆筑地后，應立即入模，嚴禁任意加水，進行澆筑混凝土的高度不得超過2m，否則應采用串筒、斜槽、溜槽等下料。（4）澆筑混凝土應連續進行，如必須間歇或分層澆筑時，應在前層混凝土初凝之前，將次層混凝土澆筑完畢。混凝土運輸、澆筑及間歇的全部時間不得超過規范規定，當超過規定時間必須設置施工縫。（5）

混凝土在澆筑及靜置過程中，應采取措施防止產生裂縫，混凝土因沉降及干縮產生的非結構性的表面裂縫，應在混凝土終凝前予以修整。在澆筑與拄和墻連成整體的梁和板時，應在拄和墻澆筑完畢后停歇1h～1.5h，使混凝土獲得初步沉實后，再繼續澆筑，以防止接縫出現裂縫。

（6）認真加強混凝土養護工作，因為如果混凝土早期養護不好，混凝土會因失水干燥而影響水泥水化作用的正常進行，甚至停止水化，水泥得不到正常水化，會使混凝土碳化，結構疏松，滲水性增大，或形成干縮裂縫，造成鋼筋銹蝕，從而影響結構耐久性。因此，加強混凝土的早期養護是十分必要的，必須充分重視，并制定養護方案，派專人養護。混凝土澆筑完畢后，應在12小時以內加以覆蓋，并澆水養護，使砼處于潤濕狀態，其養護時間必須符合有關規定。在已澆筑的砼強度未達到1.2N/mm2以前，不得在其上踩踏或安裝模板及支架。（7）混凝土應達到強度要求時方可拆除模板，拆除模板時，不應對樓層形成沖擊荷載，也不得對樓層形成局部過大的施工荷載。（8）在寒冷條件下澆筑混凝土時，混凝土材料、鋼筋、模板及與混凝土接觸的堆料地面都不得溫度過低。混凝土材料可適當加溫后攪拌，使混凝土保持適當的硬化溫度（9）鋼筋應在模板內正確定位，綁扎牢固，澆筑和振搗混凝土時不得移位，宜采用抗銹的鋼絲綁扎鋼筋，鋼絲的頭不得伸進混凝土保護層內。（10）不宜將與混凝土起化學作用或與鋼筋起電解作用的設備套管等預埋入結構構件內;當必須這樣做時，應在其外涂刷或覆蓋有效的防護膜。（11）控制裂縫等級和限值。裂縫的出現加快了混凝土的碳化，也是鋼筋開始銹蝕的主要條件。因此，《結構規范》根據鋼筋混凝土結構和預應力混凝土結構所處的環境類別和構件受力特征，規定了裂縫控制等級和最大裂縫寬度限值（12）大體積混凝土表面溫度與環境溫度之差，不得超過25°C，以防止混凝土表面產生裂縫。4.2.3管理方面（1）正確選擇材料管理方面應當確定科學的控制裂縫標準，合理選擇混凝土配合比，控制混凝土的氯離子含量和堿含量，防止堿集料反應。改善混凝土的級配，控制最大水灰比、最小水泥用量和最低混凝土強度等級，提高混凝土的抗滲性能和密實度。選擇合適的混凝土抗滲等級和抗凍等級。對抗凍混凝土必須摻加引氣劑。有抗滲要求的混凝土結構，混凝土的抗滲等級應符合有關標準的要求；嚴寒及寒冷地區的潮濕環境中，結構混凝土應滿足抗凍要求，混凝土抗凍等級應符合有關標準的要求。提高鋼筋的抗銹蝕能力，選擇合適的水泥品種十分必要。抗硫酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、礬土水泥、礦渣硅酸鹽水泥等對不同的腐蝕介質具有不同的抗腐蝕性能。如火山灰水泥具有良好的抗硫酸鹽侵蝕性能、礦渣水泥有較強的康海水侵蝕性能等，在混凝土耐久性設計當中，應道選用與腐蝕環境相適應的水泥品種。用與混凝土中的砂應盡量少用海砂，由于海砂含有不等量的氯離子，能夠刺激鋼筋銹蝕，我國相關規范不推薦或嚴格限制使

用海砂。這是完全必要的，國內外濫用海砂造成的危害不乏實例。從另一個角度講，海砂也是可利用資源，日本即是成功開發利用海砂的國家之一，主要是同時采取防氯離子腐蝕的技術措施(如摻加鋼筋阻銹劑等)。在我國，如日本那樣嚴格而合理地開發利用海砂資源已提到

日程上來(據悉寧波地區已經發布文件，采取加鋼筋阻銹劑等措施后開放使用海砂)。總之，

嚴格界定海砂的使用，是我國建設中面臨的新問題，意義重大。（2）合理的選擇施工進度。避免在混凝土施工中過分搶修工期，監督混凝土施工中制定的各項技術措施，必須嚴格執行，做好技術交底工作，選派有同類工程施工經驗、組織管理能力強、技術過硬的工程管理、工程技術人員組成項目管理班子，建立完善的技術崗位責任制，確保各項技術管理工作的落實。4.2.4環境方面環境方面應注意施工的季節，環境的溫濕度及氣象變化對混凝土變形性能的影響，嚴格控制現場坍落度、防風、及時和氣象站保持緊密聯系，應當盡可能在較低的溫度環境中開始澆灌混凝土，中間特別注意急劇降溫、急劇干燥對混凝土的不利影響。4.2.5結構使用方面(1)要明確結構構件正常工作使用的界限，結構物是由多種部件組成的，各構件暴露的環境有別，其耐久壽命也有區別，相對而言，房屋結構中的屋面、陽臺、女兒墻要比室內梁、柱使用壽命短;橋梁結構中的防水層、伸縮縫、護欄要比梁、橋墩更易于損害，為此，耐久性設計應明確提出結構使用期內需要維修和更換部件的內容及預期更換的時間。(2)對于特別重要的結構物或處于嚴重侵蝕環境下的結構物或已有損傷的結構物，應提出使用期內需要定期檢測的內容和要求，如不均勻沉降的速率和傾斜的趨勢，裂縫開裂和構件變形程度等。 4.3改善鋼筋工作的環境條件環境對混凝土結構的物理和化學作用以及混凝土結構抵御環境作用的能力是影響混凝土結構耐久性的又一重要因素。在通常的混凝土結構設計中，往往會忽視環境對結構的作用，許多混凝土結構在達到預定的設計使用年限