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[摘要] 文章从研究钢筋混凝土构件中钢筋的锈蚀入手，着重分析了影响钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀速度的因素，如保护层厚度、混凝土的强度、水泥品种、裂缝开展宽度及分布情况、构件的环境湿度、温度等。
[关键词]钢筋混凝土 锈蚀 裂缝
[abstract] this article from the research of reinforced concrete structures of corrosion of steel, this article analyzes the impact of reinforced concrete members reinforced corrosion speed in the factors, such as cover thickness, the strength of concrete, cement varieties, crack development width and distribution, components of humidity, temperature, etc.
[key words] reinforced concrete corrosion cracks
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
前言
目前，大量的建筑物是由钢筋混凝土材料建成的，则钢筋混凝土构件的耐久性对建筑物的寿命起决定作用，而钢筋混凝土构件的破坏一般分为两个阶段：第一个阶段是混凝土的碳化；第二阶段是钢筋的锈蚀；钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性损伤和承载力下降的最主要因素，研究混凝土构件的耐久性必须研究混凝土中钢筋的锈蚀。本文就从研究钢筋混凝土构件中钢筋的锈蚀入手，着重分析影响钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀速度的因素。
2 钢筋锈蚀速度的影响因素
影响钢筋锈蚀速度的因素很多，按照各因素与混凝土构件的关系，一般可以分为两大类：一类是与混凝土构件本身有关系的因素，称为内因；另一类是与混凝土结构所处的环境有关系，与混凝土构件本身无关的因素，称为外因，如构件的环境湿度、温度及构件在混凝土结构中所处的位置及朝向等。本文根据对混凝土影响的速度分为同相影响因素、异相影响因素及其他影响因素进行分类。
2.1同相影响因素
(1) 保护层的厚度
钢筋的锈蚀与混凝土的碳化有密切的关系，只有在混凝土的保护层碳化以后，钢筋电化锈蚀条件才可能得以满足，因此，混凝土的保护层的大小直接影响着碳化时间，也就是直接影响钢筋的锈蚀。
在相同的环境下，保护层越厚，保护层完全碳化所需的时间越长，钢筋的锈蚀程度越轻。保护层厚度对钢筋的腐蚀的影响系数为
。
其中，Φa为钢筋腐蚀厚度影响系数；a为混凝土保护层厚度。从上式可以看出，保护层对钢筋腐蚀的影响呈线形关系。
一般说来，箍筋的直径一般较小，而且位于纵筋的外侧，因而保护层更小，锈蚀要先于纵筋。当箍筋是由于计算控制而非构造配置的情况下，很可能因腐蚀导致箍筋截面面积损失而使结构构件发生剪切破坏。混凝土结构在施工中，可能由于各种因素使混凝土的保护层受到破坏，而使钢筋腐蚀加快。施工中的因素主要有钢筋的位置不当而使钢筋保护层减小；钢筋排列过密使钢筋处的混凝土不密实；混凝土振捣不密实、养护不好等。使用中的因素主要有混凝土由于收缩、徐变、荷载或其他因素形成的裂缝等。
(2)混凝土的强度的影响
混凝土强度是表征混凝土本身性质的重要指标,混凝土强度的大小对混凝土抗渗性的影响较大。混凝土强大越大越密实，混凝土的抗渗性越好，空气中氧气和水分在混凝土中就越难渗透，钢筋的锈蚀速度也就越低。相同条件下，不同水灰比的混凝土试件的銹蚀量是不同的，但呈现一定的规律性，随着水灰比的增大，锈蚀量逐渐减小，但超过一定的量值后，锈蚀量又呈现增加的趋势。
（3）裂缝的宽度
混凝土结构的裂缝与钢筋的腐蚀相互作用，可以加剧混凝土结构中钢筋的腐蚀破坏。一方面，混凝土结构的裂缝会增加混凝土的渗透性，加速混凝土的碳化和侵蚀介质的侵蚀，使钢筋的腐蚀加重；另一方面，钢筋的腐蚀膨胀又会造成混凝土的进一步开裂，从而进一步加重混凝土的电化学腐蚀。裂缝宽度越宽，腐蚀程度越重，见表1。
裂缝对钢筋的腐蚀的影响程度又与环境有关。处于露天或潮湿的环境下，腐蚀严重；而处于室内干燥的条件下，即使有裂隙，钢筋也基本无腐蚀或腐蚀较轻。
（4）环境温度与湿度的影响
当环境因素变化时，混凝土构件中的锈蚀速度也随着改变。在一般大气条件下，混凝土构件中的水分和氧气主要是有外界环境中渗入的。在相同的条件下，渗入混凝土构件内部氧气和水分的多少，主要取决于气体的扩散速度。环境温度对气体的扩散速度影响很大，温度越高，气体在混凝土中扩散的越快。此外，当环境温度升高时，钢筋表面的电化学反应速度也随着加快。
空气的相对湿度越高，混凝土中的水分越多，钢筋的电化学腐蚀越快。
(5) 氯化物及硫酸盐对钢筋锈蚀的影响
氯化物对混凝土中的钢筋的腐蚀有明显的加速作用。施工中使用外加剂的混凝土结构，表面使用除冰盐的混凝土结构、沿海或海洋环境中的混凝土结构等都存在氯化物的侵蚀问题。
2.2异相影响因素
主要有钢筋直径、间距等因素。在同样的条件下，截面损失率随钢筋半径的增大而迅速减小，说明在同样的条件下，使用粗钢筋比使用细钢筋的耐久性好，但随着钢筋半径变化，钢筋锈蚀量的变化不大。这说明对一根构件来说，钢筋的直径的大小对总的锈蚀量的影响是一种曲线关系，当构件的钢筋直径很大时，出现裂缝的几率增大。而锈蚀率减小，当构件的直径较小时，出现裂缝的几率相对减小，但锈蚀率增加。因此，构件的直径和钢筋的锈蚀之间有一种最优关系。
2.3其他影响因素
混凝土的水灰比不同，水泥品种不同，混凝土的碳化速度也不同。因此，水灰比和水泥品种对混凝土中钢筋的腐蚀也有影响。混凝土的水灰比越大，混凝土的氧气向混凝土越容易渗透。不同水泥的各种碱含量不同，混凝土的碳化速度也不同，水泥品种对钢筋锈蚀程度的影响见表2。
3 结论
目前对受腐蚀钢筋混凝土构件的耐久性研究时，必须重视钢筋锈蚀对其耐久性的影响。影响钢筋锈蚀速度的因素很多，主要有：保护层厚度、混凝土的强度、水泥品种、裂缝开展宽度及分布情况、构件的环境湿度、温度及构件在混凝土结构中所处的位置及朝向等。
只有掌握了各因素对钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀的影响规律，才能减低使用中构件钢筋的锈蚀程度，提高其耐久性。
参考文献
[1] 袁海军等，建筑结构检测鉴定与加固手册，中国建筑工业出版社，2003
[2] 张伟军，钢筋混凝土结构耐久性分析，福建建筑，2003
作者简介：曹金竹（1973-），女，河北石家庄人，河北省第四建筑工程公司工程师。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
[关键词]钢筋混凝土 锈蚀 裂缝
[abstract] this article from the research of reinforced concrete structures of corrosion of steel, this article analyzes the impact of reinforced concrete members reinforced corrosion speed in the factors, such as cover thickness, the strength of concrete, cement varieties, crack development width and distribution, components of humidity, temperature, etc.
[key words] reinforced concrete corrosion cracks
中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：
前言
目前，大量的建筑物是由钢筋混凝土材料建成的，则钢筋混凝土构件的耐久性对建筑物的寿命起决定作用，而钢筋混凝土构件的破坏一般分为两个阶段：第一个阶段是混凝土的碳化；第二阶段是钢筋的锈蚀；钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性损伤和承载力下降的最主要因素，研究混凝土构件的耐久性必须研究混凝土中钢筋的锈蚀。本文就从研究钢筋混凝土构件中钢筋的锈蚀入手，着重分析影响钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀速度的因素。
2 钢筋锈蚀速度的影响因素
影响钢筋锈蚀速度的因素很多，按照各因素与混凝土构件的关系，一般可以分为两大类：一类是与混凝土构件本身有关系的因素，称为内因；另一类是与混凝土结构所处的环境有关系，与混凝土构件本身无关的因素，称为外因，如构件的环境湿度、温度及构件在混凝土结构中所处的位置及朝向等。本文根据对混凝土影响的速度分为同相影响因素、异相影响因素及其他影响因素进行分类。
2.1同相影响因素
(1) 保护层的厚度
钢筋的锈蚀与混凝土的碳化有密切的关系，只有在混凝土的保护层碳化以后，钢筋电化锈蚀条件才可能得以满足，因此，混凝土的保护层的大小直接影响着碳化时间，也就是直接影响钢筋的锈蚀。
在相同的环境下，保护层越厚，保护层完全碳化所需的时间越长，钢筋的锈蚀程度越轻。保护层厚度对钢筋的腐蚀的影响系数为
。
其中，Φa为钢筋腐蚀厚度影响系数；a为混凝土保护层厚度。从上式可以看出，保护层对钢筋腐蚀的影响呈线形关系。
一般说来，箍筋的直径一般较小，而且位于纵筋的外侧，因而保护层更小，锈蚀要先于纵筋。当箍筋是由于计算控制而非构造配置的情况下，很可能因腐蚀导致箍筋截面面积损失而使结构构件发生剪切破坏。混凝土结构在施工中，可能由于各种因素使混凝土的保护层受到破坏，而使钢筋腐蚀加快。施工中的因素主要有钢筋的位置不当而使钢筋保护层减小；钢筋排列过密使钢筋处的混凝土不密实；混凝土振捣不密实、养护不好等。使用中的因素主要有混凝土由于收缩、徐变、荷载或其他因素形成的裂缝等。
(2)混凝土的强度的影响
混凝土强度是表征混凝土本身性质的重要指标,混凝土强度的大小对混凝土抗渗性的影响较大。混凝土强大越大越密实，混凝土的抗渗性越好，空气中氧气和水分在混凝土中就越难渗透，钢筋的锈蚀速度也就越低。相同条件下，不同水灰比的混凝土试件的銹蚀量是不同的，但呈现一定的规律性，随着水灰比的增大，锈蚀量逐渐减小，但超过一定的量值后，锈蚀量又呈现增加的趋势。
（3）裂缝的宽度
混凝土结构的裂缝与钢筋的腐蚀相互作用，可以加剧混凝土结构中钢筋的腐蚀破坏。一方面，混凝土结构的裂缝会增加混凝土的渗透性，加速混凝土的碳化和侵蚀介质的侵蚀，使钢筋的腐蚀加重；另一方面，钢筋的腐蚀膨胀又会造成混凝土的进一步开裂，从而进一步加重混凝土的电化学腐蚀。裂缝宽度越宽，腐蚀程度越重，见表1。
裂缝对钢筋的腐蚀的影响程度又与环境有关。处于露天或潮湿的环境下，腐蚀严重；而处于室内干燥的条件下，即使有裂隙，钢筋也基本无腐蚀或腐蚀较轻。
（4）环境温度与湿度的影响
当环境因素变化时，混凝土构件中的锈蚀速度也随着改变。在一般大气条件下，混凝土构件中的水分和氧气主要是有外界环境中渗入的。在相同的条件下，渗入混凝土构件内部氧气和水分的多少，主要取决于气体的扩散速度。环境温度对气体的扩散速度影响很大，温度越高，气体在混凝土中扩散的越快。此外，当环境温度升高时，钢筋表面的电化学反应速度也随着加快。
空气的相对湿度越高，混凝土中的水分越多，钢筋的电化学腐蚀越快。
(5) 氯化物及硫酸盐对钢筋锈蚀的影响
氯化物对混凝土中的钢筋的腐蚀有明显的加速作用。施工中使用外加剂的混凝土结构，表面使用除冰盐的混凝土结构、沿海或海洋环境中的混凝土结构等都存在氯化物的侵蚀问题。
2.2异相影响因素
主要有钢筋直径、间距等因素。在同样的条件下，截面损失率随钢筋半径的增大而迅速减小，说明在同样的条件下，使用粗钢筋比使用细钢筋的耐久性好，但随着钢筋半径变化，钢筋锈蚀量的变化不大。这说明对一根构件来说，钢筋的直径的大小对总的锈蚀量的影响是一种曲线关系，当构件的钢筋直径很大时，出现裂缝的几率增大。而锈蚀率减小，当构件的直径较小时，出现裂缝的几率相对减小，但锈蚀率增加。因此，构件的直径和钢筋的锈蚀之间有一种最优关系。
2.3其他影响因素
混凝土的水灰比不同，水泥品种不同，混凝土的碳化速度也不同。因此，水灰比和水泥品种对混凝土中钢筋的腐蚀也有影响。混凝土的水灰比越大，混凝土的氧气向混凝土越容易渗透。不同水泥的各种碱含量不同，混凝土的碳化速度也不同，水泥品种对钢筋锈蚀程度的影响见表2。
3 结论
目前对受腐蚀钢筋混凝土构件的耐久性研究时，必须重视钢筋锈蚀对其耐久性的影响。影响钢筋锈蚀速度的因素很多，主要有：保护层厚度、混凝土的强度、水泥品种、裂缝开展宽度及分布情况、构件的环境湿度、温度及构件在混凝土结构中所处的位置及朝向等。
只有掌握了各因素对钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀的影响规律，才能减低使用中构件钢筋的锈蚀程度，提高其耐久性。
参考文献
[1] 袁海军等，建筑结构检测鉴定与加固手册，中国建筑工业出版社，2003
[2] 张伟军，钢筋混凝土结构耐久性分析，福建建筑，2003
作者简介：曹金竹（1973-），女，河北石家庄人，河北省第四建筑工程公司工程师。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。