關于鋼筋混凝土結構中鋼筋銹蝕的問題淺析

王玉德 肖時景

摘要 影響鋼筋混凝土結構耐久性的因素很多，其中鋼筋銹蝕是最重要因素之一。本文主要講述了鋼筋混凝土結構中鋼筋銹蝕機理及銹蝕鋼筋力學性能退化。

關鍵詞 鋼筋混凝土結構耐久性 鋼筋銹蝕

The Problem analysis on corrosion of steel in reinforced concrete structures

Xiao Shi Jing Wang Yu De

(School of Civil Engineering, Hebei UniversityHebeiHandan 056038)

AbstractThere are many factors on influence of Reinforced concrete structure durability, and the corrosion of reinforcement is one of the most important factors. This article mainly describes the corrosion mechanism of mechanical properties of corroded reinforced and measures to how to prevent corrosion of reinforcement.

KeywordsReinforced concrete structure durability rust corrosion

1概述

耐久性是混凝土結構的一項基本功能。耐久性的好壞直接影響到結構的使用壽命，提高結構的耐久性可以為國家節約了大量的物力、財力。鋼筋銹蝕是影響結構耐久性的一個首要的因素，由于鋼筋銹蝕導致大量的混凝土結構維修或拆除，給國家造成巨大的經濟損失。因此，能否有效的地防止鋼筋銹蝕是決定鋼筋混凝土結構耐久性的關鍵，對鋼筋混凝土工程耐久性的研究具有重要的意義。

2結構中鋼筋銹蝕

2.1 鋼筋銹蝕發生的條件

混凝土結構中鋼筋銹蝕發生必須具備以下條件：

(1) 鋼筋表面鈍化膜遭到破壞，處于活化狀態；

(2) 鋼筋表面有電化學反應和離子擴散所需要的水和氧氣；

(3) 以上兩條件滿足，內部存在電位差，形成腐蝕電池。

2.2 腐蝕過程

當鋼筋表面的鈍化膜破壞后，在水和氧氣的環境下，鋼筋發生電化學腐蝕，其腐蝕過程如下：

(1) 陽 極 反 應：

(2-1)

(2) 電子傳輸過程：釋放的電子向陰極區移動；

(3) 陰極反應過程：

陰極溶液區 吸收電子,反應式：(2-2)

(4) 腐蝕反應生成過程：

(2-3)(2-4)

(2-5) (2-6)

從上得出鋼筋銹蝕電化學原理圖1:

3鋼筋銹蝕后的力學性能退化

3.1 銹蝕鋼筋力學性能退化的因素

從宏觀上講，銹蝕鋼筋的強度和延性降低，主要有三種因素：

⑴ 物理因素：不均勻腐蝕導致應力集中；

⑵ 幾何因素：銹蝕鋼筋的平均截面減少；

⑶ 材料因素：由于內部應力作用，腐蝕將改變鋼筋內部晶體結構，進一步導致鋼筋性能發生變化。

3.2 銹蝕鋼筋力學性能退化模型

以下簡單介紹了國內學者得到幾種關系模型：

⑴牛荻濤等人通過分析得出了銹蝕屈服拉力 與極限拉力 的計算式：

(3-7)(3-8)

式中， ， ─分別為未繡鋼筋的屈服強度和極限強度；

─未繡鋼筋截面面積；

─鋼筋銹蝕截面損失率。

（ 時，按式3-1計算銹蝕鋼筋的屈服拉力； >15時，按無屈服點的熱軋鋼筋處理）。

⑵ 惠云玲等通過大量實驗提出了銹蝕程度與屈服強度和抗拉強度的關系模型：

（3-9） （3-10）

式中， ， ─分別為銹蝕后實際面積算的屈服強度與抗拉強度；

， ─銹蝕前的屈服強度與抗拉強度；

─截面損失率。

⑶在以下假定：①在不考慮強化段，鋼筋銹蝕的應力、應變曲線服從雙折式； ②銹蝕前和銹蝕后的鋼筋彈性模量相等；③銹蝕鋼筋的延伸率與極限應變的規律相同。袁迎曙等認為銹蝕鋼筋的名義應力、應變的關系式可以有以下參數確定：

(3-11）

當 時

（3-12）

當 時，

（3-13）

式中， ─銹蝕 鋼筋名義屈服時所對應的應變值；

， ， ─分別為銹蝕鋼筋名義屈服強度、延伸率、極限應變；

， ， ─分別為未銹蝕鋼筋屈服強度、延伸率、極限應變；

，─分別為鋼筋彈性模量和鋼筋平均銹蝕率。

以上在一定程度反應了銹蝕率與屈服強度、延伸率退化關系。鋼筋銹蝕不僅導致其本身的力學性能退化，而且還降低了與混凝土間的粘結力，進一步導致混凝土結構承載力下降，最終使建筑物破壞，為國家造成大量的人力、物力損失。

4總結

鋼筋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。因此，對鋼筋銹蝕的研究是一個迫在眉睫的任務。

參考文獻

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注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。