摘要:本文主要列举了钢筋砼中钢筋腐蚀的主要因素,通过实践经验提出了一些修补和防治措施。
关键词:钢筋混凝土;腐蚀;碳化;密实度
钢筋砼是由钢筋和混凝土组合成一体的结构材料。由于热传导性差,钢筋在砼的包裹下不能和火直接接触,增强了结构的耐火性;钢筋包裹在混凝土里,混凝土的弱碱性避免钢筋腐蚀;钢筋和混凝土之间存在着足够的粘结力,使钢筋混凝土构件在工程方面得到了很广泛的应用。但是,在某些特定的情况下,钢筋仍受到腐蚀,造成结构破坏,分析如下:
1 钢筋腐蚀的主要原因
1.1 砼不密实或有裂缝存在造成钢筋的腐蚀
砼密实度不良和构件上产生的裂缝,往往是造成钢筋腐蚀的很重要原因。尤其是当水泥量偏小,水灰比不当和振捣不良或在砼浇筑中产生露筋、蜂窝、麻面等情况,都会加速钢筋的腐蚀。
1.1.1砼的碳化深度影响钢筋腐蚀。从调查资料表明,砼的碳化深度和砼密实度有很大关系。密实度好的砼碳化深度仅局限表面;而密实度差的砼,则碳化深度就大。如某钢铁车间钢筋砼结构30年以上,由于砼密实度好,碳化深度还不到1mm,而同一厂的管道支架仅用13年左右,碳化深度已达6mm~25mm,钢筋已腐蚀。
1.1.2侵蚀性气体、介质的侵入造成钢筋腐蚀。当侵蚀性气体、介质侵入深度达到或超过钢筋保护层时,钢筋表面钝化膜遭到局部破坏,钢筋开始腐蚀。
1.1.3 与环境湿度密切相关。砼的碳化和钢筋环境湿度有直接关系。在十分潮湿的环境中,其空气相对温度接近于100%,砼孔隙充满水分,阻碍了空气中氧气向钢筋表面扩散,二氧化碳也难以透入,使钢筋难以腐蚀。当相对湿度低于60%时,在钢筋表面难以形成水膜,钢筋几乎不生锈,碳化也难以深入。而空气湿度在80%左右时,有利于碳化作用,砼钢筋锈蚀发展很快。由于环境湿度往往随气候和生产情况而变化,因而砼也随之而碳化,钢筋会腐蚀。
1.2 砼内掺加氯盐造成钢筋的腐蚀
为了提高砼早期强度和防冻,在砼内掺一定量的氯盐,如氯化钙、氯化钠是有效的。但氯盐掺量过大,将产生下列危害:
1.2.1 砼中存在的氯离子会破坏钢筋表面钝化膜。使局部活化,形成阴极区,并使钢筋表面局部酸化,从而加速腐蚀。
1.2.2 水泥和氯化钙结合生成水化物,若硬化结晶形成,则会在固相中膨胀而形成微细裂缝,使钢筋遭受腐蚀。
1.2.3 增加砼的干缩量,氯盐本身尚有较大的吸湿性,会促进钢筋腐蚀。
1.2.4 钢筋腐蚀生成物中的氯化铁,水解性强,使氯离子能长期反复地起作用。
1.2.5 氯盐使水泥的水化作用不完全,同时会增加砼的导电性。
1.3 高强钢筋中压力腐蚀
高强钢筋中出现微裂缝,并不断发展,直到破坏其方向垂直于主拉应力。一般在表面只有轻微损害或根本看不见损害。这种腐蚀尤为危险,因为它没有任何预兆就发生突然破坏。
1.4 由于杂散电流导致钢筋腐蚀
工业用电中的直流电,当它渗漏到地下钢筋砼结构中时,电流流入处相当于阴极区,电流流出处相当于阳极区,会造成钢筋的腐蚀,此种腐蚀一般不会产生严重现象。
2 钢筋腐蚀对结构的危害
在钢筋砼结构中,钢筋受到周围砼的保护,一般不腐蚀。但当保护层破坏或保护层不足使,钢筋在一定条件下将产生腐蚀,建(构)筑物的安全受到影响。
2.1 锈蚀引起钢筋断面削弱
由锈蚀引起钢筋断面削弱,尤其是高强预应力钢筋,表面积大、截面小、应力高,一旦发生腐蚀,危险性更大,严重会导致构件破坏的危险。
2.2 钢筋腐蚀造成体积变大
钢筋腐蚀体积膨胀大约增长2.2倍,使砼保护层破裂甚至脱落,从而降低结构的受力性能和耐久性。
2.3 钢筋腐蚀性影响其性能
钢筋腐蚀降低了与砼之间粘结力,影响钢筋与砼共同工作性能。
例如,某钢筋砼轨枕厂投产5年后,由于梁的垂直拼缝内使用了掺有水泥用量5%的氯化钙的水泥砂浆,氯离子由拼缝渗入到灌浆不实的钢丝束孔道中,车间又潮湿,导致钢丝束经受严重腐蚀,21m跨的预应力组合屋面梁断裂。经检验,70%的钢丝强度降低40%以上,延伸率平均降低了30%。所有钢丝都脆性断裂,没有缩颈。
3 如何发现钢筋砼结构内钢筋腐蚀
钢筋腐蚀除了锈斑外,通常在钢筋处的砼表面沿钢筋方向出现发丝裂缝,这种裂缝表面,膨胀的铁锈已足以使砼劈裂。对于板下砼下鼓,实际上可能看不出来,但若用锤敲击可明显听出空洞声。
4 对钢筋腐蚀的一般预防措施
钢筋砼结构中钢筋腐蚀的主要原因是钢筋的钝化膜遭到破坏,以及二氧化碳、氧、水等腐蚀因子的侵入。因此,延缓钢筋锈蚀是针对钢筋锈蚀产生的原因而采取的。
a 施工中严格按照施工规范要求,保证砼的密实度。严格把好材料、水灰比、水泥用量、振捣和养护等关键工序。在有严重的侵蚀性介质处应适当增加保护层的厚度。
b 对于室内有侵蚀性气体、粉尘等介质,或相对湿度较大时,应从生产工艺和建筑结构着手,减轻外界的侵蚀条件。
如减少蒸汽、有害气体、粉尘在结构空间的逸散,加强通风等,对处于化学侵蚀性条件下的砼必须设置防护层等。
c 浇筑钢筋砼结构应严格按施工规范控制氯盐的使用量,对禁止使用氯盐的结构绝不使用。且可在砼中加入适量的缓凝剂,如亚硝酸钠等,可消除或延缓钢筋的锈蚀。
d 防止杂散电流的腐蚀。
e 防止高强钢丝的压力腐蚀和脆性断裂,可采用在钢筋表面涂刷有机层。如环氧树脂和镀锌的措施。
5 钢筋腐蚀的修补
进行现场检查,得到钢筋锈蚀的分布和锈蚀程度的记录,按其轻重程度分别给予处理。
5.1 钢筋腐蚀不严重时
当钢筋锈蚀不严重,砼表面会有细小裂缝或个别破损较小时,可采用在构件外表面涂抹砂浆或涂抹绝缘层,如沥青漆、过氯乙烯漆、环氧树脂涂料等进行防腐。
5.2 钢筋腐蚀严重时
当钢筋锈蚀严重,钢筋锈蚀插上的裂缝和保护层削落较多时,应对结构认真检查和修补。
若砼大面积完好的只要凿去与锈蚀钢筋衔接部位砼,凿去的深度至少超过钢筋20mm,使修补材料能很好地包裹着钢筋,保证原砼和新砼结合完好。如果砼有油污,应用丙酮清洗。腐蚀的钢筋应彻底清除铁锈。对于钢筋腐蚀严重,减少钢筋有效面积的,应采用焊接法进行钢筋补强。此时,砼清洗除范围考虑增焊补强钢筋的搭接长度,比锈蚀部分长一些。
在浇筑砼之前,用压力水冲洗旧砼表面,且使旧砼水分饱和,但不能有积水,浇筑砼的模板除满足强度、刚度外,还要充分考虑浇筑振捣的方便。一般使用插入式振动器或人工振捣,修补用的砼比旧砼高一级的细石砼,浇筑必须密实,并有良好的养护措施。