【科普】生活中的腐蝕和防腐——鋼筋銹蝕

  鋼筋混凝土結(jié)構會在各種有害介質(zhì)作用下發(fā)生變質(zhì)，由腐蝕所造成的經(jīng)濟損失是驚人的。腐蝕不僅吞噬著大量的結(jié)構材料，而且對人類的生命安全構成威協(xié)。因此，鋼筋混凝土的防腐蝕研究是目前科學研究的一項重要課題，下面主要介紹混凝土中鋼筋結(jié)構的腐蝕機理與防護措施。

  混凝土中鋼筋的腐蝕機理

  研究表明，砼結(jié)構水化產(chǎn)生的強堿性環(huán)境會使鋼筋表面生成一種致密的鈍化膜，鈍化膜對鋼筋具有保護作用。然而，侵蝕性介質(zhì)的入侵會改變鋼筋周圍的強堿性環(huán)境，造成孔隙液pH值降低，進而誘發(fā)鋼筋的電化學腐蝕。侵蝕性介質(zhì)引發(fā)的鋼筋銹蝕被稱為鋼筋砼結(jié)構的癌癥，潛伏期長，病發(fā)初期沒有任何征兆，等到發(fā)現(xiàn)裂縫、砼保護層崩落等病害特征時，鋼筋銹蝕已經(jīng)處于加速期或破壞期。

  當電介質(zhì)溶液的pH值小于4時，腐蝕表現(xiàn)為酸蝕；而pH值為4~10時，腐蝕即為銹蝕；當pH值大于10時，鋼筋表面開始生成一層溶解度很小的鈍化膜，這時腐蝕的速度很低；pH值接近12時，這層保護膜變得非常致密穩(wěn)定，使陽極反應難以進行，銹蝕停止。硅酸類水泥在凝結(jié)硬化時，大量生成的氫氧化鈣以及水泥中含有的硝、鉀、氧化物等能使砼中的溶液呈現(xiàn)強堿性，其pH值可達到12.5,處于砼中的鋼筋會發(fā)生鈍化。如果砼保護層不發(fā)生破壞，鋼筋是不會發(fā)生銹蝕的。

  鋼筋（鋼鐵）銹蝕需滿足3個條件

  1、鋼筋表面存在電位差；

  2、陽極區(qū)段的鋼筋表面處于活化狀態(tài)；

  3、存在氧氣和水。

  由于鋼筋鈍化膜的存在，阻隔了氧氣的進入。而鈍化膜一旦破壞，就存在了水和溶解氧，電化學腐蝕就發(fā)生了。電 化學反應生成氧化鐵，這樣下面的鐵成為陰極更加劇了電化反應的進行。另外，氧化鐵會進一步氧化生成一種疏松的、易剝落的沉積物–鐵銹，它表現(xiàn)為體積膨脹 （是原來體積的2-6倍），銹蝕產(chǎn)物的體積膨脹導致砼保護層開裂甚至剝落。

  鋼筋的防腐蝕措施

  1.抗銹型鋼筋

  現(xiàn)已研發(fā)出的阻銹型鋼筋有陰極型、陽極型、復合型等類型，系由無機物和有機物構成。加入混凝土中，能阻止、減緩鋼筋銹蝕外且對混凝土的基本性能無不利影響。

  2.特種鋼筋

  特種鋼筋有環(huán)氧涂層鋼筋、耐蝕鋼筋、不銹鋼筋、鍍鋅鋼筋等。其中環(huán)氧涂層鋼筋發(fā)展較快，美、日等國已批量用于工程。連續(xù)完整的環(huán)氧薄膜，能有效地隔離滲入混凝土內(nèi)的有害離子與鋼筋的接觸，從而能保護鋼筋不受腐蝕。然而，施工中需要小心綁扎（改用尼龍絲），并隨時補涂運輸、施工過程中劃傷、碰壞的膜層部分，否則會加速該部位的腐蝕。價格較貴也是其投入量產(chǎn)的限制因素。

  3.陰極保護

  根據(jù)陰極保護原理，采用施加外加電流或犧牲陽極的方法，使混凝土內(nèi)鋼筋電位處于-0.85 V左右（飽和CuSO4電極），鋼筋就不會發(fā)生腐蝕。對于新工程，陰極保護可用于海中、水域或地下潮濕的獨立構筑物。但須嚴格控制保護電位范圍，防止析氫引起“握裹力”降低和氫脆發(fā)生，對于預應力混凝土更應慎重。

  結(jié)語

  混凝土在長期的外在因素影響下，混凝土鋼筋易出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。鋼筋銹蝕在結(jié)構中既普遍又嚴重，對結(jié)構的損害非常大。建筑的安全直接關系到我們自己的人身安全。所以對鋼筋銹蝕的過程進行研究并找出更經(jīng)濟耐久更保險的防腐蝕方案是十分有必要的，目前看來這項工作仍需要我們更多地努力以達到“廣廈千萬間”的目標。

侵權刪