第6章 混凝土中钢筋锈胀损伤全过程
钢筋混凝土锈蚀破坏及防护措施
钢筋混凝土锈蚀破坏及防护措施【摘要】钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的首要因素,国内外对受腐蚀钢筋混凝土结构的性能已经做了一些研究。
本文简介了钢筋的腐蚀过程、结构性能研究、钢筋混凝土锈蚀破坏及防护措施、如何提高混凝土的耐久性等并对需要重点加强研究的方面提出了建议。
标签混凝土；腐蚀；钢筋；耐久性前言钢筋混凝土结构是目前应用较广的结构形式之一。
随着建筑物的老化和环境污染的加重，钢筋混凝土结构耐久性问题越来越引起国内外广大研究者的关注。
在第二届国际混凝土耐久性会议上，Mehta教授指出：“当今世界混凝土破坏原因，按递减顺序是：钢筋腐蚀、冻害、物理化学作用”。
他明确地将“钢筋腐蚀”排在影响混凝土耐久性因素的首位。
一、钢筋的腐蚀过程钢筋的腐蚀机理钢筋的腐蚀过程是一个电化学反应过程。
混凝土孔隙中的水分通常以饱和的氢氧化钙溶液形式存在，其中还含有一些氢氧化钠和氢氧化钾，pH值约为12.5。
在这样强碱性的环境中，钢筋表面形成钝化膜，它是厚度为20~60的水化氧化物（nFe2O3?mH2O），阻止钢筋进一步腐蚀。
因此施工质量良好、没有裂缝的钢筋混凝土结构，即使处在海洋环境中，钢筋基本上也不会发生腐蚀。
但是由于各种因素，钢筋表面的钝化膜受到破坏，成为活化态时，钢筋就容易腐蚀。
呈活化态的钢筋表面所进行的腐蚀反应的电化学机理是，当钢筋表面有水分存在时，就发生铁电离的阳极反应和溶解态氧还原的阴极反应，相互以等速度进行。
其反应式如下阳极反应Fe–2e Fe2+阴极反应O2+2H2O+4e 4OH-腐蚀过程的全反应是阳极反应和阴极反应的组合，在钢筋表面析出氢氧化亚铁，该化合物被溶解氧化后生成氢氧化铁Fe(OH)3，并进一步生成nFe2O3?mH2O（红锈），一部分氧化不完全的变成Fe3O4（黑锈），在钢筋表面形成锈层。
红锈体积可大到原来体积的四倍，黑锈体积可大到原来的二倍。
铁锈体积膨胀，对周围混凝土产生压力，将使混凝土沿钢筋方向开裂，进而使保护层成片脱落，而裂缝及保护层的剥落又进一步导致更剧烈的腐蚀。
钢筋混凝土结构锈胀问题分析及对策探讨
钢筋混凝土结构锈胀问题分析及对策探讨钢筋商品混凝土结构锈胀问题分析及对策探讨陈学民（济南铁路局工务处，山东济南250001）内容摘要：本文从钢筋锈蚀对钢筋商品混凝土结构性能的影响、钢筋锈蚀的成因、锈蚀程度的评定、锈蚀病害的防治等方面进行了探讨，为钢筋商品混凝土结构的设计、施工、维护管理提供参考。
关键词：钢筋锈蚀影响成因对策1.概述商品混凝土自问世就被称为人造石，人们认为它能像石材那样的坚固耐久。
但是，由于商品混凝土结构钢筋保护层太薄，商品混凝土的密实性太差，加上长期处于露天环境下使得钢筋锈蚀、商品混凝土开裂，造成结构的耐久性不足而提前失效。
美国有研究显示，由于钢筋锈蚀，造成过早的维修加固和停运损失费用约为结构初始造价的5倍。
虽然大多数商品混凝土结构的设计寿命在50年甚至100年以上，但是相当一部分商品混凝土结构在3～5年内即开始出现局部开裂、剥落、钢筋锈蚀等破坏现象。
钢筋锈蚀引起的结构过早破坏是商品混凝土结构最为突出的一大灾难，在影响钢筋商品混凝土结构性能的诸多因素中，钢筋腐蚀名列前茅0。
商品混凝土中的钢筋一旦具备了腐蚀条件，锈蚀便会发生和发展。
锈蚀造成钢筋断面受损，降低钢筋自身的力学性能，特别对处于高应力状态下的高强预应力钢筋，腐蚀敏感性更高，对工程结构的安全性、耐久性造成恶劣影响，可能发生突然断裂和造成严重事故。
因此，商品混凝土结构钢筋锈蚀问题是一个十分重要而迫切需要加以解决的问题，它既有服务于现役结构的现实意义，又有指导待建结构进行耐久性设计的重要作用。
2.锈胀成因分析2.1影响因素:商品混凝土密实度、保护层厚度、周围介质环境、商品混凝土的液相组成（pH值、氯离子含量）、等。
其中氯离子含量对钢筋锈蚀的影响最大。
因为氯盐是一种强电解质，既能与钢材直接发生化学腐蚀，又极易形成电化学腐蚀。
氯盐一方面来自商品混凝土原材料，如拌和水、海砂、防冰盐、盐雾及氯盐（或含氯盐）外加剂等；另一方面来自使用环境，我国有相当多地下含氯盐环境，除沿海地区外，还有盐碱地、盐湖地区及盐污染的工业环境等。
钢筋锈蚀引起混凝土结构锈裂综述
钢筋锈蚀引起混凝土结构锈裂综述一、本文概述本文旨在全面综述钢筋锈蚀引起混凝土结构锈裂的相关研究，分析和探讨锈蚀对混凝土结构的破坏机制、影响因素、预防措施及修复技术。
钢筋锈蚀是混凝土结构中常见的耐久性问题，它会导致钢筋截面减小、力学性能降低，进而引发混凝土结构的锈裂和破坏。
本文将从锈蚀机理、锈裂影响因素、锈蚀监测与评估、锈裂预防措施以及锈裂修复技术等方面进行深入探讨，以期为提高混凝土结构的耐久性和安全性提供理论支持和实践指导。
通过本文的综述，读者可以全面了解钢筋锈蚀引起混凝土结构锈裂的研究现状和发展趋势，掌握锈蚀对混凝土结构性能的影响规律，以及预防和修复锈裂的有效方法。
本文还将为工程技术人员在设计、施工和维护混凝土结构时提供有益的参考和借鉴，有助于提升我国混凝土结构的耐久性水平和延长其使用寿命。
二、钢筋锈蚀的机理与影响因素钢筋锈蚀是指钢筋在混凝土中发生的电化学腐蚀过程。
其机理主要包括阳极反应和阴极反应两个过程。
在阳极反应中，钢筋表面的铁失去电子变成铁离子，进入混凝土孔隙溶液；而在阴极反应中，水和氧气在钢筋表面得到电子生成氢氧根离子。
这两个反应不断进行，导致钢筋逐渐锈蚀，体积增大，产生锈胀力，最终可能导致混凝土结构的开裂和破坏。
影响钢筋锈蚀的因素众多，主要可分为内在因素和外在因素两大类。
内在因素主要包括钢筋的材质、混凝土的保护层厚度和质量、钢筋与混凝土的粘结力等。
例如，钢筋的材质如果含有较多的杂质，会加速锈蚀过程；混凝土保护层过薄或存在缺陷，会降低对钢筋的保护作用；钢筋与混凝土的粘结力不足，也会影响到钢筋锈蚀的发展。
外在因素则主要包括环境湿度、温度、氧气浓度、氯离子含量等。
环境湿度和温度是影响钢筋锈蚀速率的重要因素，高湿度和高温环境会加速锈蚀过程；氧气是钢筋锈蚀的必要条件，因此氧气浓度也会影响锈蚀速率；氯离子是钢筋锈蚀的重要促进剂，其含量过高会显著加速钢筋的锈蚀。
钢筋锈蚀的机理是一个复杂的电化学过程，而影响因素则包括钢筋和混凝土的内在因素以及环境的外在因素。
钢筋混凝土构件的锈蚀破坏成因及补强方法应用
钢筋混凝土构件的锈蚀破坏成因及补强方法应用摘要：钢筋锈蚀会影响钢筋与混凝土的粘结性能，而且将导致混凝土保护层受拉而开裂破坏，而钢筋混凝土构件一旦受锈蚀胀裂以后，钢筋锈蚀速度明显加快，使钢筋混凝土构件的承载力、耐久性下降，导致构件破坏等严重后果。
关键词：钢筋混凝土锈蚀破坏补强方法所谓混凝土构件的钢筋锈蚀破坏：是指由于埋在混凝土中的钢筋发生锈蚀以后，其产生铁锈的体积是相应钢筋体积的2～4倍，因而会向四周膨胀，而钢筋四周的混凝土则限制它的膨胀，产生了交界面上的压力，钢筋锈蚀会影响钢筋与混凝土的粘结性能，而且将导致混凝土保护层受拉而开裂破坏，而钢筋混凝土构件一旦受锈蚀胀裂以后，钢筋锈蚀速度明显加快，使钢筋混凝土构件的承载力、耐久性下降，导致构件破坏等严重后果。
钢筋的锈蚀如不及时采取措施，轻微的会导致建筑物不能正常使用，严重的会导致建筑物倒塌；如海港码头、化工厂房、化工仓库及处于重盐环境的建筑物等钢筋混凝土结构的锈蚀破坏。
1 钢筋混凝土结构锈蚀成因及分析由于影响混凝土耐久性的因素存在多种原因，直接或间接导致钢筋锈蚀的成因复杂化、多样化。
总结各类工程钢筋混凝土钢筋锈蚀破坏的情况可得出以下几种成因： 1.1钢筋混凝土构件保护层厚度由于施工原因局部未达到设计要求，即保护层厚度不足； 1.2 由于临海建筑物因结构设计失误、施工缺陷、建筑物温差过大等导致混凝土构件出现裂缝，加之海边盐环境的侵袭，C1-破坏钢筋钝化膜致使钢筋锈蚀出现破坏； 1.3 由于建筑物处高温度重污染环境中，空气中的CO2 等有害物质气体导致混凝土碳化速率加快，致使在设计年限内钢筋钝化膜破坏、出现锈蚀破坏； 1.4 由于混凝土构件直接接触腐蚀性气体或直接接触海水等含有大量C1-等活性离子，致使混凝土碱性下降间接或直接破坏钢筋钝化膜出现锈蚀破坏； 1.5 建筑物使用的混凝土由于使用氯化物等外加剂导致C1-超标；或由于使用骨料含碱超标导致混凝土碱反应出现裂缝，酸性气体进入破坏钢筋钝化膜出现锈蚀破坏；2 钢筋混凝土构件锈蚀的阶段及对结构的影响的分析混凝土锈蚀主要分为以下阶段： 2.1 混凝土表面碳化至钢筋开始腐蚀阶段； 2.2 钢筋开始氧化发展到混凝土锈蚀表面开裂； 2.3 混凝土开始产生裂缝发展到严重锈蚀开裂、以致混凝土保护层脱落破坏阶段； 2.4 钢筋锈蚀从表面扩大到结构区域的破坏；钢筋锈蚀后，其结构截面逐渐损失，损失率与混凝土构件破坏状态的关系见表4：表4 不同混凝土保护层厚度的钢筋锈蚀力总的说来，由于钢筋与混凝土交界面上钢筋锈蚀的存在，导致混凝土产生顺筋裂缝，甚至使混凝土保护层剥落，使构件截面有效面积减小，更重要的是使钢筋与混凝土间粘结性能降低；同时，由于钢筋锈蚀使其截面面积减少，强度降低，力学性能退化，使结构构件受到不同程度的损伤。
钢筋混凝土结构锈蚀损伤的解析解
0.196πDI corr t
α rust
(2)
式中：Icorr为铁锈电流密度，通常用来表示锈蚀率。 这里需要指出的是，氯离子侵蚀只有在特殊的沿海环境或混凝土中掺有过量氯盐的条件下才能发生。 在一般的大气环境条件下，空气中的二氧化碳渗透到混凝土充满空气的空隙和毛细管中，与水泥水化过程 中所生成的氢氧化钙、硫酸二钙和硫酸三钙等水化产物相互作用形成碳酸钙，使得混凝土碱度不断降低。 碳化一旦达到钢筋表面，钢筋表面的钝化膜被破坏，可能造成钢筋的锈蚀，但二氧化碳本身并不与钢筋发 [1] 生直接的电化学作用 。尽管氯离子侵蚀和碳化引发钢筋锈蚀的条件和机理有所差别，但一旦钢筋表面的 钝化膜被破坏后，钢筋锈蚀过程具有一定的类似性，因此，式(1)形式上也适用于碳化所引发的钢筋腐蚀 问题，只是其中某些参数的物理含义及混凝土材料特性对这两类钢筋锈蚀的影响不同。
求解式(6)可得
(6)
u (r ) = c1r
式中： c1 和 c2 为待定系数。
k
+ c2 r −
k
(7)
在式(5)和式(7)中，令k=1就退化为各向同性弹性体的解。这里值得注意的是，不仅混凝土保护层开 裂后k是时间t的函数，而且下面将会看到u(r)始终是铁锈厚度ds(t)的函数。所以，式(6)与时间相关。
水
2004 年 12 月
利
学
报
第 12 期
SHUILI
XUEBAO
的氯离子含量达到某一临界值时，钢筋表面的钝化膜被破坏，这不仅造成钢筋锈蚀的可能性，而且氯离于 [1] 本身也与钢筋发生电化学作用，引发钢筋表面产生点状腐蚀 。随着点状腐蚀的进一步发展，钢筋周围形 成一厚度基本均匀的铁锈层，对周围的混凝土施加均匀的膨胀压力。因此，为了简化分析，通常假设钢筋 [7] 周围铁锈层厚度相等 。钢筋的整个锈蚀过程分为自由膨胀和混凝土保护层受力二个阶段。自由膨胀阶段 所产生的铁锈主要用于填充钢筋与混凝土保护层之间厚度为d0的多孔区，此时的保护层不受力，铁锈填充 [7] 多孔区所需的时间很容易确定 。一旦铁锈体积大于多孔区体积，混凝土保护层开始受力。本文主要分析 第二阶段，因此将保护层开始受力时刻作为起始点。 根据铁锈重量的增加率与已生成铁锈重量成反比原理，Liu和Weyers 导出铁锈厚度ds(t)与时间t的关 系
混凝土中的钢筋锈蚀与防护(梁李概)本科论
分类号：密级：U D C：学号：东南大学毕业设计（论文）报告题目混凝土中的钢筋锈蚀与防护________________院（系）_土木工程 _专业学号________________________________学生姓名_________梁李概_________________指导教师________________________________起讫日期___2015年1月-2015年6月 _____设计地点_____东南大学（扬州站点）_ ____混凝土中的钢筋锈蚀与防护摘要随着钢筋混凝土结构广泛应用，许多混凝土构件由于耐久性的不足而过早的失效。
近年来的工程调查表明，在役钢筋混凝土桥梁因耐久性问题引起破坏的情况越来越多，其中钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性损伤的重要原因，其造成的负面影响和经济损失是难以估量的。
因此，开展对混凝土结构钢筋锈蚀的研究，特别是对钢筋锈蚀进行评估的研究显得尤为重要。
本文介绍了混凝土碳化和氯离子侵蚀的机理和其影响因素及各因素对混凝土损坏过程的影响；概述了混凝土结构中钢筋锈蚀的机理和其他影响因素；总结了混凝土结构中钢筋锈蚀的防护方法及原理，并指出了这些方法在实际应用中的缺陷与不足。
关键词：混凝土；钢筋锈蚀；防护CORROSION AND PROTECTION OF CONCRETEABSTRACTWith the application of reinforced concrete structures widely，the effectiveness on many concrete structures is lost early due to the deficiency of the structural durability mostly．As the recent engineering survey，the situation of destruction，caused by the durability which is resulted in reinforcement corrosion，is raised in service bridges. It is difficult to estimate that economic losses and the negative impaction caused by durability destruction ． Therefore ，it is a matter of great importance to carry out the study of the corrosion of reinforced concrete structures，especially for the evaluation of reinforcement corrosion．The mechanism and the influenced factors of the concrete carbonation and the chloride are introduced and the influence of all kinds of reasons in the process of concrete corrosion are described；the reinforcement corrosion mechanism and the other factors in reinforced concrete structures are presented ； summarized the protection methods and principles of the reinforcement corrosion in concrete structures and indicated the defections and the insufficient of these methods in practical applications．Keywords：Concrete; corrosion; protection目录第一章绪论 (1)第二章混凝土中的钢筋锈蚀 (2)2.1混凝土中钢筋锈蚀的机理 (2)2.2钢筋腐蚀过程 (2)2.3钢筋锈蚀的影响因素 (3)2.3.1 混凝土碳化对钢筋锈蚀的影响 (3)2.3.2 氯离子的侵蚀对钢筋锈蚀的影响 (5)2.4 钢筋锈蚀的其他影响因素 (6)2.4.1 混凝土方面 (6)2.4.2 其他方面 (7)第三章钢筋锈蚀的防护 (8)3.1 阻锈剂的应用 (8)3.1.1 化学阻锈剂 (8)3.1.2 阻锈剂在混凝土中的应用 (9)3.2电化学保护方法 (10)3.2.1电化学的几个方法 (10)3.2.2电化学方法的优缺点 (11)3. 3 环氧涂层钢筋的应用 (12)第四章结论 (14)致谢 (15)参考文献 (16)第一章绪论之前一直认为，钢筋混凝土结构很好地结合了钢筋与混凝土材料的优点，可模性好、可塑性强、整体性好、耐久性好、后期维护费用较低以及易于就地取材等诸多优点使得当今世界上的桥梁建造大多选择采用钢筋混凝土结构。
钢筋混凝土结构锈蚀损伤的解析
钢筋混凝土结构锈蚀损伤的解析作者：时冬冬来源：《科技创新导报》 2014年第18期时冬冬(中油辽河工程有限公司辽宁盘锦 124010)摘要:混凝土材料是土木工程中不可缺少的材料，钢筋混凝土结构是最主要的结构形式，被广泛应用在土木工程中。
钢筋的锈蚀会导致混凝土结构耐久性降低，影响混凝土结构的使用寿命。
钢筋混凝土锈蚀破坏形态主要是混凝土顺筋胀裂破坏。
混凝土开裂过程总共分为四个阶段：裂缝产生阶段、自由膨胀阶段、裂缝扩展阶段、膨胀应力产生阶段。
混凝土一般会发生两种形态的胀裂破坏：第一种是“层裂”，层裂是指开始隐藏于构件内部，是沿着沿着钢筋层面方向的胀裂。
第二种是显示于表面的顺筋胀裂。
该文主要站在改善和提高钢筋混凝土耐久性的角度，分析了预防和解决混凝土结构锈蚀损伤的几点建议。
关键词:钢筋混凝土锈蚀损伤分析中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)06(c)-0087-01钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素，钢筋腐蚀是世界土木工程界研究的重点和难点问题之一。
我国正处在经济快速发展的时期，随着高速铁路工程、城市轨道交通工程、跨江海隧道、跨江海大桥等大型工程的建设速度和建设规模不断增大。
钢筋混凝土是建筑这些大型工程的最主要的材料，一定要严格把关质量。
钢筋混凝土的持久耐用决定着建筑工程寿命的长短，也对社会的发展和工程的经济利益发挥着很重要的作用。
1 检测钢筋混凝土结构锈蚀损伤1.1 检测混凝土的强度混凝土中的钢筋发生锈蚀，就会产生钢筋胀力，混领土的抗拉强度低于钢筋胀力引起的拉应力就会产生裂缝。
钢筋混凝土结构锈蚀损伤检测中，混凝土强度是非常重要的参数[1]。
检测混凝土强度的方法包括：回弹超声综合法、超声脉冲法、回弹法、钻芯法和拔出法。
1.2 检测裂缝的宽度钢筋锈蚀的膨胀会造成混凝土开裂，钢筋锈蚀程度和裂缝宽度有着极为密切的关系，钢筋锈蚀裂缝的裂缝位置总是沿着钢筋的位置伸展。
【实用】钢筋混凝土钢筋锈蚀PPT文档
PH 值
碳化
影
应力
响
钢筋混凝土的组分
因
素
氧气的扩散
环境温度
1 氯化物
钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的 , 氯化物的浸入 ,Cl-的局部酸化作用使钢筋 表面 PH 值下降 ,从而钝化膜遭到破坏。
2 PH 值
研究认为当钢筋处在 PH 值低于 11.5 以下的混凝土中时 ,才会锈蚀。
3 碳化
碳化使混凝土的碱性降低 ,破坏钢筋的钝 化保护膜 ,当有水和氧存在时 ,钢筋锈蚀。
5 钢筋混凝和土的初组分步研究 , 认为是钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的无破损 模糊诊断系统的可行方法之一。
2 视觉和声学方法
主要通过视觉观察钢筋表面是否有大量锈斑或 通过调敲击或用超声波测试混凝土中的顺筋裂缝 ,来判断钢筋是否锈蚀。 3 物理检测方法
主要是通过测定与钢筋锈蚀一起的电阻、 电磁、 热 传导、 声声传播等物理特性的变化来反映钢筋的锈蚀 状况。
[3]孟凡斌 1 混凝土中钢筋的锈蚀和预防[J]1安徽建筑工业 学院学报 ,2002 ,10(2) :74～771
[4] 贡金鑫 ,赵国藩 ,赵尚传 1 大气环境下锈蚀对钢筋混凝土 结构可靠度的影响[J]1 大连理工大学学报，2000， 40(2) :210～2131
1 分析法 [5] 淡丹辉 ,何广汉 1 钢筋混凝土构件均匀锈蚀与应力的耦合效应分析[J]1 西南交通大学学报 ,2001 ,36(2) :181～1841
钢筋锈蚀应从设计、 施工、 选材等方面综合防治。 钢筋锈蚀应从设计、 施工、 选材等方面综合防治。
分析法的应用有赖于建立合理可靠的钢筋锈蚀预测模型。 碳化使混凝土的碱性降低 ,破坏钢筋的钝化保护膜 ,当有水和氧存在时 ,钢筋锈蚀。
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Fe2++2OH-→Fe(OH)2 （白锈，3.8） 4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3 （褐锈,4.2；吸水变黄锈,6.4） 2Fe(OH)3→Fe2O3+3H2O （红锈,3.2） 6Fe(OH)2+O2→2Fe3O4+6H2O （黑锈，2.1）
钢筋脱钝锈蚀阶段
Vp<Vair 自由膨胀阶段
Vair <Vp<Vcr 膨胀应力产生阶段
Vp>Vcr 保护层开裂及裂缝发展阶段
20
10
5.2 胀裂时的钢筋锈蚀量（率）
锈损钢筋体积 胀裂力作用下 混凝土变形量 胀裂力作用下
钢筋周边孔隙体积 等代径向变形 孔隙区等效厚度
21
22
11
5.3 胀裂时钢筋锈蚀量的确定
12
6
临界氯离子浓度
13
3.2 混凝土中钢筋锈蚀电化学机理
大气环境
O2
大气环境
混凝土
钢筋 混凝土
Fe2+ OH-
H2O
阳极
e- 阴极
混凝土
钢筋 混凝土
Re
Ra
Rc
Ue Rst
钢筋锈蚀电化学原理示意
钢筋锈蚀的模拟电路
（1）阳极反应过程：Fe→Fe2++2e-
（2）电子传输过程：阳极区释放的电子通过钢筋向阴极区传送
Eef
+ 2d 3 s2 Eef
δp
=
⎡ ⎢1 ⎣
+
μ
+
d
4c(c
2
+
d
⎤
)⎥⎦
⋅
d Eef
+ 2d 3 s2 Eef
Δd = δ p ⋅ qr
qr
下限δ
l p
25
（1）胀裂时截面锈蚀率：
ηs,cr
=
d2
− (d − 2Δds )2 d2
=
4 Δds d
− 4⎜⎛ ⎝
Δds d
⎟⎞2 ⎠
[ ] [ ] 胀 （2）胀裂时直径锈损率：
2
3
4
5
D
x/r
rc
开裂面
A A’
O
B
θ 破坏角θ
A’
σ θ/ qr
12
σ θ 分布曲线
锈胀开裂破坏角θ（o）
y
70 60 50 40 30 20 10 0
0
1
2
3
4
5
相对保护层厚度c/r
28
14
29
5.5 胀裂宽度与钢筋锈蚀率关系
原钢筋轮廓 dcr
c w0=0.05mm
Δdw
dw
dcr
原钢筋Δ轮dw廓
41
谢谢!
42
21
14
7
15
四、钢筋锈蚀的影响因素
（1）PH值 PH>10，PH值增大，腐蚀速度降低 PH<9~10，钢筋完全脱钝，锈蚀速度不再受pH值影响 PH<4，析氢腐蚀，PH值降低，腐蚀速度上升
平均腐蚀速率
0.009
0.008
22℃
0.007
40℃
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
整体脱落： Δdcr3 = ft ⋅ (s / d −1)⋅δ p
钢筋锈损情况
锈蚀产物膨胀情况
26
13
Bazant模型存在的问题：
（1）未考虑锈蚀产物向周边孔隙内的扩散 [Youping Liu理论模型]
（2）未考虑体积膨胀力作用下锈蚀产物的变形 [金伟良理论模型]
（3）开裂面位置和开裂面应力分布与实际不符 [有限元模型]
梁 内 钢 筋 锈 蚀
柱 内 钢 筋 锈 蚀
柱 钢 筋 锈 蚀
梁 钢 筋 锈 蚀
板 钢 筋 锈 蚀
工程实例—47
预
制
板
钢
筋
锈
蚀苏
州
梁 内 钢
阳 明
筋山
锈大
蚀酒
店
墙 内 钢 筋 锈 蚀
工程实例—58
4
石塘中学梁锈蚀之一
石塘中学梁锈蚀之二
高安大楼梁锈蚀之一
高安大楼梁锈蚀之二
工程实例—69
工程现象总结:
裂
α ρ πd 2 − π (d − 2Δds )2 = π (d + 2Δdcr )2 − (d − 2Δds )2
时 钢
Δds = f ⎜⎛ Δdcr ⎟⎞ d ⎝d⎠
筋 （3）胀裂时孔边径向变形：
锈
蚀
一 般 边： Δdcr1 = 2 ft ⋅ (c / d ) ⋅δ p
率
角
区：Δdcr2 = ft ⋅ ( 2c / d + 2 −1) ⋅δ p
¾ 问题的解释
31
部分碳化区的存在
PH值对钝化膜的影响
32
16
¾ 模型的建立
33
¾ 参数分析
34
17
35
36
18
¾ 应力状态的影响
1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
压应力水平 f/fc
1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9
1.09
1.030
Y2-0
0
0.0600
1
1
Y2-1
0.39
0.06
0.0651
1.09
1.085
Y2-2
0.67
0.0676
1.13
1.127
Y3-0
0
0.1246
1.04
1
Y3-1
0.39
0.12
0.1254
1.05
1.006
Y3-2
0.67
0.1260
1.05
1.011
20
5.3 胀裂后钢筋锈蚀率的预测
（1）梁柱构件中角部较一般部位容易发生锈胀开裂 （2）梁柱构件中箍筋先于纵筋锈胀开裂，且箍筋容易发生
保护层脱落现象 （3）楼板钢筋锈蚀会发生保护层整体脱落现象 （4）梁中钢筋锈蚀沿梁跨不均匀分布 （5）不同环境下（碳化、氯盐）的钢筋锈蚀形态不同 （6）锈后钢筋截面往往不再是圆形
上述现象是否具有普遍性？ 如何解释上述现象的发生？
0
20 40 60 80 100 温度 (℃)
17
（3）混凝土电阻抗 （4）孔隙水饱和度和相对湿度 （5）水灰比 （6）水泥品种和掺和料 （7）保护层厚度、质量、完好性
18
9
19
五、钢筋锈蚀引起的胀裂损伤
5.1 钢筋锈胀损伤过程及其破坏形态
CL- CO2 O2 H2O
锈蚀产物
混凝土 钢筋
孔隙过渡区
（4）仅适用于光圆钢筋，不适用于变形钢筋 [试验模型]
（5）仅适用于均匀锈蚀，不适用于不均匀锈蚀 [温度膨胀环有限元模型]
（6）均布力作用下径向变形计算为近似值 [有限元模型]
（7）锈蚀产物体积膨胀系数的确定 [钢筋锈蚀机理研究]
27
σ X/ qr 3 2
σ X 分布曲线
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 1
试验统计法 模拟试验法 力学分析法
人工加速锈蚀试验
长期暴露试验 均匀锈蚀模拟
坑蚀模拟 弹性分析方法
有限元方法
施加荷载 施加位移 温度膨胀环
23
5.4 Bazant数值模型
qr
ft
qr
qr
qr
ft
ft
ft
ft
ft d/2
d/2
d/2
C
C
ft
d/2 S d/2 C
45o
45o
一般边位置
角区
整体脱落
胀
裂 时
¾ 问题的提出：传统钢筋锈蚀理论与工程实践的矛盾 传统钢筋锈蚀理论：钢筋开始锈蚀的时间为保护层 完全碳化所需的时间。 试验研究和工程调查：在用酚酞试剂测定的碳化深度 发展到距离钢筋表面某个长度时，钢筋就已 开始锈蚀，且随碳化深度加深，钢筋锈蚀速 度加快，直到碳化深度发展到超过钢筋位置 某个长度时，锈蚀速度才基本稳定下来。
裸 露 钢 筋
钢
筋
锈 蚀
混
凝
土
中
钢
筋
停建工程 钢筋堆场 外露钢筋构件
混凝土中性化 内 掺
氯盐侵蚀
外 渗 杂散电流
酸性气体 酸性液体 酸性固体 微生物腐蚀
海水 海砂 减水剂 粉煤灰
海洋环境 化冰盐 盐湖盐碱地 工业环境
3
二、钢筋锈蚀的工程实例分析
柳营路某停建工程-1
柳营路某停建工程-2
停建的嘉裕大厦-1
c
w
1 2
⎝⎛⎜⎜
dcr / dcr / 2
2 +
c
+1⎠⎞⎟⎟c(w −
0.05)
=
(α ρ
−1)π
⋅ dcr
⋅ Δdw
ηs
= ηcr
+
π
2 (α ρ −1)d 2
2
1−ηcr d + 2c c(w − 0.05) 1−ηcr d + c
30
15
六、砼中钢筋锈蚀率的预测
6.1 钢筋开始锈蚀时间的预测
0
14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 pH值
16
8
（2）温度 温度不同，强碱环境下的拐点不同 温度低于10度时，腐蚀速度较慢 在10~60度之间时，腐蚀速度随温度上升而加大 温度超过60度时，温度增大，速度下降