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钢筋为什么会腐蚀?           ★★★ 【字体:
钢筋为什么会腐蚀?
钢筋为什么会腐蚀?
作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2021/2/4    

钢筋为什么会腐蚀?

 

 

由于埋入式钢的腐蚀,钢筋混凝土结构的过早劣化已成为世界范围内的严重问题。在美国,仅桥梁每年的腐蚀成本估计就超过80亿美元 [1] [2]。主要受影响的结构是那些位于侵蚀性环境中的结构,例如海洋和公路桥梁,在冬季会对其施加除冰盐。
可见的恶化阶段
 
恶化的主要机制[3] [4] [5] [6] [7]
二氧化碳(碳化)在混凝土中的扩散
碳酸化通过与Ca(OH)2反应形成CaCO3,降低了混凝土的pH值。CO2通过毛细孔扩散到混凝土中。因此,除温​​度外,它还强烈取决于混凝土的孔隙率和相对湿度。pH值达到约9时;碳钢钢筋不再处于被动状态,并且会发生腐蚀。

除非混凝土质量不足和/或工艺不佳(包括混凝土覆盖不足),否则仅碳酸化就不会引起50岁以下使用寿命的关注。对于更长久的结构,必须考虑碳化。
 
氯化物向混凝土中的扩散
混凝土劣化的主要原因。根据ref12的以下步骤(和图),当氯化物扩散到混凝土中时,有些会以“结合”形式被捕获,而其余的“游离”氯化物会进一步扩散,并在到达碳素钢钢筋时引起腐蚀。

腐蚀性离子(通常为氯离子)扩散到混凝土中
到达碳素钢钢筋(t0)后,腐蚀开始
腐蚀产物的体积比钢铁大,会产生向外的压力
发生混凝土开裂(t1),容易接触到氯化物
混凝土保护层裂缝(剥落)(t3),露出钢筋
如果无人参与的腐蚀继续进行,直到钢筋无法承受施加的拉应力并且结构崩溃(t5)
 
临界氯化物阈值水平(CCTL)[8]:这是氯化物含量,高于此含量钢筋开始腐蚀。关于如何测量它和它的值存在一些分歧,但是在没有碳化的情况下,C型钢通常接受每水泥重量0.4%的值。
碳化与氯化物之间的相互作用[9]
碳化会释放一些“结合的”氯化物,从而使它们可用于腐蚀C型钢钢筋,从而加剧氯化物腐蚀。

碳酸化也会降低PH,因此也会降低CCTL值。
 

混凝土中的电流耦合[10]
如果仅将SS钢筋与氯化物接触,则部分用碳钢(CS)和部分用不锈钢(SS)加固的混凝土在氯化物环境中不会受到钢筋腐蚀。在实际情况下,例如维修时,或CS钢筋太靠近表面时,CS钢筋可能会发生腐蚀。将涉及三种CS腐蚀机理(5)

非电偶腐蚀,约占总腐蚀率的97%
腐蚀CS与被动CS的电偶耦合,这是一种相对直观的腐蚀形式,约占腐蚀速率的2%
最后,腐蚀的CS与被动SS的电流耦合大约占腐蚀速率的1%。由于氧化铬钝化层的导电性较差,SS比钝化CS的阴极性能差
所有研究均支持以下结论:SS和CS之间的电偶腐蚀可忽略不计。

混凝土裂缝有助于腐蚀[11]
造成裂纹形成的原因很多(请参见下表)。

虽然细线裂纹几乎是不可避免的,并且不会降低结构强度,但可以接受,但较大的裂纹会为钢筋的腐蚀性离子提供较宽的开口,从而绕开了较长的启动时间。

当然,可以选择密封裂缝,但不适用于凹槽或隐藏区域……这已经是一项维修工作,因为裂缝可能会在数年后形成。密封剂可以延缓腐蚀的发生,但不会持久。

开裂类型

裂纹形式

主要原因

出现时间

塑料沉降

上方并与钢筋对齐

螺纹钢周围的日照;混合水过多

10分钟到3小时

塑性收缩

对角线或随机

早期蒸发过多

30分钟至6小时

热胀冷缩

横向(例如:在人行道上)

过多的热量产生或温度梯度

一天到两三个星期

干燥收缩

横向或图案

混合料中水过多;关节放置不良;关节间距过大

数周至数月

冻结和解冻

平行于混凝土表面

空气夹带不足;非耐久粗骨料

一个或多个冬天后

钢筋腐蚀

以上加固

混凝土覆盖不足;水分或氯化物进入

两年以上

碱骨料反应

花纹裂纹;裂纹平行缝或边缘

活性骨料加水分

通常情况下,超过五年,但使用高反应性骨料可能要早得多

硫酸盐侵蚀

图案裂纹

外部或内部硫酸盐促进钙矾石的形成

一到五年

预测模型
预测模型旨在评估氯化物和/或二氧化碳向混凝土中的扩散。基本上,他们预测钢筋表面上氯化物达到临界值(临界氯化物阈值水平,CCTL)所需的时间。通常公认的CCTL值是混凝土中水泥含量的0.4%。

仅当对物理机制进行了建模并且输入数据正确时,此类模型才能提供有意义的结果。考虑到i)不同类型混凝土之间的扩散系数差异很大(最多25倍)ii)暴露程度iii)温度变化以及iv)裂纹的作用,后者可能是一个挑战。

此外,可能会出现做工差并导致未知因素的情况。

结果,为了简化选择,已经在建筑法规中实施了简单的规则。

对于碳钢,欧洲建筑规范(Eurocodes)考虑到:

结构的设计使用寿命(建筑物通常为50年,桥梁通常为100年)
它所在的环境
然后从这两个参数中指定钢筋的最小混凝土覆盖率。[12] [13] [14]
如果使用耐腐蚀的不锈钢钢筋,则无需额外的混凝土覆盖物*,并且可以节省大量的混凝土和重量。


 

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