水下钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的原因及评测
摘要： 水下混凝土中钢筋锈蚀的现状；水下钢筋混凝土钢筋锈蚀的原因；评定与检测水下混凝土构件中钢筋的锈蚀的状态，对钢筋混凝土构件可做出使用寿命的推测和预见。
随着时间的不断推延，许多水下混凝土构件中的钢筋逐渐被渗水而发生锈蚀，从而导致其构件的耐久性降低，结构安全性也降低[1].因此，引起的工程损坏事例不断发生，由此带来的工程损失及处理费用也迅速增加，这也引起了建筑工程界和路桥部门的高度重视。其中，水下混凝土结构中钢筋的锈蚀较为普遍，特别是沿海地区的闸、涵、桥、防护堤及盐湖地区的水下混凝土较为严重，据资料显示，施工质量较差的混凝土构件，因为钢筋的锈蚀，正常使用几年后，就会产生顺筋胀裂，从而导致结构破坏，以致钢筋混凝土的失效。
一、水下混凝土结构中钢筋锈蚀的原因
混凝土在水化作用时，水泥中氯化钙生成氢氧化钙，使混凝土中含有大量的氢氧根离子，使PH 值一般可达到12.5-13.5，钢筋在这样的高碱环境中，表面容易生成一层钝化膜[2]，研究结果表明，这种钝化膜能阻止钢筋的锈蚀，只有这层钝化膜遭到破坏，钢筋开始锈蚀。
1.1 、混凝土碳化引起钢筋锈蚀
因为混凝土硬化后，表面混凝土遇到空气中二氧化碳的作用，使氢氯化钙慢慢经过化学反应变成碳酸钙，使之碱性降低，碳化到钢筋表面时，使钝化膜遭到破坏，钢筋就开始腐蚀，众所周知，大气是二氧化碳的主要来源，大气中通常含0.2%-0.3%的二氧化碳，而且只要有大气存在的地方，就必然存在二氧化碳，而水下混凝土结构也有不少部分存在于二氧化碳环境中，对于普通的硅酸盐而言，水化产生的氢氧化钙可达到整个水化产物的10%-15%，它作为水泥水化产物之一，一方面，它是混凝土高碱度的提供源和保证者，对保护钢筋起着十分重要的作用；另一方面，它又是混凝土中最不稳定的成分之一，很容易与环境中的酸性介质发生中和反应，使混凝土碳化，并逐步延伸钢筋，使钢筋开始锈蚀[3]。
1.2、氯离子引起的钢筋锈蚀
水下混凝土中，氯离子进行混凝土通常有两种途径：其一是“掺入如含有氯盐的外加剂，使用海砂，施工用水含氯盐，在含盐环境中搅拌，浇筑混凝土时，其二是”渗入“环境中的氯盐通常通过混凝土的宏观、微观缺陷，渗入到混凝土中并达到钢筋表面，直接或间接破坏混凝土的包裹作用及钢筋钝化的高碱度两种屏障, 使之发生锈蚀继而锈蚀产物体积膨胀, 使混凝土保护层开裂与脱落[4];在海洋环境中的水下混凝土结构大都是这种情况。氯离子引起钢筋锈蚀可以从以下几个方面分析：
1.2.1 破坏钝化膜
混凝土属于碱性材料，其孔隙溶液的PH 值为12-14[2]，因而对钢筋具有较好的保护作用，有利于钢筋表面形成保护钢筋的钝化膜，但这种钝化膜只有在高碱环境中才是稳定的。如果周围环境PH 值降到11.8时，钝化膜就开始变得不稳定，当PH 值继续降到9.88时，钝化膜就开始变得难以生存或逐渐破坏，使得进入混凝土中的氯离子吸附于钝化膜处，并使钝化膜的PH 值迅速降低，逐步酸化，从而使得钝化膜被破坏。
1.2.2形成腐蚀电流
无论混凝土碳化还是氯离子侵蚀，都可以引起钢筋部分锈蚀，在钝化膜破坏处有腐蚀电流产生，在钝化膜破坏还与未破坏区这间存在电位差，有宏电流产生，但微电流要比宏电流大得多。又因为氯离子的存在大大降低了混凝土的电阻率，并且氯离子和铁离子的结合可以形成易容于水的氯化铁，从而加速了腐蚀产物向外的扩散过程，并由于宏观腐蚀电流在钝化膜破坏区边边缘最大，使得靠近钝化区的边缘的局部钝化膜破坏较快，这种现象称为局部锈蚀钢筋的“边缘效应”。
1.2.3氯离子导电作用
正是由于混凝土结构中氯离子的存在，大大降低了阴、阳极之间的欧姆电阻，强化了离子通路，提高了腐蚀电流的效率，从而加速了钢筋的电化学腐蚀过程，氯离子对混凝土中钢筋锈蚀更严重更快速[5].而氯化物是钢筋的一种活化剂，它能置换钝化膜的氧而使钢筋发生溃烂性腐蚀，而氯盐是高吸湿性的盐，它能吸收空气中的水分变成液体，从而使氯离子从扩散作用变成渗透作用，达到氯离子，透过保护区去腐蚀钢筋的目的。
1.2.4氯离子的阳极去极比作用
氯离子不仅促成了钢筋表面的腐蚀电流，而且加速了电流的作用过程，阳极反应过程Fe →2e →Fe 2+, 如果生成的Fe 2+不能及时搬运而积累于阴极表面，则阴极反应就会因此而受阻，相反，如果生成的Fe 2+能及时被搬走，那么。阳极反应过程就会顺利乃至加还进行，Cl 与Fe 相遇就会生成FeCl 2，Cl 能使Fe 消失而加速
阳极过程，通常把阳极过程受阻称做阳极极化作用，而加速阳极过程者，称作阳极去极化作用，氯离子正是发挥了阳极去极化作用的功能。
应该说明的是，在氯离子存在的混凝土中，钢筋通常的锈蚀产物很很难找到FeCl 2的存在，这是由于FeCl 2是可溶的，在向混凝土内扩散遇到氢氧根离子，立
即生成Fe(OH)2的一种沉淀物质又进一步氧化成铁的氧化物，即通常说的“铁锈”，
由此可见，氯离子只起到了“搬运”的作用，而不被消失，也就是说进入混凝土的氯离子，会周而复始地起破坏作用，这也是氯盐危害特点之一。
1.2.5氯离子与水泥的作用及对钢筋锈蚀的影响
水下钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的原因及评测
摘要： 水下混凝土中钢筋锈蚀的现状；水下钢筋混凝土钢筋锈蚀的原因；评定与检测水下混凝土构件中钢筋的锈蚀的状态，对钢筋混凝土构件可做出使用寿命的推测和预见。
随着时间的不断推延，许多水下混凝土构件中的钢筋逐渐被渗水而发生锈蚀，从而导致其构件的耐久性降低，结构安全性也降低[1].因此，引起的工程损坏事例不断发生，由此带来的工程损失及处理费用也迅速增加，这也引起了建筑工程界和路桥部门的高度重视。其中，水下混凝土结构中钢筋的锈蚀较为普遍，特别是沿海地区的闸、涵、桥、防护堤及盐湖地区的水下混凝土较为严重，据资料显示，施工质量较差的混凝土构件，因为钢筋的锈蚀，正常使用几年后，就会产生顺筋胀裂，从而导致结构破坏，以致钢筋混凝土的失效。
一、水下混凝土结构中钢筋锈蚀的原因
混凝土在水化作用时，水泥中氯化钙生成氢氧化钙，使混凝土中含有大量的氢氧根离子，使PH 值一般可达到12.5-13.5，钢筋在这样的高碱环境中，表面容易生成一层钝化膜[2]，研究结果表明，这种钝化膜能阻止钢筋的锈蚀，只有这层钝化膜遭到破坏，钢筋开始锈蚀。
1.1 、混凝土碳化引起钢筋锈蚀
因为混凝土硬化后，表面混凝土遇到空气中二氧化碳的作用，使氢氯化钙慢慢经过化学反应变成碳酸钙，使之碱性降低，碳化到钢筋表面时，使钝化膜遭到破坏，钢筋就开始腐蚀，众所周知，大气是二氧化碳的主要来源，大气中通常含0.2%-0.3%的二氧化碳，而且只要有大气存在的地方，就必然存在二氧化碳，而水下混凝土结构也有不少部分存在于二氧化碳环境中，对于普通的硅酸盐而言，水化产生的氢氧化钙可达到整个水化产物的10%-15%，它作为水泥水化产物之一，一方面，它是混凝土高碱度的提供源和保证者，对保护钢筋起着十分重要的作用；另一方面，它又是混凝土中最不稳定的成分之一，很容易与环境中的酸性介质发生中和反应，使混凝土碳化，并逐步延伸钢筋，使钢筋开始锈蚀[3]。
1.2、氯离子引起的钢筋锈蚀
水下混凝土中，氯离子进行混凝土通常有两种途径：其一是“掺入如含有氯盐的外加剂，使用海砂，施工用水含氯盐，在含盐环境中搅拌，浇筑混凝土时，其二是”渗入“环境中的氯盐通常通过混凝土的宏观、微观缺陷，渗入到混凝土中并达到钢筋表面，直接或间接破坏混凝土的包裹作用及钢筋钝化的高碱度两种屏障, 使之发生锈蚀继而锈蚀产物体积膨胀, 使混凝土保护层开裂与脱落[4];在海洋环境中的水下混凝土结构大都是这种情况。氯离子引起钢筋锈蚀可以从以下几个方面分析：
1.2.1 破坏钝化膜
混凝土属于碱性材料，其孔隙溶液的PH 值为12-14[2]，因而对钢筋具有较好的保护作用，有利于钢筋表面形成保护钢筋的钝化膜，但这种钝化膜只有在高碱环境中才是稳定的。如果周围环境PH 值降到11.8时，钝化膜就开始变得不稳定，当PH 值继续降到9.88时，钝化膜就开始变得难以生存或逐渐破坏，使得进入混凝土中的氯离子吸附于钝化膜处，并使钝化膜的PH 值迅速降低，逐步酸化，从而使得钝化膜被破坏。
1.2.2形成腐蚀电流
无论混凝土碳化还是氯离子侵蚀，都可以引起钢筋部分锈蚀，在钝化膜破坏处有腐蚀电流产生，在钝化膜破坏还与未破坏区这间存在电位差，有宏电流产生，但微电流要比宏电流大得多。又因为氯离子的存在大大降低了混凝土的电阻率，并且氯离子和铁离子的结合可以形成易容于水的氯化铁，从而加速了腐蚀产物向外的扩散过程，并由于宏观腐蚀电流在钝化膜破坏区边边缘最大，使得靠近钝化区的边缘的局部钝化膜破坏较快，这种现象称为局部锈蚀钢筋的“边缘效应”。
1.2.3氯离子导电作用
正是由于混凝土结构中氯离子的存在，大大降低了阴、阳极之间的欧姆电阻，强化了离子通路，提高了腐蚀电流的效率，从而加速了钢筋的电化学腐蚀过程，氯离子对混凝土中钢筋锈蚀更严重更快速[5].而氯化物是钢筋的一种活化剂，它能置换钝化膜的氧而使钢筋发生溃烂性腐蚀，而氯盐是高吸湿性的盐，它能吸收空气中的水分变成液体，从而使氯离子从扩散作用变成渗透作用，达到氯离子，透过保护区去腐蚀钢筋的目的。
1.2.4氯离子的阳极去极比作用
氯离子不仅促成了钢筋表面的腐蚀电流，而且加速了电流的作用过程，阳极反应过程Fe →2e →Fe 2+, 如果生成的Fe 2+不能及时搬运而积累于阴极表面，则阴极反应就会因此而受阻，相反，如果生成的Fe 2+能及时被搬走，那么。阳极反应过程就会顺利乃至加还进行，Cl 与Fe 相遇就会生成FeCl 2，Cl 能使Fe 消失而加速
阳极过程，通常把阳极过程受阻称做阳极极化作用，而加速阳极过程者，称作阳极去极化作用，氯离子正是发挥了阳极去极化作用的功能。
应该说明的是，在氯离子存在的混凝土中，钢筋通常的锈蚀产物很很难找到FeCl 2的存在，这是由于FeCl 2是可溶的，在向混凝土内扩散遇到氢氧根离子，立
即生成Fe(OH)2的一种沉淀物质又进一步氧化成铁的氧化物，即通常说的“铁锈”，
由此可见，氯离子只起到了“搬运”的作用，而不被消失，也就是说进入混凝土的氯离子，会周而复始地起破坏作用，这也是氯盐危害特点之一。
1.2.5氯离子与水泥的作用及对钢筋锈蚀的影响