一、钢材锈蚀的原因
锈蚀可发生于许多引起锈蚀的介质中,如潮湿的空气、土壤、工业废气等.钢材的锈蚀大致可分为两类:
1、化学锈蚀:是指钢材表面与周围介质直接发生化学反映而产生的锈蚀.钢材在高温中氧化形成Fe3O4;在常温下氧化形成FeO.
2、电化学锈蚀:建筑钢材在存放和使用中发生的锈蚀主要属这一类.其锈蚀过程如下:
(1)在潮湿的环境中,钢材表面被一层
电解质水膜覆盖,由于表面成分或者受力边形等的不均匀性,使邻近的局部产生电极电位的差别,因而建立许多微电池.
(2)在阳极区,铁被氧化成Fe 离子进入水膜;因为水中溶有来自空气的氧,放在阴极区氧被还原为OHk于;两者结合成为不容于水氢氧化亚铁Fe(OH)2.
(3)进一步氧化,则形成疏松易剥落的红棕色的铁锈氢氧化铁Fe(OH)3.(4)如水膜中有酸的成分,则阴极被还原的将是分离子.由于所形成的氢积存于阴脱产生极化作用,将使锈蚀停止,但水中的溶氧与红结合成水以除去积氢,故锈蚀能继续进行.因为水膜中离于浓度提高.阴极放电快锈蚀进行较快故在工业大气的条件下.钢材较容易锈蚀.
由此可以看出,影响钢材最常见的锈蚀破坏的因素是水和提供溶氧的空气.
在钢筋混凝土中,引起钢筋锈蚀的原因主要有:
(1)埋于混凝土中的钢筋处于碱性介质中(新浇混凝土PH值约为125或更高),而氧化保护膜也为碱性,故不致锈蚀.但这种保护膜易被
卤素离子、特别是氯离子所破坏,使锈蚀迅速发展.
(2)浇筑混凝土时
水灰比控制不好,游离水过多,水化反应之后,游离水份蒸发,使混凝土表面存在许多细微的小孔,由于
毛细现象,周围水分会沿着毛细小孔向混凝土内部渗透,锈蚀钢筋.
(3)混凝土的密实性决定了钢筋锈蚀的快慢,混凝土越密实,钢筋越不易锈蚀,反之,则钢筋锈蚀较快.(4)由于
混凝土养护不当或
保护层厚度不够以及在荷载作用下混凝土产生的裂缝,也是引起混凝土内部钢筋锈蚀的主要原因.
二、钢筋锈蚀的危害
钢材(比如钢球)在存放中严重锈蚀,不仅截面积减少,材质降低甚至报废,而且除锈工作耗费很大;在使用中则锈蚀不仅使受力面积减少,而且局部锈坑的产生,可造成应力集中,促使结构早期破坏.尤其在反复荷载作用的情况下,将产生锈蚀疲劳现象,使疲劳强度大为降低,出现脆性破坏.
在钢筋混凝土中,由于钢筋的锈蚀,将使混凝土的保护层膨胀出现裂纹,严重时
混凝土保护层脱落,钢筋脱离,使钢筋和混凝土之间的粘结应力损失或完全丧失,危急结构的安全,因此钢筋的锈蚀对
钢筋混凝土结构的使用寿命有很大的影响.
三、钢材锈蚀的防止
钢材防止锈蚀的方法通常是采用表面刷漆:常用底漆有红丹、环氧富锌漆、铁红环氧底漆等;常用面漆有灰铅漆、醇酸磁漆、酚醛磁漆等.在钢筋混凝土中,防止钢筋锈蚀的方法主要有:
(1)严格控制氯盐外加剂的掺用量;
(2)限制并合理选用水灰比和水泥用量;
(3)保证钢筋有足够的保护层厚度;
(4)加强混凝土的振捣和养护工作,保护混凝土的密实.
对于
预应力配筋,一般含碳量较高,又多系经过变形和冷加工处理,因而对锈蚀破坏较敏感,特别是高强度热处理钢筋,容易产生应力锈蚀现象.所以重要的预应力承重结构,除不能掺用氯盐外,应对原材料进行严格检验.