建筑混凝土钢筋锈蚀原因及检测方法

顾玉芳

厦门捷航工程检测技术有限公司       福建厦门      361006

摘要：混凝土钢筋是能够保证建筑稳定性和整体质量的主要材料，近年来，基于多功能工程项目数量的增多和建筑质量问题频发的情况，建筑混凝土钢筋的腐蚀问题得到了越来越多的关注。混凝土钢筋锈蚀是影响建筑质量的主要腐蚀问题之一，本文以建筑混凝土钢筋为主要研究对象，在研究介绍了建筑混凝土钢筋锈蚀的主要机理之后，着重分析了几种常用于检测建筑混凝土钢筋锈蚀情况的方法。

关键词：建筑工程；混凝土钢筋；锈蚀检测技术

前言：钢筋混凝土是当前建筑工程应用的主要结构形式，钢筋混凝土拥有良好的可塑性和耐久性能够满足建筑稳定性和较长使用年限的要求。尽管当前钢筋混凝土建筑工程得到了快速发展，但由于受到混凝土钢筋锈蚀情况的限制，使得建筑容易存在一定的安全隐患和问题。对建筑混凝土钢筋的锈蚀原因及检测方法进行分析，能够为优化建筑钢筋混凝土结构和提升建筑质量安全提供一定的优化思路。

一、建筑混凝土钢筋锈蚀机理

（一）建筑混凝土钢筋锈蚀类型

基于钢筋混凝土在耐用性、造价成本等方面呈现的优势，钢筋混凝土已经成为当前建筑工程施工的首要选择。但结合钢筋混凝土结构的应用经验来看，由于钢筋处于碱性条件下逐渐形成钝化状态，很容易导致钢筋发生锈蚀的现象，影响建筑工程的质量安全。混凝土钢筋在实际工程建设中产生的锈蚀现象主要分为两种类型：一种是化学锈蚀。建筑工程中应用的钢筋混凝土材料主要由钢筋和混凝土两种材料组成，主要通过对水泥比的控制来达到调整钢筋混凝土质量的目的。化学锈蚀是指当混凝土钢筋处于碱性条件下时，由于受到非电解质溶液和干燥性气体的影响而形成的纯化学锈蚀状态[1]。在锈蚀程度不断加深的情况下，钢筋表面会形成一层氧化物，且在干燥或高温的环境下，钢筋的锈蚀程度会进一步加深。另一种则是电化学锈蚀。这种锈蚀类型主要是指混凝土钢筋长时间处于湿润的环境中，由于环境中存在的氯盐以及其他相关物质在与混凝土混合之后会直接吸附到钢筋表面的钝化膜上，就会降低钢筋锈蚀的pH值。如果混凝土钢筋表面本身存在裂缝，环境中的氯离子在运行中也会进一步加剧混凝土钢筋表面的腐蚀程度。

（二）建筑混凝土钢筋锈蚀原因

基于当前建筑混凝土钢筋存在的主要锈蚀类型来看，导致混凝土钢筋锈蚀的原因既包括钢筋自身的问题，也会受到钢筋所处周边环境的影响。从混凝土钢筋自身的角度来看，一方面，在混凝土本身密实度不强，存在裂缝的情况下，钢筋发生锈蚀的概率会明显提升。另一方面，在制备钢筋混凝土的过程中，如果应用的水泥类型为硅酸盐水泥，在水化作用的影响下，水泥中的氢氧化钙含量会逐渐提升，进而导致钢筋所处的环境碱度不断提高[2]。在这种情况下，如果混凝土立面的pH值逐渐降低，且在环境中引进了部分有害的离子成分，也会加大混凝土钢筋发生锈蚀的概率。

而从混凝土钢筋所处的外部环境来看，基于钢筋锈蚀的原理，如果钢筋所处外部环境中含有较多的氯离子，就会加快钢筋的腐蚀速度。这主要是由于氯离子能够穿透钢筋表面的氧化膜，在导致钢筋产生钝化区的同时，经过化学反应生成二价铁离子。而在钢筋表面的钝化区部分，空气中的氧气和水分子会生成氢氧根离子，该离子在与钢筋表面接触后，会发生氧化反应，将部分离子转化为三氧化二铁附着在钢筋表面，从而导致混凝土钢筋产生化学锈蚀的现象。除此之外，外部环境中的二氧化碳也会导致混凝土钢筋的锈蚀。二氧化碳对钢筋的腐蚀主要是由于二氧化碳自身的碳化作用[3]。当空气中的二氧化碳经过混凝土的粗细孔道进入混凝土内部之后，会直接与混凝土中的氢氧化钙发生作用，一方面会粉化混凝土，降低混凝土对钢筋的保护作用，另一方面也会影响到混凝土结构的pH值，混凝土pH值的下降会导致环境中的氯离子增多，从而加速混凝土钢筋的腐蚀情况。而在结合以往钢筋混凝土建筑结构的施工建设经验之后可以发现，混凝土的抗透性和空气中的相对湿度会直接对二氧化碳的碳化速度产生影响。一二相比于氯离子对于钢筋的腐蚀作用，二氧化碳对钢筋锈蚀的影响较为缓慢。

二、建筑混凝土钢筋锈蚀常用检测方法分析

混凝土钢筋的锈蚀情况会直接影响到建筑结构整体的质量和使用耐久性，为保证钢筋混凝土建筑结构的质量安全，需要注重混凝土钢筋结构锈蚀情况的检测工作，在结合建筑工程现场实际情况的基础上，更科学、准确地分析混凝土钢筋发生锈蚀情况的原因，从而采取有针对性的措施来维护混凝土钢筋的使用质量。在对建筑混凝土钢筋锈蚀现象常用的检测方法进行分析时，主要可以从以下几个方法来入手：

（一）物理学方法

应用物理学方法来对混凝土钢筋的锈蚀情况进行检测，主要是基于钢筋锈蚀现象形成中体现出来的物理特性的变化，以定性分析来检测钢筋锈蚀程度的方法。基于当前建筑工程施工建设的经验，能够应用于混凝土钢筋锈蚀的物理学检测方法主要包括射线法、声发射探测法以及电阻棒法等类型。

以射线法为例，射线法主要是指以X射线和伽马射线图的方式来对混凝土是否存在锈蚀情况进行观测，与该方法具有相似原理的还有红外热像法。这两种方法都能够通过捕捉混凝土表面的部分物理特性的方式来对混凝土钢筋的锈蚀情况进行分析[4]。然而尽管射线法能够满足对混凝土钢筋进行检测的要求，但由于该方法对人体和周边环境的影响较大，在实际使用中会受到一定的限制。

（二）电化学方法

相较于物理学检测方法，电化学方法在混凝土钢筋锈蚀检测中有着更为广泛的应用。具体而言，当前能够应用于混凝土钢筋检测的电化学方法主要包括交流阻抗法、钢筋锈蚀评估综合法、恒电流实验方法三种。

交流阻抗法在混凝土钢筋锈蚀检测中的应用，主要通过向混凝土钢筋实行电极交流电压的方式来观察相关检测仪器中，用以观察电极交流电压的响应程度，在对电极变化数据进行进一步计算分析之后，得到混凝土钢筋发生腐蚀的具体程度。该方法的操作步骤较为简单，且具有多方面的性能，能够基于检测情况来显示混凝土钢筋发生锈蚀的相关信息，同时也为扩大实际的锈蚀测量范围提供了空间，是当前实际检测锈蚀现象中应用的最为频发的方法。但由于该方法在实际应用中耗费的时间较长，产生的工作量也比较大，因而在未来的检测方法研究和优化中，仍需要对该方法应用的技术方法和仪器设备进行优化。

钢筋锈蚀评估综合法是基于数学多元统计分析方法的相关原理，在对混凝土钢筋的现场情况进行充分调查了解之后，通过建立数学模型的方式，提取其中的数值分析规律，并将其以三元分析函数的方式呈现出来，让检测人员能够直接依据函数中呈现的相关数值来对混凝土钢筋锈蚀的具体情况进行分析，从而得到最终的数据分析结果。该检测方法能够满足对混凝土钢筋锈蚀程度和情况的深入分析要求，在检测中体现钢筋腐蚀电流、钢筋腐蚀电位、混凝土电阻率等多项数值对于混凝土钢筋锈蚀程度的影响。相较于以往应用的检测方法，钢筋锈蚀评估综合法能够有效降低各种外界因素对检测结果造成的干扰，从而大大提升检测结果的准确性。

恒电流检测方法是在电化学技术的基础上，省略运用电信号的流程，主要通过分析恒电流衰减曲线的方式来更全面地掌握混凝土钢筋的锈蚀程度，能够有效提升检测结果的精准性。在实际应用恒电流检测方法的过程中，需要事先对钢筋所处的环境有所了解，对钢筋产生锈蚀现象的原因有初步的判断。为正确区分混凝土钢筋的锈蚀情况属于化学锈蚀还是电化学锈蚀，需要对混凝土钢筋的电流产生情况进行分析。化学腐蚀情况下，发生化学反应的主体为混凝土钢筋，很少出现电流，而在电化学锈蚀的情况下，离子在水溶液中产生定向流动会出现电流的情况。且在混凝土钢筋表面本身有氧化膜的情况下，如果钢筋仍然产生锈蚀现象，主要是受到钢筋结构自身特点、混凝土保护层被破坏、钢筋所处环境中氧气和水含量较高等情况的影响。在实际检测混凝土钢筋锈蚀情况时，检测人员可以依据钢筋锈蚀电极电位会随着恒电量刺激而不断衰退的原理，对检测过程中获得的相关数据信息进行分析。同时，为了能够更好地提升检测结果的准确性，往往需要将综合分析法与恒电流检测方法结合起来，以便能够更深度地分析混凝土钢筋产生的锈蚀程度。

（三）有损检测技术

除了常见的物理分析和电化学检测方法之外，当前能够应用于混凝土钢筋锈蚀程度的检测技术还包括有损和无损检测技术。有损检测方法主要是针对已经明显产生锈蚀的混凝土钢筋进行检测，在观察混凝土钢筋锈蚀的整体情况之后，需要事先对混凝土钢筋发生锈蚀的面积和锈蚀部分损失的钢筋质量进行计算，然后应用重力分析法的方式，将混凝土钢筋的样本放入到克拉克溶液中充分浸泡，以克拉克溶液来去除混凝土钢筋表面的锈蚀部分，在对脱落的锈蚀部分进行称重之后，就可以对具体的钢筋锈蚀面积大小进行计算。尽管有损检测技术能够有效提升锈蚀程度检测的精确性，但由于该方法对样本本身具有一定的破坏性，通常被应用到锈蚀问题较为严重的钢筋检测当中。

（四）分析法

分析法是在综合几种不同的检测方法原理之后，基于对建筑施工环境和混凝土自身特性等方面的了解，在对各种可能导致钢筋锈蚀情况的因素和相关数据信息进行综合分析之后，判断混凝土钢筋锈蚀的具体情况。相较于钢筋锈蚀评估综合法，分析法在实际应用中综合了一定的物理分析法的环节和步骤，也能够依据建筑施工现场的实际情况来对应用的具体检测技术和方法进行调整，因而能够体现出更大的灵活性。具体而言，在应用分析法检测混凝土钢筋锈蚀情况时，首先需要基于获得的数据信息来对钢筋锈蚀的成因进行分析。依据获得的分析结果，构建基于钢筋锈蚀情况的经验模型、电化学模型或反应控制模型等，以模型来模拟验证钢筋锈蚀的具体情况，从而对钢筋的锈蚀程度进行判断。在各种模型中，经验模型虽然应用频率较高，但缺少足够的理论支撑；电化学模型虽然符合钢筋锈蚀的机理，但由于现实中混凝土钢筋锈蚀情况的成因更为复杂，也很难应用该模型满足对锈蚀情况进行检测的要求；反应控制模型由于未涉及到电化学的相关内容，也很难以全面分析的方式来得到准确的锈蚀分析结果。基于这一情况，在实际应用检测方法时，可以基于实际情况来选择几种检测方法相互配合，以便能够更好地满足检测的实际要求。

（五）钢筋锈蚀实验分析

钢筋在砂浆拌合物中的阳极极化试验，主要应用到有恒电流装置的恒电位仪、锅-硫酸锅电极构造、试模用绝缘材料、工业盐水1:1溶液、含量为3%的碳酸钠溶液。在实际试验中，首先需要应用100mm长，直径为6mm的无绣钢筋作为钢筋电极，在将钢筋浸泡到酸洗液中氧化后，将钢筋样本依次放入到水、中和液中摇动几下，再放入另一盘中和液中，在用水冲洗干净并擦干后，将其放入烘箱中烘干。在酸洗钢筋后，还需要应用粗纱布将钢筋表面擦磨光亮，然后在钢筋来个年头浸涂石蜡，用丙酮去脂后备用。然后需要依据试验要求来配置砂浆，一般以水胶比0.5，灰砂比1:2.2的比例为主。将制备好的砂浆倒入试模中，保证两个钢筋电极处于平行状态，再继续灌满砂浆，拉出导线，让钢筋表面能够与砂浆充分接触。然后应用阳极极化试验仪来测定钢筋电极的自然电位。在通电过程中，分别记录下初始状态2min、6min、10min和15min时钢筋电极的极化电位变化情况，然后控制钢筋试验电极这一变量，可以得到钢筋是否在这一状态下产生锈蚀的情况。

                                                                 表1 实验结果

	电位-时间曲线分析表1					电位-时间曲线分析表2
时间min	9:40	9:42	9:46	9:50	9:55	10:00	10:02	10:06	10:10	10:15
电位变化情况mV	-468	665	676	685	704	-428	691	705	718	729

依据表中数据可以发现，在电极通电后，电位呈负数，接着快速向正方向移动，两分钟后电位达到665mV，15分钟后达到704mV。同时进行平行试验，结果也是先呈负数，15分钟后数据达到729mV。如果曲线中的数据变化较大，表明钢筋表层的钝化膜发生破坏，如电极通电15min后，电位跌落值V2减V15不超过50mV,可以认为所用的外加剂和水泥本身不含有对钢筋有害的物质。

结论：综上所述，混凝土钢筋的锈蚀情况很容易影响到建筑结构整体的质量安全。在建筑行业快速发展的背景下，基于工程项目施工建设的质量安全要求，需要在结合工程项目的实际建设要求，选择合适的锈蚀检测技术的基础上，明确引起混凝土钢筋锈蚀的具体原因，从而有针对性地采取措施，降低由于钢筋锈蚀给建筑结构整体质量安全造成的影响，提升建筑结构的质量水平。

参考文献：

[1]吴庆耀. 混凝土钢筋锈蚀检测要点分析[J]. 江西建材,2021,(04):36-37.

[2]万能. 建筑混凝土钢筋锈蚀原因及检测分析[J]. 江西建材,2020,(08):37+39.

[3]庞少剑. 建筑混凝土裂缝的生成原因及预防举措[J]. 中国住宅设施,2019,(11):112-114.

[4]伍明强. 建筑混凝土钢筋锈蚀原因及检测方法研究[J]. 建材世界,2019,40(01):31-34.