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摘要：钢筋混凝土结构材料是混凝土与钢筋的复合体，随着结构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重视，本文浅析了工业厂房建筑钢筋腐蚀原因及检测预防措施。
关键词：工业建筑；混凝土结构；锈蚀分析
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
引言
钢筋与混凝土是两种互为依托的复合结构材料，在正常情况下经久而不会损坏。因为在pH≥12.6的混凝土包裹下的钢筋是不会腐蚀的；pH<11.5(临界值)时，钢筋表面的钝化膜就不稳定；当pH<9.88时，钝化膜完全破坏。
1、钢筋腐蚀对结构受力的影响
在钢筋混凝土结构内，钢筋受到周围混凝土的保护，一般并不腐蚀，但当保护层破坏或保护层不足时，钢筋在一定条件下将产生腐蚀，钢筋腐蚀对结构受力的影响在于：
1.1由锈蚀引起钢筋断而削弱，尤其是高强预应力钢筋，截面小，应力高，一旦发生腐蚀，危险性更大，严重会导致构件断裂的危险。
1.2钢筋腐蚀体积膨胀大约增大2.2倍，会使混凝土保护层破裂甚至脱落，从而降低结构的受力性能和耐久性。
1.3钢筋腐蚀降低了与混凝土之间粘结力，影响钢筋与混凝土共同工作性能。例如某钢筋混凝土工业厂房21米跨的预应力组合屋面梁断裂。原因是：梁的垂直拼缝内使用了掺有水泥重量5%的氯化钙的水泥砂浆，氯离子由拼缝渗入到灌浆不实的钠丝束孔道中，车间又潮湿，导致钢丝速经受剧烈的腐蚀，经检验，70%的钢丝强度降低40%以上，延伸率平均降低了30%。所有钢丝都脆性断裂，没有缩颈。
2、结构检测与分析
经过对某工业建筑结构厂房进行了普查，找出出现混凝土开裂、剥落、钢筋锈斑等破损的构件位置，并进行裂缝宽度、保护层厚度、钢筋锈蚀情况及混凝土取样等检测工作。
2.1混凝土保护层厚度
采用保护层厚度测定仪测试，并在部分测点进行微破损校核。测试区尽量不包含混凝土胀裂区以及钢筋裸露处。
2.2混凝土碳化深度
混凝土碳化深度采用钻孔后，喷酚酞显色测定。
2.3混凝土氯离子含量
采用全自动电位滴定法测试混凝土中水溶性氯离子浓度。混凝土样品分为不接触水与接触水两种。氯离子浓度值均为占混凝土水泥质量的百分比，其中混凝土容重取2350kg/m3，水泥用量320kg/m3。不接触水的样品源自混凝土取芯样。泵房、燃料厂房及辅助厂房共测试了30个样品，水溶性氯离子浓度平均值为0.4‰。接触水的样品采用电锤在混凝土不同深度（0—30mm）取样。
2.4混凝土氯离子扩散系数
混凝土氯离子扩散系数采用RCM快速方法测定，泵房、燃料厂房及辅助厂房墙体混凝土氯离子扩散系数检测结果记录备案。
3、原因分析与预测
3.1环境作用与分析
3.1.1环境数据
①水氯离子浓度该工业建筑离水源较近。
②温度与湿度依据该工业建筑所属公司的监测数据，该工业建筑周围环境有一定的湿度。
③测得该工业建筑室外环境大气C02浓度不低。
3.1.2环境作用分析主要对该工业建筑泵房、燃料厂房及辅助厂房进行分析。其中，泵房位于水源入水口处，建筑物内分为两个区域：鼓型滤网区（包括消防水池）和水泵区。外墙±0.00以下为钢筋混凝土结构，±0.00以上为钢结构，压型钢板墙面。室内地下地上各房间为钢筋混凝土结构。燃料厂房距水源有100m以内，墙体为钢筋混凝土结构，受出水口水影响。辅助厂房距水源100m以内，墙体为钢筋混凝土结构。
3.2混凝土劣化与钢筋腐蚀原因
混凝土的高碱度环境使其中的钢筋处于钝化状态，一般条件下可免于锈蚀。当混凝土被碳化或氯离子在钢筋表面累积到一定浓度，钢筋将失钝并开始锈蚀。由碳化深度测试数据可知，经过多年的服役时间，碳化作用不会引起混凝土中钢筋腐蚀，更不会引起混凝土胀裂甚至剥落。混凝土中的氯离子可分为自由氯离子和固化氯离子。一般认为，仅自由氯离子将导致钢筋腐蚀，且只有当在钢筋表面累积到一定浓度的时候，自由氯离子才使钢筋的钝化膜破坏。由混凝土氯离子含量测试数据可知，在部分构件的混凝土表面，氯离子浓度较高，依据相关混凝土标准，远低于氯离子含量限值。可认为，经过多年的迁移，环境氯离子尚未威胁到处于混凝土良好保护状态下的钢筋。该工业建筑发生的钢筋腐蚀及混凝土胀裂、剥落的原因。从检查结果可知：钢筋混凝土构件发生腐蚀处，均存在混凝土保护层较薄或密实性较差（蜂窝及孔洞），部分墙体斜筋甚至裸露，缺乏任何保护。由此可见，混凝土保护层的施工质量及偏差，致使其没有起到应有的阻止氯离子渗入以及维持钢筋钝化的作用，是引起目前钢筋腐蚀的主要原因。
4、混钢筋防腐措施
4.1改善施工工艺
4.1.1选择合理的水泥种类和钢筋类别
配制水利工程、海洋工程用混凝土时，水泥要求耐腐蚀能力强、抗冻融性好、水化热低，应优先选用普通硅酸盐水泥或其他耐腐蚀水泥，而不应采用快硬硅酸盐水泥等。掺有高炉矿渣、火山灰、粉煤灰、硅藻土等活性熟料可有效阻止腐蚀性离子向混凝土内部渗透。
选用不锈钢筋是国外的一种发展趋势。这种钢筋的价格是普通碳素钢的4～6倍，但它长期的耐腐蚀性足以补偿初期投入的成本。无论混凝土种类和暴露状态，采用这种钢筋的混凝土保护层厚度可降低到30mm，裂缝宽度允许值放宽到0.3mm，并不需要对不锈钢筋进行硅处理。
4.1.2增加水泥用量
混凝土中钢筋的锈蚀是由于钢筋周围的碱性环境不复存在，保护环境消失。如果提高水泥的含量，碱性环境就会增加，碳化使碱性消失就会需要更长的时间，从而使钢筋受到保护的时间相应延长了，增加了混凝土结构的耐久性。
4.1.3增加混凝土保护层厚度
增加混凝土保护层厚度，使毛细孔更加不连续，各种物质侵入的难度增大，混凝土碳化到达钢筋表面的时间就大大延长，从而减少了钢筋锈蚀和混凝土腐蚀的可能。
4.2钢筋锈蚀的修补与结构加强
4.2.1锈蚀检测
基脚钢筋经全面除锈后采用抽样直接观察法来测定锈蚀程度。具体作法为：利用游标卡尺量测钢筋的剩余直径、锈蚀深度、长度及锈蚀物的厚度，用软尺量测钢筋的剩余周长。量测钢筋的剩余直径和剩余周长前，应对钢筋除锈至露出金属光泽。
4.2.2钢筋修补
(1)根據测定的钢筋锈蚀程度，计算钢筋有效面积的减少量，从而确定增焊补强钢筋的相应面积。在确定补强钢筋时，钢筋应适量加粗10％～15％，预留出一定的强度储备。
(2)凿除原结构墙柱顶面混凝土，深度至少超过受严重锈蚀需补强钢筋部位以下10d(d为原钢筋与增焊补强钢筋直径最大者)，并对需增焊钢筋的整个搭接长度范围内的原钢筋表面的水泥砂浆、混凝土、铁锈等进行彻底清除。
(3)用补强钢筋与原钢筋两端以10d分别进行搭接焊。
(4)对于个别整根钢筋需加强或替换的应予以通长加强或替换，需特别注意接头应符合有关规范要求。
4.2.3结构自身加强
由于锈蚀表面钝化层被破坏的除锈钢筋在混凝土中抗腐蚀能力大大降低，因此在续建施工本层结构柱墙时，应采取必要的预防加强措施，以提高结构自身的抗腐蚀能力。
(1)经设计单位同意，层柱截面尺寸、墙体厚度均增加20mm，以加大钢筋的保护层厚度10mm(净截面尺寸均不变)。
(2)在原钢筋除锈补焊加强后和新混凝土浇筑前，对基脚锈蚀较严重的钢筋表面涂刷一层亚硝酸盐溶液，并在新浇筑混凝土中掺加水泥重量1％的亚硝酸钠钢筋阻锈剂，以起延缓钢筋锈蚀的作用，提高混凝土的密实性和强度。
(3)在浇筑混凝土前，用压力水冲洗原混凝土表面，使原混凝土浸水充分饱和(约需湿润12h)，但不得积水。
(4)为尽量提高该层墙柱混凝土的密实度，每立方米混凝土中的水泥用量应大于350kg，骨料级配为二级，砂率大干38％，水灰比小于0.5，并掺入减水剂和加气剂，使混凝土有一定的抗渗功能。
结束语
除了混凝土保护层施工质量及偏差导致的混凝土腐蚀外，由于工业建筑在设计上对水的氯离子腐蚀作用考虑不足，可能引起钢筋出现大面积腐蚀，进而使该钢筋混凝土结构安全性失效。所以应尽早采取措施修复已经破损的结构部分，并采取相应的措施阻止环境氯离子进一步渗入混凝土内部，弥补施工质量及结构设计上的不足。
参考文献
[1]吴建华,赵永韬.钢筋混凝土的腐蚀监测/检测[J].腐蚀与防护.2003
[2]王新祥,文梓芸,曹华先,余其俊.混凝土结构物中钢筋腐蚀的检测与修复技术[J].广东土木与建筑.2006
关键词：工业建筑；混凝土结构；锈蚀分析
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
引言
钢筋与混凝土是两种互为依托的复合结构材料，在正常情况下经久而不会损坏。因为在pH≥12.6的混凝土包裹下的钢筋是不会腐蚀的；pH<11.5(临界值)时，钢筋表面的钝化膜就不稳定；当pH<9.88时，钝化膜完全破坏。
1、钢筋腐蚀对结构受力的影响
在钢筋混凝土结构内，钢筋受到周围混凝土的保护，一般并不腐蚀，但当保护层破坏或保护层不足时，钢筋在一定条件下将产生腐蚀，钢筋腐蚀对结构受力的影响在于：
1.1由锈蚀引起钢筋断而削弱，尤其是高强预应力钢筋，截面小，应力高，一旦发生腐蚀，危险性更大，严重会导致构件断裂的危险。
1.2钢筋腐蚀体积膨胀大约增大2.2倍，会使混凝土保护层破裂甚至脱落，从而降低结构的受力性能和耐久性。
1.3钢筋腐蚀降低了与混凝土之间粘结力，影响钢筋与混凝土共同工作性能。例如某钢筋混凝土工业厂房21米跨的预应力组合屋面梁断裂。原因是：梁的垂直拼缝内使用了掺有水泥重量5%的氯化钙的水泥砂浆，氯离子由拼缝渗入到灌浆不实的钠丝束孔道中，车间又潮湿，导致钢丝速经受剧烈的腐蚀，经检验，70%的钢丝强度降低40%以上，延伸率平均降低了30%。所有钢丝都脆性断裂，没有缩颈。
2、结构检测与分析
经过对某工业建筑结构厂房进行了普查，找出出现混凝土开裂、剥落、钢筋锈斑等破损的构件位置，并进行裂缝宽度、保护层厚度、钢筋锈蚀情况及混凝土取样等检测工作。
2.1混凝土保护层厚度
采用保护层厚度测定仪测试，并在部分测点进行微破损校核。测试区尽量不包含混凝土胀裂区以及钢筋裸露处。
2.2混凝土碳化深度
混凝土碳化深度采用钻孔后，喷酚酞显色测定。
2.3混凝土氯离子含量
采用全自动电位滴定法测试混凝土中水溶性氯离子浓度。混凝土样品分为不接触水与接触水两种。氯离子浓度值均为占混凝土水泥质量的百分比，其中混凝土容重取2350kg/m3，水泥用量320kg/m3。不接触水的样品源自混凝土取芯样。泵房、燃料厂房及辅助厂房共测试了30个样品，水溶性氯离子浓度平均值为0.4‰。接触水的样品采用电锤在混凝土不同深度（0—30mm）取样。
2.4混凝土氯离子扩散系数
混凝土氯离子扩散系数采用RCM快速方法测定，泵房、燃料厂房及辅助厂房墙体混凝土氯离子扩散系数检测结果记录备案。
3、原因分析与预测
3.1环境作用与分析
3.1.1环境数据
①水氯离子浓度该工业建筑离水源较近。
②温度与湿度依据该工业建筑所属公司的监测数据，该工业建筑周围环境有一定的湿度。
③测得该工业建筑室外环境大气C02浓度不低。
3.1.2环境作用分析主要对该工业建筑泵房、燃料厂房及辅助厂房进行分析。其中，泵房位于水源入水口处，建筑物内分为两个区域：鼓型滤网区（包括消防水池）和水泵区。外墙±0.00以下为钢筋混凝土结构，±0.00以上为钢结构，压型钢板墙面。室内地下地上各房间为钢筋混凝土结构。燃料厂房距水源有100m以内，墙体为钢筋混凝土结构，受出水口水影响。辅助厂房距水源100m以内，墙体为钢筋混凝土结构。
3.2混凝土劣化与钢筋腐蚀原因
混凝土的高碱度环境使其中的钢筋处于钝化状态，一般条件下可免于锈蚀。当混凝土被碳化或氯离子在钢筋表面累积到一定浓度，钢筋将失钝并开始锈蚀。由碳化深度测试数据可知，经过多年的服役时间，碳化作用不会引起混凝土中钢筋腐蚀，更不会引起混凝土胀裂甚至剥落。混凝土中的氯离子可分为自由氯离子和固化氯离子。一般认为，仅自由氯离子将导致钢筋腐蚀，且只有当在钢筋表面累积到一定浓度的时候，自由氯离子才使钢筋的钝化膜破坏。由混凝土氯离子含量测试数据可知，在部分构件的混凝土表面，氯离子浓度较高，依据相关混凝土标准，远低于氯离子含量限值。可认为，经过多年的迁移，环境氯离子尚未威胁到处于混凝土良好保护状态下的钢筋。该工业建筑发生的钢筋腐蚀及混凝土胀裂、剥落的原因。从检查结果可知：钢筋混凝土构件发生腐蚀处，均存在混凝土保护层较薄或密实性较差（蜂窝及孔洞），部分墙体斜筋甚至裸露，缺乏任何保护。由此可见，混凝土保护层的施工质量及偏差，致使其没有起到应有的阻止氯离子渗入以及维持钢筋钝化的作用，是引起目前钢筋腐蚀的主要原因。
4、混钢筋防腐措施
4.1改善施工工艺
4.1.1选择合理的水泥种类和钢筋类别
配制水利工程、海洋工程用混凝土时，水泥要求耐腐蚀能力强、抗冻融性好、水化热低，应优先选用普通硅酸盐水泥或其他耐腐蚀水泥，而不应采用快硬硅酸盐水泥等。掺有高炉矿渣、火山灰、粉煤灰、硅藻土等活性熟料可有效阻止腐蚀性离子向混凝土内部渗透。
选用不锈钢筋是国外的一种发展趋势。这种钢筋的价格是普通碳素钢的4～6倍，但它长期的耐腐蚀性足以补偿初期投入的成本。无论混凝土种类和暴露状态，采用这种钢筋的混凝土保护层厚度可降低到30mm，裂缝宽度允许值放宽到0.3mm，并不需要对不锈钢筋进行硅处理。
4.1.2增加水泥用量
混凝土中钢筋的锈蚀是由于钢筋周围的碱性环境不复存在，保护环境消失。如果提高水泥的含量，碱性环境就会增加，碳化使碱性消失就会需要更长的时间，从而使钢筋受到保护的时间相应延长了，增加了混凝土结构的耐久性。
4.1.3增加混凝土保护层厚度
增加混凝土保护层厚度，使毛细孔更加不连续，各种物质侵入的难度增大，混凝土碳化到达钢筋表面的时间就大大延长，从而减少了钢筋锈蚀和混凝土腐蚀的可能。
4.2钢筋锈蚀的修补与结构加强
4.2.1锈蚀检测
基脚钢筋经全面除锈后采用抽样直接观察法来测定锈蚀程度。具体作法为：利用游标卡尺量测钢筋的剩余直径、锈蚀深度、长度及锈蚀物的厚度，用软尺量测钢筋的剩余周长。量测钢筋的剩余直径和剩余周长前，应对钢筋除锈至露出金属光泽。
4.2.2钢筋修补
(1)根據测定的钢筋锈蚀程度，计算钢筋有效面积的减少量，从而确定增焊补强钢筋的相应面积。在确定补强钢筋时，钢筋应适量加粗10％～15％，预留出一定的强度储备。
(2)凿除原结构墙柱顶面混凝土，深度至少超过受严重锈蚀需补强钢筋部位以下10d(d为原钢筋与增焊补强钢筋直径最大者)，并对需增焊钢筋的整个搭接长度范围内的原钢筋表面的水泥砂浆、混凝土、铁锈等进行彻底清除。
(3)用补强钢筋与原钢筋两端以10d分别进行搭接焊。
(4)对于个别整根钢筋需加强或替换的应予以通长加强或替换，需特别注意接头应符合有关规范要求。
4.2.3结构自身加强
由于锈蚀表面钝化层被破坏的除锈钢筋在混凝土中抗腐蚀能力大大降低，因此在续建施工本层结构柱墙时，应采取必要的预防加强措施，以提高结构自身的抗腐蚀能力。
(1)经设计单位同意，层柱截面尺寸、墙体厚度均增加20mm，以加大钢筋的保护层厚度10mm(净截面尺寸均不变)。
(2)在原钢筋除锈补焊加强后和新混凝土浇筑前，对基脚锈蚀较严重的钢筋表面涂刷一层亚硝酸盐溶液，并在新浇筑混凝土中掺加水泥重量1％的亚硝酸钠钢筋阻锈剂，以起延缓钢筋锈蚀的作用，提高混凝土的密实性和强度。
(3)在浇筑混凝土前，用压力水冲洗原混凝土表面，使原混凝土浸水充分饱和(约需湿润12h)，但不得积水。
(4)为尽量提高该层墙柱混凝土的密实度，每立方米混凝土中的水泥用量应大于350kg，骨料级配为二级，砂率大干38％，水灰比小于0.5，并掺入减水剂和加气剂，使混凝土有一定的抗渗功能。
结束语
除了混凝土保护层施工质量及偏差导致的混凝土腐蚀外，由于工业建筑在设计上对水的氯离子腐蚀作用考虑不足，可能引起钢筋出现大面积腐蚀，进而使该钢筋混凝土结构安全性失效。所以应尽早采取措施修复已经破损的结构部分，并采取相应的措施阻止环境氯离子进一步渗入混凝土内部，弥补施工质量及结构设计上的不足。
参考文献
[1]吴建华,赵永韬.钢筋混凝土的腐蚀监测/检测[J].腐蚀与防护.2003
[2]王新祥,文梓芸,曹华先,余其俊.混凝土结构物中钢筋腐蚀的检测与修复技术[J].广东土木与建筑.2006