摘 要：钢筋锈蚀是桥梁混凝土结构最重要的病害。我国沿海大部分地区处于温湿季风区，由于冷、暖空气交替活动频繁，空气湿度较大，海水含盐量较高，极易使裸露的钢筋生锈。本文对此作了分析，并提出了预防锈蚀的措施和处理修复的办法。
关键词：钢筋锈蚀；成因；危害；预防；修复
中图分类号：TU51 文献标识码：A 文章编号：1009-0118（2012）-03-0-02
我国沿海地区有许多大桥，近十多年来建成的有浙江省内的钱塘江大桥、连接江苏与上海的苏通大桥、最近通车的有崇启大桥，在建的有粤港澳大桥，至于沿海地区的小型桥梁就更多了。由于沿海地区的自然环境，极易引起桥梁钢筋锈蚀，尤其是“十一五”以来沿海地区经济建设的迅猛发展，交通量急剧增大，桥梁承重负荷逐年增加，桥梁的病害现象更加严重。在所有的桥梁病害现象中，由于钢筋锈蚀造成桥梁混凝土的结构性病害，是最为严重的桥梁病害。我们对此必须作比较深入的分析研究，并对防护钢筋锈蚀的举措作一些探讨，这对于促进和保护沿海地区的经济发展具有十分重要的意义。
一、锈蚀现象及其原因
在钢筋混凝土结构中，钢筋在水泥水化时生成的强碱介质里(PH值在12~14之间)，容易形成钝化膜，可以抑制钢筋的锈蚀，因此，在一般情况下钢筋受到周围混凝土的保护并不产生锈蚀。但如果保护层太薄，或者遭到破坏，或者混凝土密实性不足，或者是施工时混凝土掺入过量的外加剂Cl，再加上一定外界条件的作用，钢筋周围的钝化膜将遭到局部破坏而使钢筋发生锈蚀。
（一）导致钢筋锈蚀的机理
钢筋在水、氧具备的条件下，产生下列电化学反应。
在阳极，铁释放电子e:Fe→Fe+++2e；
在阴极，水中的溶解氧吸收来自阳极的电子而生成OH-:2H2O+O2+4e→4OH；
电子由阳极不断流向阴极，产生锈蚀电流，在钢筋表面生成氢氧化亚铁薄膜，并与水、氧结合,生成氢氧化铁,即铁锈。其过程可作如下：
2Fe+2H2O+O2→2Fe(OH)2
2Fe(OH)2+H2O+O2→2Fe(OH)3
（二）导致钢筋锈蚀的自然因素
1、气候因素
我国从南到北沿海有14个省、市、自治区和特区，都受到季风气候的影响，依次为热带季风、亚热带季风、温带季风。我国沿海大部分地区属中纬度地带，温湿季风区，气候温和，四季分明。春季冷、暖空气交替活动频繁；夏季梅雨过后，常出现高温少雨的伏旱；秋季有连续阴雨。这种气候特点，极易裸露的钢筋生锈。
2、水质因素
由于我国沿海地区地势低洼，近半个世纪以来，沿海土地盐渍化加重，长江河口的盐水入侵距离与大通站径流的相关系数为0．884，当流量低于7000立方米/8时，盐水入侵可达100余千米，1978- 1979年盐水曾包围崇明、长兴、和横沙三岛长达五个月之久。水的含盐量越高越易引起钢筋锈蚀。
（三）导致钢筋锈蚀的工艺因素
一般而言，导致钢筋锈蚀的人为工艺因素有：
1、混凝土密实度不足
混凝土密实度不足，即混凝土的孔隙率较高，在一定的潮湿条件下，空气中的二氧化碳容易渗透到混凝土内部而引起混凝土碳化，致使混凝土碱性降低，从而使钢筋产生锈蚀。
2、保护层太薄所致
当保护层太薄时，混凝土的碳化深度很容易达到钢筋的范围之内，使钢筋周围失去碱性，钝化膜局部破坏，减弱对钢筋的保护作用，从而导致钢筋锈蚀。
3、保护层遭破坏而引起钢筋锈蚀
钢筋混凝土构件在施工或使用过程中，往往会出现各种表面缺陷，如蜂窝、掉角、剥离露筋、裂缝等。钢筋直接暴露在外界环境条件下，处于水、氧、二氧化碳和氯离子等环境介质的混凝土，一旦出现上述缺陷，钢筋表面就会发生锈蚀现象。
二、钢筋锈蚀的危害性
自进入20世纪80年代以来，有关钢筋混凝土工程的耐久性日益受到工程界及各地政府的关注。在第二届混凝土耐久性国际会议(1991年)上，梅塔教授在题为《混凝土的耐久性――50年的进展》的报告中指出:“当今世界，混凝土破坏原因按重要性递降顺序排列是:钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境下的物理化学作用。”
钢筋锈蚀的危害性表现在这几个方面：
（一）钢筋锈蚀使钢筋混凝土桥梁结构性能受到损害
钢筋锈蚀,导致钢筋受力截面积减少,从而使钢筋的力学性能下降；钢筋锈蚀削弱了钢筋与混凝土之间的结合强度,从而削弱了钢筋抗拉抗剪强度,导致其不能把钢筋所受的应力有效地传递给混凝土；钢筋锈蚀产物引起体积膨胀,膨胀后的体积是其基体体积的2倍~4倍,随着钢筋的不断锈蚀,该产物在混凝土内不断积聚,对混凝土的挤压逐渐增大,致使混凝土保护层开裂、变形及剥离；钢筋的锈蚀使钢筋与混凝土结合强度逐渐丧失,直接影响着桥梁的使用安全和耐久性。
（二）钢筋锈蚀后影响钢筋混凝土桥梁外观
钢筋锈蚀后会降低混凝土对钢筋的握裹力。因为，造成锈蚀物外流，在结构表面形成锈迹，影响结构美观。现代桥梁不仅具有它的实用价值，也有其审美价值。这些年经济发展的实践告诉我们，一个地方的环境往往是一个地方经济发展的重要因素，这个环境包括自然环境、历史人文环境和社会和谐环境。有许多地方的桥梁往往是这个地区吸引人们投资的的重要景点，例如，钱塘江大桥的建成，立竿见影地看到其对经济发展的刺激作用。如果一座大桥锈迹斑斑，有碍观瞻，有损景点的吸引力。
（三）钢筋锈蚀后的经济损失
美国学者Sitter曾经提出过著名的五倍定律，认为：结构设计时，对新建项目在钢筋防护方面每节省1美元，就意味着发现钢筋锈蚀时采取措施多追加5美元。据美国公路战略研究项目((SHRP)报告统计，1986年，美国修复因锈蚀引起的桥梁损坏所需费用为200亿美元，而且这种费用还在以每年5亿美元的速度递增。据江海交汇处南通市水利局资料显示，南通沿海滨江地区计有路桥涵闸70座，其中大中型20座，大型2座，50%的涵闸建于五、六年代，每年因钢筋锈蚀而进行维修加固要上亿元，去年仅节制闸维修就用去1100万元，今年九圩港进行维修预算3000万元。可见维修耗资之巨。
三、桥梁结构钢筋锈蚀的预防和修复
（一）混凝土钢筋锈蚀的预防
1、混凝土材抖的选择
提高混凝土材料的耐环境破坏能力和耐劣化能力，是保证混凝土结构耐久性的重要措施。首先是水泥的选择，正确选用水泥品种，对保证工程的耐久性与节约投资有重要意义；而后是粗、细集料的选择，碱――集料反应可能导致混凝土结构的破坏，施工中要严格加强对活性集料的控制。此外，选用质量和技术条件合格的砂、石骨料是保证混凝土结构耐久性的重要条件，合理的集配可以减少骨料空隙率和比表面积，也有助于提高混凝土的耐久性；还有拌合及养护用水的选择；外加剂的选择也很重要。混凝土外加剂的范围很广，品种很多，我国外加剂的品种目前已超过百种，其中包括减水剂、早强剂、加气剂、膨胀剂、速凝剂、缓凝剂、消泡剂、阻锈剂、密实剂、抗冻剂等。
2、结构设计和施工质量把关
耐久性设计的目的是通过合理选用结构材料，加强构造措施，使结构在设计使用年限内，在正常使用条件下，不致发生危及安全使用的劣化现象。为提高混凝土的密实性和抗中性化能力，混凝土的强度等级宜大于或等于C25。受氯离子腐蚀或其它大气腐蚀时，钢筋混凝土构件中可掺人钢筋阻绣剂。对于预应力混凝土结构，其混凝土强度等级不小于C40，后张法预应力混凝土构件应整体制作，不得采用块体拼装的构件。
结构的质量与混凝土的施工质量有着非常密切的关系，高质量的结构不仅需要有科学的材料和配合比设计，还要靠高质量的施工，包括原材料质量控制和拌合物生产、浇注、养生等施工全过程的质量控制来实现。棍凝土施工质量不良对耐久性的影响要比对强度的影响更大、更敏感。因此，加强施工过程的质量控制显得非常必要。
3、防锈的物理措施
（1）钢筋表面增加环氧树脂涂层。在发达国家,带有环氧树脂涂层的钢筋被广泛应用于桥梁等工程建设中。良好的涂层能有效防止钢筋锈蚀,大大延长结构使用寿命。具体做法是：用喷射钢砂对钢筋表面进行处理,除掉所有污迹和氧化膜;将待涂钢筋加热至232℃,再将环氧树脂粉末静电喷涂至钢筋表面,粉末在钢筋表面熔化,形成一层与钢筋粘结紧密的薄膜,然后进行养生。这一过程是不可逆的,也就是说,涂层形成后,重新加温加压不会使其熔化或流失。环氧树脂涂层可阻止水和带电离子到达钢筋表面,因此,即使砼产生裂缝,钢筋也能得到有效保护。
（2）注意防水层的密实性。水在钢筋锈蚀过程中起着重要作用,切断水的通路,钢筋锈蚀便可以控制了。桥梁防水包括表面防水和裂缝修补。表面防水一般采用在经常接触水的表面增加防水层的方法。防水层一般采用环氧树脂或其他高分子材料。防水层施工前,应使表面砼清洁、干燥,以保证良好的粘结性。防水层应致密、均匀,以达到良好的防水效果。
（3）增加钢筋保护层厚度。增加钢筋保护层厚度可使氯离子渗透至钢筋表面的时间增长,因而能延缓钢筋锈蚀的发生。现在有些钢筋保护层厚度不够，需要注意。在桥梁的建造中，一定要拒绝保护层厚度不够的钢筋进入工地。
4、电化学防护方法
电化学防护方法是应用电化学原理避免钢筋锈蚀,如阴极防护。在原电池中,活性较强的金属(阳极)失去电子逐渐熔解,而活性较弱的阴极维持原状。利用这一原理,可以引入活性比铁强的金属(如锌)充当阳极,与钢筋砼共同形成电池。当电化学反应发生时,活性比铁强的金属逐渐被腐蚀,而钢筋不会锈蚀。一种典型的阴极防护形式就是用电弧法将锌喷涂于梁腹砼表面作为外加阳极对钢筋进行保护。这一方法对防止钢筋锈蚀很有效。
（二）混凝土钢筋锈蚀的处理修复
1、及时发现，及早维护
桥梁病害的发展是一个非线形的过程。开始阶段，病害的发展很平缓，经过某一临界点后，病害发展会急剧加速，直至桥梁失去使用功能。其病害的发展过程，可以用一条几何曲线来描述；.同样，病害修复所需费用也符合类似规律。因此及时发现病害后，及时修复十分重要，否则，不仅所花时间很多，费用也很大。
钢筋锈蚀可能在桥梁的任何部位发生，特别是经常有水浸润和钢筋出露的地方，如伸缩缝附近、经常被水淋湿的梁腹、桥面及混凝土开裂处等。修复时，首先要清除所有锈蚀区域的混凝土，然后对钢筋进行除锈处理，通常采用喷砂法或超高压水枪喷射除锈。如果钢筋截面积因锈蚀严重减小，可能影响桥梁的承载力时，应根据验算结果确定修复部位并增加钢筋数量，以确保结构含筋量。上述工作完成后，在打开处浇筑高强度水泥混凝土。当混凝土层较薄无法立模施工时，可采用喷射混凝土浇筑。
2、处理锈蚀要按照一定的步骤进行
在一般情况的修复是：首先要凿除松脱、剥离等已损坏部分的混凝土，使钢筋全部露出；然后用喷砂枪或其他工具对钢筋作除锈处理，并凿除混凝土表面上的灰尘；接着对钢筋除锈后作防锈处理在露出的钢筋表面涂以环氧胶液等粘结剂；最后配料浇筑混凝土，如采用环氧砂浆、环氧混凝土或其他防腐材料，对新混凝土进行表面处理。
在混凝土碳化严重情况下的修复，有两种处理方法，一是在结构外补做高密实的混凝土保护层或在结构表面加一层封闭性表面涂层。二是用电极渗透法将强碱性电解质溶液向已中性化的结构混凝土保护层内渗透，使旧混凝土重新变成碱性，恢复其功效。
参考文献：
[1]陈昌伟.桥梁钢筋锈蚀及其对策[J].公路,1999,(6).
[2]周莉.桥梁结构钢筋锈蚀的预防及修复[J].黑龙江交通科技(总第120期),2004,(2).