电化学腐蚀与混凝土碳化对钢材腐蚀的影响

钢材表面与周围环境接触，在一定条件下可发生作用而使钢材表面腐蚀。腐蚀不仅造成钢材受力截面减小，表面不平整导致应力集中，降低钢材的承载能力，还会使疲劳强度大为降低，尤其是显著降低钢材的冲击韧性，使钢材脆断。混凝土中的钢筋被腐蚀后，体积膨胀，使混凝土顺筋开裂。因此为了确保钢材不产生腐蚀，必须采取防腐措施。

1.钢材腐蚀的原因

根据钢材表面与周围介质的不同作用，一般将腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。

（1）化学腐蚀

化学腐蚀是由非电解质溶液或各种干燥介质（如O2，CO2，SO2，Cl2等）所引起的一种纯化学性质的腐蚀，无电流产生。这种腐蚀多数是因氧化作用在钢材表面形成疏松的氧化物。化学腐蚀在干燥的环境下进展很缓慢，但在温度和湿度较高的条件下，进展很快。

（2）电化学腐蚀

钢材与电解质溶液相接触产生电流，形成原电池而发生的腐蚀称为电化学腐蚀。钢材中含有铁素体、渗碳体、非金属夹杂物等，这些成分的电极电位不同，即活泼性不同，在电解质存在时，很容易形成原电池的两个极。钢材与潮湿介质中空气、水、土壤接触时，表面覆盖一层水膜，水中溶有来自空气的各种离子，便形成了电解质。首先是钢中的铁素体失去电子成为阳极，渗碳体成为阴极。在酸性电解质中，H+得到电子变成氢气逸出；在中性介质中，由于氧的还原作用使水中含有OH-，随之生成不溶于水的Fe（OH）2，进一步氧化成Fe（OH）3及其脱水产物Fe2O3，即红褐色铁锈的主要成分。

水是弱电解质溶液，而溶有CO2的水则成为有效的电解质溶液，从而加速电化学腐蚀过程。钢材在大气中的腐蚀，实际上是化学腐蚀和电化学腐蚀共同作用所致，但以电化学腐蚀为主。

影响钢材腐蚀的主要因素有环境中的湿度、氧含量，介质中的酸、碱、盐，钢材的化学成分及表面状况等。一些卤素离子，特别是氯离子能破坏保护膜，促进钢材锈蚀反应。钢材锈蚀过程中，伴随着其体积增大（甚至达原体积的6倍），在钢筋混凝土中会使周围的混凝土胀裂，影响混凝土使用寿命。

2.钢材腐蚀的防止措施(www.xing528.com)

影响钢材腐蚀的原因有材质、使用环境和接触介质三个方面，因此防止钢材腐蚀的方法也可以从改变钢材本身的易腐蚀性、隔离环境中的侵蚀介质和改变钢材表面的电化学过程三个方面着手。常用的方法有以下几种。

（1）保护膜法

用保护模使钢材与周围介质隔离，从而避免或减缓外界腐蚀性介质对钢材的破坏作用。例如，在钢材的表面喷刷涂料、搪瓷、塑料等，以金属镀层作为保护膜，如镀锌、锡、铬等。

（2）电化学保护法

无电流保护法是在钢铁结构上接一块较钢铁更为活泼的金属，如锌、镁，因为锌、镁比钢铁的电位低，所以锌、镁成为腐蚀电池的阳极遭到破坏（牺牲阳极），而钢铁结构得到保护。这种方法常用于那些不容易或不能覆盖保护层的地方，如蒸汽锅炉、轮船外壳、地下管道、港口结构、道桥建筑等。

（3）合金化

在碳素钢中加入能提高抗腐蚀能力的合金元素，如镍、铬、钛、铜等，制成不同的合金钢。

混凝土中的pH值一般在12以上，混凝土在钢筋表面形成碱性氧化膜（钝化膜），对钢筋起到保护作用。但混凝土碳化后，由于其碱度降低，会失去对钢筋的保护作用。此外，混凝土中的氯离子达到一定浓度，也会严重破坏钢筋表面的钝化膜。因此，防止混凝土中钢筋的腐蚀除了可以采用上述方法外，从经济性角度更适宜采取以下方法：提高混凝土的密实度和碱度，保证钢筋有足够的保护层厚度；采取硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，限制混凝土中氯离子含量；使用钢筋防锈剂；钢筋涂覆环氧树脂或镀锌等。预应力混凝土应禁止使用含氯盐的骨料和外加剂。