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摘要 影响钢筋混凝土结构耐久性的因素很多，其中钢筋锈蚀是最重要因素之一。本文主要讲述了钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀机理及锈蚀钢筋力学性能退化。
关键词 钢筋混凝土结构耐久性 钢筋锈蚀
The Problem analysis on corrosion of steel in reinforced concrete structures
Xiao Shi Jing Wang Yu De
(School of Civil Engineering, Hebei UniversityHebeiHandan 056038)
AbstractThere are many factors on influence of Reinforced concrete structure durability, and the corrosion of reinforcement is one of the most important factors. This article mainly describes the corrosion mechanism of mechanical properties of corroded reinforced and measures to how to prevent corrosion of reinforcement.
KeywordsReinforced concrete structure durability rust corrosion
1概述
耐久性是混凝土结构的一项基本功能。耐久性的好坏直接影响到结构的使用寿命，提高结构的耐久性可以为国家节约了大量的物力、财力。钢筋锈蚀是影响结构耐久性的一个首要的因素，由于钢筋锈蚀导致大量的混凝土结构维修或拆除，给国家造成巨大的经济损失。因此，能否有效的地防止钢筋锈蚀是决定钢筋混凝土结构耐久性的关键，对钢筋混凝土工程耐久性的研究具有重要的意义。
2结构中钢筋锈蚀
2.1 钢筋锈蚀发生的条件
混凝土结构中钢筋锈蚀发生必须具备以下条件：
(1) 钢筋表面钝化膜遭到破坏，处于活化状态；
(2) 钢筋表面有电化学反应和离子扩散所需要的水和氧气；
(3) 以上两条件满足，内部存在电位差，形成腐蚀电池。
2.2 腐蚀过程
当钢筋表面的钝化膜破坏后，在水和氧气的环境下，钢筋发生电化学腐蚀，其腐蚀过程如下：
(1) 阳 极 反 应：
(2-1)
(2) 电子传输过程：释放的电子向阴极区移动；
(3) 阴极反应过程：
陰极溶液区 吸收电子,反应式：(2-2)
(4) 腐蚀反应生成过程：
(2-3)(2-4)
(2-5) (2-6)
从上得出钢筋锈蚀电化学原理图1:
3钢筋锈蚀后的力学性能退化
3.1 锈蚀钢筋力学性能退化的因素
从宏观上讲，锈蚀钢筋的强度和延性降低，主要有三种因素：
⑴ 物理因素：不均匀腐蚀导致应力集中；
⑵ 几何因素：锈蚀钢筋的平均截面减少；
⑶ 材料因素：由于内部应力作用，腐蚀将改变钢筋内部晶体结构，进一步导致钢筋性能发生变化。
3.2 锈蚀钢筋力学性能退化模型
以下简单介绍了国内学者得到几种关系模型：
⑴牛荻涛等人通过分析得出了锈蚀屈服拉力 与极限拉力 的计算式：
(3-7)(3-8)
式中， ， ─分别为未绣钢筋的屈服强度和极限强度；
─未绣钢筋截面面积；
─钢筋锈蚀截面损失率。
（ 时，按式3-1计算锈蚀钢筋的屈服拉力； >15时，按无屈服点的热轧钢筋处理）。
⑵ 惠云玲等通过大量实验提出了锈蚀程度与屈服强度和抗拉强度的关系模型：
（3-9） （3-10）
式中， ， ─分别为锈蚀后实际面积算的屈服强度与抗拉强度；
， ─锈蚀前的屈服强度与抗拉强度；
─截面损失率。
⑶在以下假定：①在不考虑强化段，钢筋锈蚀的应力、应变曲线服从双折式； ②锈蚀前和锈蚀后的钢筋弹性模量相等；③锈蚀钢筋的延伸率与极限应变的规律相同。袁迎曙等认为锈蚀钢筋的名义应力、应变的关系式可以有以下参数确定：
(3-11）
当 时
（3-12）
当 时，
（3-13）
式中， ─锈蚀 钢筋名义屈服时所对应的应变值；
， ， ─分别为锈蚀钢筋名义屈服强度、延伸率、极限应变；
， ， ─分别为未锈蚀钢筋屈服强度、延伸率、极限应变；
，─分别为钢筋弹性模量和钢筋平均锈蚀率。
以上在一定程度反应了锈蚀率与屈服强度、延伸率退化关系。钢筋锈蚀不仅导致其本身的力学性能退化，而且还降低了与混凝土间的粘结力，进一步导致混凝土结构承载力下降，最终使建筑物破坏，为国家造成大量的人力、物力损失。
4总结
钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构中一个相当复杂、重要的问题。钢筋锈蚀不仅影响到钢筋本身的力学性能变化，而且还影响到混凝土结构耐久性的好坏和寿命的长短。如果能有效地减少钢筋锈蚀程度，不仅可以提高结构的使用寿命，而且还为国家节约大量的财力和资源等。因此，对钢筋锈蚀的研究是一个迫在眉睫的任务。
参考文献
[1] 张平生，卢梅，李晓燕.锈蚀钢筋的力学性能[J].工业建筑，1995,25（9）：41-44.
[2] 吴庆.基于钢筋锈蚀的混凝土构件性能退化预计模型.中国矿业大学出版社，2009.12.
[3] 牛荻涛，卢梅，王庆霖.锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法研究[J].建筑结构，2002,32（10）：14-17.
[4] 袁迎曙，贾福萍，蔡跃.锈蚀钢筋的力学性能退化研究[J].浙江大学学报（工学报），2002（4）：371-380.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词 钢筋混凝土结构耐久性 钢筋锈蚀
The Problem analysis on corrosion of steel in reinforced concrete structures
Xiao Shi Jing Wang Yu De
(School of Civil Engineering, Hebei UniversityHebeiHandan 056038)
AbstractThere are many factors on influence of Reinforced concrete structure durability, and the corrosion of reinforcement is one of the most important factors. This article mainly describes the corrosion mechanism of mechanical properties of corroded reinforced and measures to how to prevent corrosion of reinforcement.
KeywordsReinforced concrete structure durability rust corrosion
1概述
耐久性是混凝土结构的一项基本功能。耐久性的好坏直接影响到结构的使用寿命，提高结构的耐久性可以为国家节约了大量的物力、财力。钢筋锈蚀是影响结构耐久性的一个首要的因素，由于钢筋锈蚀导致大量的混凝土结构维修或拆除，给国家造成巨大的经济损失。因此，能否有效的地防止钢筋锈蚀是决定钢筋混凝土结构耐久性的关键，对钢筋混凝土工程耐久性的研究具有重要的意义。
2结构中钢筋锈蚀
2.1 钢筋锈蚀发生的条件
混凝土结构中钢筋锈蚀发生必须具备以下条件：
(1) 钢筋表面钝化膜遭到破坏，处于活化状态；
(2) 钢筋表面有电化学反应和离子扩散所需要的水和氧气；
(3) 以上两条件满足，内部存在电位差，形成腐蚀电池。
2.2 腐蚀过程
当钢筋表面的钝化膜破坏后，在水和氧气的环境下，钢筋发生电化学腐蚀，其腐蚀过程如下：
(1) 阳 极 反 应：
(2-1)
(2) 电子传输过程：释放的电子向阴极区移动；
(3) 阴极反应过程：
陰极溶液区 吸收电子,反应式：(2-2)
(4) 腐蚀反应生成过程：
(2-3)(2-4)
(2-5) (2-6)
从上得出钢筋锈蚀电化学原理图1:
3钢筋锈蚀后的力学性能退化
3.1 锈蚀钢筋力学性能退化的因素
从宏观上讲，锈蚀钢筋的强度和延性降低，主要有三种因素：
⑴ 物理因素：不均匀腐蚀导致应力集中；
⑵ 几何因素：锈蚀钢筋的平均截面减少；
⑶ 材料因素：由于内部应力作用，腐蚀将改变钢筋内部晶体结构，进一步导致钢筋性能发生变化。
3.2 锈蚀钢筋力学性能退化模型
以下简单介绍了国内学者得到几种关系模型：
⑴牛荻涛等人通过分析得出了锈蚀屈服拉力 与极限拉力 的计算式：
(3-7)(3-8)
式中， ， ─分别为未绣钢筋的屈服强度和极限强度；
─未绣钢筋截面面积；
─钢筋锈蚀截面损失率。
（ 时，按式3-1计算锈蚀钢筋的屈服拉力； >15时，按无屈服点的热轧钢筋处理）。
⑵ 惠云玲等通过大量实验提出了锈蚀程度与屈服强度和抗拉强度的关系模型：
（3-9） （3-10）
式中， ， ─分别为锈蚀后实际面积算的屈服强度与抗拉强度；
， ─锈蚀前的屈服强度与抗拉强度；
─截面损失率。
⑶在以下假定：①在不考虑强化段，钢筋锈蚀的应力、应变曲线服从双折式； ②锈蚀前和锈蚀后的钢筋弹性模量相等；③锈蚀钢筋的延伸率与极限应变的规律相同。袁迎曙等认为锈蚀钢筋的名义应力、应变的关系式可以有以下参数确定：
(3-11）
当 时
（3-12）
当 时，
（3-13）
式中， ─锈蚀 钢筋名义屈服时所对应的应变值；
， ， ─分别为锈蚀钢筋名义屈服强度、延伸率、极限应变；
， ， ─分别为未锈蚀钢筋屈服强度、延伸率、极限应变；
，─分别为钢筋弹性模量和钢筋平均锈蚀率。
以上在一定程度反应了锈蚀率与屈服强度、延伸率退化关系。钢筋锈蚀不仅导致其本身的力学性能退化，而且还降低了与混凝土间的粘结力，进一步导致混凝土结构承载力下降，最终使建筑物破坏，为国家造成大量的人力、物力损失。
4总结
钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构中一个相当复杂、重要的问题。钢筋锈蚀不仅影响到钢筋本身的力学性能变化，而且还影响到混凝土结构耐久性的好坏和寿命的长短。如果能有效地减少钢筋锈蚀程度，不仅可以提高结构的使用寿命，而且还为国家节约大量的财力和资源等。因此，对钢筋锈蚀的研究是一个迫在眉睫的任务。
参考文献
[1] 张平生，卢梅，李晓燕.锈蚀钢筋的力学性能[J].工业建筑，1995,25（9）：41-44.
[2] 吴庆.基于钢筋锈蚀的混凝土构件性能退化预计模型.中国矿业大学出版社，2009.12.
[3] 牛荻涛，卢梅，王庆霖.锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法研究[J].建筑结构，2002,32（10）：14-17.
[4] 袁迎曙，贾福萍，蔡跃.锈蚀钢筋的力学性能退化研究[J].浙江大学学报（工学报），2002（4）：371-380.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。