钢筋锈蚀机理
钢筋在混凝土结构中的服饰是在有水分子参与的条件下发生的,钢筋锈蚀的电极反应式为:
阳极 Fe→(Fe2+)+2e
阴极 O2+2(H2O)+4e→4(OH)-
阳极表面二次化学过程为
(Fe2+)+2(OH-)→Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2(H2O)→4Fe(OH)3
在氧气和水汽的共同作用下,由上述电化学反应式的钢筋表面的铁不断失去电子而溶于水,从而逐渐被腐蚀,在钢筋表面生成红铁锈,引起混凝土开裂。钢筋锈蚀的机理如图所示,大气环境中钢筋在混凝土中锈蚀的宏观过程。
钢筋混凝土结构在使用寿命期间可能遇到的最危险的侵蚀介质就是氯离子。它对混凝土结构的危害是多方面的,这里只评述氯离子促进钢筋锈蚀方面的机理。
氯离子 CI-和氢氧根离子OH-争夺腐蚀产生的Fe2+,形成FeCI2•4H2O(绿绣),绿绣从钢筋阳极向含氧量较高的混凝土孔隙迁徙,分解为Fe(OH)2(褐绣)。褐绣沉积于阳极周围,同时放出H+和CI-,它们又回到阳极区,使阳极区附近的孔隙液局部酸化,CI-再带出更多的Fe2+。这样,氯离子虽然不构成腐蚀产物,在腐蚀中也不消耗,但是最为腐蚀的中间产物给腐蚀起了催化作用。反应式为
(Fe2+)+2(CI-)+4H2O→FeCI2•4H2O
FeCI2•4H2O→Fe(OH)2↓+2CI-+2(H-)+2H2O
如果在大面积的钢筋表面上有高浓度的氯离子,则氯离子引起的腐蚀是均匀腐蚀,但是在混凝土中常见局部腐蚀。首先在很小的钢筋表面上形成局部破坏,成为小阳极,此时钢筋表面的大部分仍具有钝化膜,成为大阴极。这种特定的由大阴极和小阳极组成的腐蚀电偶,由于大阴极供养充足,使小阳极上铁迅速溶解产生深蚀坑,小阳极区局部酸化;同时,由于大阴极区的阴极反应,生成OH-使pH值增高;氯离子提高混凝土吸湿性,使阴极和阳极之间的混凝土孔隙液欧姆电阻降低。这三方面的自发性变化,使得上述局部腐蚀电偶以局部深入的形式持续进行,这种局部腐蚀又称为点蚀和坑蚀.