張建文，盧錦龍，盧錦智，鄭廣育，劉國文

（1、東莞市濱海灣新區(qū)控股有限公司 廣東 東莞 523867；2、廣東凌昊建筑工程有限公司 廣東 東莞 523882；3、廣東工業(yè)大學(xué)土木與交通工程學(xué)院 廣州 510006）

0 引言

隨著我國土木工程行業(yè)水平的不斷提升，新材料與新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)［1-3］。在眾多建筑材料中，鋼筋已經(jīng)成為建筑工程中不可或缺的重要材料。然而，在建筑工程停工情況下，鋼筋容易受到大氣、水分、氧氣等外部環(huán)境的影響，從而導(dǎo)致鋼筋表面產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重影響鋼筋使用壽命和工程質(zhì)量。因此，在建筑工程停工期間，鋼筋防銹措施變得尤為重要。通過采取科學(xué)、合理的鋼筋防銹措施，可以有效地保護鋼筋不受銹蝕的影響，從而延長鋼筋使用壽命，提高工程質(zhì)量，降低后期維護成本。

在鋼筋防銹措施選擇上，一般采用的方法是涂刷防銹漆或涂層，這些涂料可以形成一層保護層，有效地防止鋼筋被氧化、腐蝕和生銹。此外，也可以采用覆蓋物、覆蓋層等措施來防止鋼筋受到外部環(huán)境的侵蝕和損壞。在實際應(yīng)用中，鋼筋防銹措施需要考慮多方面因素，包括施工現(xiàn)場環(huán)境條件、建筑工程使用情況、鋼筋種類和材質(zhì)等等。因此，在選擇鋼筋防銹措施的同時，也需要根據(jù)具體情況進行合理的施工計劃和施工方案。

總而言之，對于停建工程鋼筋防銹措施來說，科學(xué)、合理的防銹措施對于保護鋼筋不被腐蝕和氧化具有非常重要的作用。只有通過嚴(yán)謹?shù)氖┕び媱澓头冷P方案，才能確保建筑工程的質(zhì)量和安全性，提高鋼筋使用壽命，從而保護投資者利益。

1 鋼筋銹蝕的影響

鋼筋在建筑結(jié)構(gòu)中起著非常重要的作用，其主要作用是增強混凝土的抗拉強度，從而提高整個建筑結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性。然而，如果鋼筋受到銹蝕的影響，就會嚴(yán)重削弱其抗拉強度，導(dǎo)致整個建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到威脅。

鋼筋銹蝕會導(dǎo)致鋼筋直徑變小，鋼筋截面積減小，從而使鋼筋的承載能力有所降低。高向玲等人［4-6］的研究結(jié)果表明，當(dāng)鋼筋銹蝕率在1%～5%時，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線中的屈服點和平臺不明顯，但其抗拉強度和屈服強度仍可視為與未銹蝕的鋼筋相同。然而，在計算鋼筋承載力時仍需考慮鋼筋截面減少的因素；當(dāng)鋼筋銹蝕率在5%～10%時，沒有明顯屈服點，抗拉強度和屈服強度均開始降低；當(dāng)鋼筋銹蝕率在10%～50%時，鋼筋嚴(yán)重銹蝕，沒有屈服點，各項力學(xué)性能均發(fā)生嚴(yán)重退化。當(dāng)鋼筋銹蝕率大于50%時，構(gòu)件承載力嚴(yán)重降低，基本不考慮鋼筋的作用，與未配筋構(gòu)件相差不大。因此，鋼筋銹蝕對鋼筋承載力影響不能忽視。此外，鋼筋銹蝕還會使鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力降低［7］，降低了整個建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震能力。長期停建工程的鋼筋銹蝕還會導(dǎo)致鋼筋內(nèi)部應(yīng)力分布不均，從而產(chǎn)生更多的裂縫和缺陷，進一步加劇建筑結(jié)構(gòu)的損傷。

鋼筋銹蝕會影響房屋建筑的耐久性和安全性。鋼筋一旦受到銹蝕的影響，房屋建筑就容易出現(xiàn)混凝土斷裂、脫落等問題，嚴(yán)重影響建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全性。如果項目因一些不可抗拒的原因長期停建，鋼筋防腐措施不得當(dāng)，則鋼筋的腐蝕速度可能會更快，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的安全性更加受到威脅。

2 鋼筋銹蝕原理

鋼筋主要由鐵、碳和其他元素（如錳、硅等）組成。其表面銹蝕程度和速度與環(huán)境因素密切相關(guān)，環(huán)境中的濕度、酸堿度、氯離子、氧氣等皆有影響。當(dāng)鋼筋表面與空氣或水接觸時，在鋼筋表面上會形成許多微小原電池［8］，在氧氣和水分的條件下，鋼筋的在陽極區(qū)會發(fā)生氧化過程：

在陰極區(qū)則會發(fā)生氧氣和水的還原反應(yīng)：

陽極區(qū)的Fe2+會向四周擴散，流向陰極區(qū)時與OH-反應(yīng)，生成Fe（OH）2，如下：

當(dāng)氧氣充分時，F(xiàn)e2+會被進一步氧化，即：

Fe（OH）3脫水之后就變成我們熟知的疏松多孔的紅銹Fe2O3，即：

以上為鋼筋銹蝕主要原理，若能夠隔絕水分或者氧氣其中一樣物質(zhì)即可有效阻斷氧化還原反應(yīng)，從而防止鋼筋銹蝕。此外，鋼筋的化學(xué)成分對其表面銹蝕的程度和速度有著重要的影響。例如，含碳量高的鋼筋表面容易發(fā)生銹蝕，而含有鉻、鎳等元素的不銹鋼鋼筋則相對不易產(chǎn)生銹蝕。

另一個鋼筋銹蝕本質(zhì)原因是微觀結(jié)構(gòu)的變化。鋼筋的微觀結(jié)構(gòu)主要是由鐵原子構(gòu)成的晶體結(jié)構(gòu)，通常稱為鐵素體。鐵素體中的鐵原子排列成緊密堆積的晶格結(jié)構(gòu)，因此強度較高。然而，當(dāng)鋼筋受到腐蝕時，氧化鐵會產(chǎn)生在鐵素體的晶體結(jié)構(gòu)中。據(jù)研究［9］，氧化鐵的體積比原來的鐵大得多，鋼筋銹蝕的產(chǎn)物Fe2O3·3H2O的體積相當(dāng)于Fe的6.4倍左右。這些氧化物導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的體積膨脹，使鋼筋產(chǎn)生微觀裂紋，加速了鋼筋的腐蝕，最終導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)的疲勞和失效。

3 裸露鋼筋防銹措施

目前在建筑工程中，鋼筋的防腐蝕和防銹措施主要且常見的有：涂有機防銹涂層、添加鋼筋阻銹劑、鍍鋅層、包裹水泥漿等。在實際工程中，常常會采取多種防銹措施相結(jié)合的方法，或者采用改性防腐涂料以達到更好的防銹效果。此外，鋼筋的防銹措施需要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范執(zhí)行，以確保防銹效果和工程質(zhì)量。

3.1 環(huán)氧樹脂涂料

環(huán)氧樹脂可廣泛應(yīng)用于建筑工程的筋材防銹。無機納米填料、宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計和環(huán)氧樹脂分子設(shè)計是效果最卓越的改性方案之一，可用于改善環(huán)氧樹脂涂料的性能［10］。它的優(yōu)異性能和廣泛適用性使其成為防護鋼筋的理想選擇。

我國在20 世紀(jì)90 年代中期引進了環(huán)氧樹脂涂層鋼筋，并進行了研究和應(yīng)用。為解決涂層鋼筋在混凝土結(jié)構(gòu)中的粘結(jié)性能、錨固長度、綁扎搭接長度設(shè)計取值，以及對構(gòu)件使用階段裂縫和剛度的影響等問題，進行了大量試驗研究，并制定了相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范［11-12］。環(huán)氧樹脂涂料的耐化學(xué)腐蝕性能優(yōu)越，能夠防止氧氣、水和其他腐蝕物質(zhì)對鋼材的腐蝕作用。因此，它廣泛應(yīng)用于海洋和地下等腐蝕性環(huán)境下的建筑工程中。如我國早期將環(huán)氧樹脂涂層鋼筋試點應(yīng)用在北京西客站南廣場地下通道和寧波大橋，其表現(xiàn)出來的工程效益良好，結(jié)構(gòu)耐久性大幅提高，總體降低了未來的維修費用［13］。此后，環(huán)氧樹脂涂層鋼筋在沿海地區(qū)的工程得到了青睞，廣東汕頭LPG 石油碼頭、上海寶鋼馬跡山礦石碼頭、廈門演武跨海大橋等重大工程得到了應(yīng)用［14］，并且在鋼筋防腐防銹方面均取得成功。

其次，許多學(xué)者采用添加物來改性環(huán)氧樹脂的性能，使其在某個或多個方面的性能得到增強。馬俊等人［15］制備的氧化石墨烯改性環(huán)氧樹脂涂料，防腐性能相比無改性的環(huán)氧樹脂涂料有較大的提升；夏銀鳳等人［16］以SiC 微小顆粒為增強相制備的SiC 改性環(huán)氧樹脂耐磨涂料，其抗沖蝕磨損能力與90 氧化鋁陶瓷相當(dāng)，具有良好的機械強度和耐磨性能，能夠減少裸露鋼筋因磕碰導(dǎo)致涂料脫落引起銹蝕的問題。改性環(huán)氧樹脂涂料還具有良好的涂裝性能以及良好的流動性和自流平性，能夠在鋼結(jié)構(gòu)表面形成平整、均勻的涂層，保證了鋼筋的耐久性。如肖明等人［17］研究的有機金屬框架材料/水性環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層，相比無改性環(huán)氧樹脂材料的水接觸角和涂層阻抗性能有大幅提高，使其更適合應(yīng)用在金屬材料表面的涂層上。

此外，環(huán)氧樹脂涂料本身具有很強的附著力和抗剝落性，能夠有效防止涂層剝落和脫落。改性環(huán)氧樹脂能夠進一步增強其抗剝落性能。如何麗紅等人［18］利用二甲基二氯硅烷與環(huán)氧樹脂合成有機硅改性環(huán)氧樹脂并水性化，與高嶺土復(fù)合得到水性有機硅改性環(huán)氧樹脂涂料，使其拉伸強度和粘結(jié)強度分別達到了2.08 MPa 和46.55 MPa。該研究團隊考察了其改性環(huán)氧樹脂涂料其他的性能，包括耐紫外線和耐高溫性能，并發(fā)現(xiàn)其展現(xiàn)出卓越的性能。

雖然環(huán)氧樹脂涂料在各個性能方面表現(xiàn)優(yōu)異，但其價格較高。根據(jù)市面價格，環(huán)氧樹脂涂層鋼筋比普通鋼筋價格高50%左右。劉洋［19］的研究結(jié)果表明，采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋增加的費用占整個工程總造價2%以上，是一筆不少的費用。若采用人工對裸露鋼筋涂抹環(huán)氧樹脂進行防銹處理可能比直接采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋的成本更高。其次環(huán)氧樹脂涂料對基材表面的處理要求較高，需要清理干凈，表面光潔度要求高。并且需要在一定的溫度和濕度條件下施工，要求施工現(xiàn)場的溫度和濕度控制精度高，施工難度較大。與此同時，普通環(huán)氧樹脂涂料長期在高溫環(huán)境下易發(fā)生脆化、變色等現(xiàn)象。在施工過程中，由于環(huán)氧樹脂涂料的固化過程中會釋放出氣體，如果不能及時排出氣泡，涂膜表面會產(chǎn)生缺陷。

3.2 鋼筋阻銹劑

鋼筋阻銹劑是一種防銹材料，能夠在鋼筋表面形成一層保護膜，阻止鋼筋與環(huán)境中的氧氣、水分等發(fā)生反應(yīng)，從而達到防止鋼筋銹蝕的目的，多數(shù)用于防止海洋環(huán)境下氯鹽對鋼筋的侵蝕。鋼筋阻銹劑通常是涂在鋼筋表面上的一種化學(xué)材料或者是作為添加劑摻和在混凝土里面，具有極強的附著力和抗腐蝕性能，能夠形成一層厚度均勻、致密、不易剝落的保護膜，有效延長鋼筋的使用壽命。同時，鋼筋阻銹劑不會對鋼筋的物理性能和力學(xué)性能產(chǎn)生明顯的影響，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性［20］。鋼筋阻銹劑可分為陽極型阻銹劑、陰極型阻銹劑以及復(fù)合型阻銹劑，不同阻銹劑的阻銹原理不同。在鋼筋銹蝕的過程中，陰陽極反應(yīng)之間需保持得失電子平衡。因此鋼筋銹蝕的速度受陰陽極反應(yīng)速度的影響。

陽極型阻銹劑是通過控制陽極區(qū)鐵基體失去電子的速度來達到阻銹的目的。陽極型阻銹劑主要包括亞硝酸鹽、鉬酸鹽等無機鹽。李濤［21］針對氯鹽和硫酸鹽的侵蝕，探究了亞硝酸鈣系和亞硝酸鹽鈉系防腐阻銹劑的鋼筋防腐效果以及對混凝土的影響。結(jié)論表明，防腐阻銹劑中亞硝酸鹽的摻量≥7.5%才能起到阻銹效果，且亞硝酸鹽摻量為8.5%即可起到良好的阻銹效果。但在高氯鹽惡劣的條件下，鋼筋仍然會出現(xiàn)氯鹽腐蝕現(xiàn)象，甚至是耐蝕合金鋼筋都難逃一劫。對此，吳淼［22］針對高氯鹽環(huán)境下，探究了鉬酸鹽防腐阻銹劑對耐蝕合金鋼筋的防腐效果。研究表明，鉬酸鹽不僅能與鋼筋發(fā)生反應(yīng)形成保護性產(chǎn)物，還能夠與氯離子發(fā)生競爭吸附，從而提升了低碳鋼筋和10%Cr鋼筋的耐氯鹽點蝕能力。

陰極型阻銹劑有磷酸鹽類阻銹劑和脂肪酸酯阻銹劑等。其作用機理與陽極型阻銹劑類似，通過生成脂肪酸鹽來抑制陰極區(qū)得到電子的速度來減緩鋼筋的銹蝕作用。同時陰極阻銹劑能增大介質(zhì)的pH 值，有效的降低了鐵銹的溶解度。當(dāng)阻銹劑濃度不足或與氯化物的比率不合適時，陽極區(qū)會繼續(xù)發(fā)生點蝕現(xiàn)象。這是因為在陰極型阻銹劑生成的非融鹽量較低或吸附膜過薄的情況下，局部的銹蝕鋼筋仍然會發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，最初僅限于陽極區(qū)的點蝕位置。隨著時間的推移，點蝕范圍會逐漸擴大。目前，純陰極型阻銹劑的使用已經(jīng)相對較少，而更常見的做法是將其作為復(fù)合型阻銹劑的成分之一［23］。

復(fù)合型阻銹劑包括ZnO 與Ca（OH）2的復(fù)合物以及絕大多數(shù)的有機類阻銹劑，其的阻銹作用比較全面［24］，主要為以下幾方面：①增大鋼筋所在環(huán)境的電阻率；②提高混凝土的密實度，以達到控制水分入侵的效果；③調(diào)控混凝土內(nèi)部的pH 值；④在鋼筋陰陽極區(qū)形成保護層。在3 種阻銹方式當(dāng)中，復(fù)合型的阻銹性能表現(xiàn)最好。

3.3 鋅基鍍層

鍍鋅層的防腐可以起到雙重防護的作用：①在混凝土腐蝕環(huán)境中，鋅能在鋼筋表面形成一層致密、堅固、耐腐蝕的Zn（OH）2保護層。在含少量氯離子情況下還會形成ZnCl2·4Zn（OH）2保護層。保護層將金屬基體和它所處的腐蝕環(huán)境隔離開來，阻止有害離子對會屬的侵蝕，保護鋼鐵基體［25］；②即便在較為惡劣的易銹蝕環(huán)境中，鋅比鐵更為活躍，能夠替代鋼筋，在電化學(xué)反應(yīng)中作為陽極犧牲，防止鋼筋銹蝕，從而起到雙重防護的作用。目前主要采用熱浸鍍鋅和冷鍍鋅（電鍍鋅）兩種方法進行鍍鋅。但考慮到工程量以及施工難度的問題，對于長期停建工程的裸露鋼筋采用鍍鋅的方法防銹并不現(xiàn)實?，F(xiàn)階段已有一種經(jīng)濟簡單的鋅粉防銹方法，其主要步驟如下［26］：⑴通過計算鋼筋銹蝕重量來換算鋅粉的有效使用量；⑵鋅粉的實際使用量為鋅粉的有效使用量乘以調(diào)整系數(shù)；⑶在澆筑混凝土?xí)r，當(dāng)混凝土與第一層鋼筋齊平后，向鋼筋周圍均勻撒入實際使用量的鋅粉；⑷繼續(xù)澆筑混凝土，當(dāng)混凝土與另一層鋼筋齊平后，繼續(xù)用鋅粉防銹；⑸當(dāng)所有鋼筋都防銹處理完成后，最后完成整根混凝土構(gòu)件的澆筑。

總體來說，采用鋅基鍍層鋼筋防銹方法具有很高的防腐蝕性能和施工便利性，對于裸露鋼筋采用該方法是可行的。但成本較高且無法避免鋼筋在彎曲、剪切等過程中的局部損傷和脫鋅現(xiàn)象，從而影響其防腐蝕性能，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇適合的鋼筋防銹方法。

3.4 水泥漿包裹

水泥漿包裹是指外露的鋼筋在經(jīng)過除銹這一過程后，在其表面直接涂刷水泥漿保護層，以便起到保護外露鋼筋的作用。這種處理方法簡單便捷，其防護效果取決于水泥漿的配合比，施工質(zhì)量以及保護層厚度等［27］。通常采用108 膠加纖維素和42.5R 水泥攪拌成水泥膠漿，灰膠比為1∶2，用毛刷涂刷均勻，裹住鋼筋表面，厚度控制在1.5 mm 以上。間隔6 個月涂刷一次。后續(xù)施工啟動時清除。此方法杜絕鋼筋與氧氣接觸，減緩鋼筋氧化速度，一般后期繼續(xù)施工時鋼筋仍比較明亮，出現(xiàn)銹斑幾率較小。

水泥漿可以對鋼筋進行一定程度的包裹和保護，且成本較低。但水泥漿的孔隙度較大，難以達到完全密封的效果，從而無法避免鋼筋在潮濕環(huán)境下的銹蝕。此外，由于水泥漿本身的化學(xué)性質(zhì)，如果施工不當(dāng)或者漿體質(zhì)量不佳，反而可能會加速鋼筋的銹蝕。因此，即使采用水泥漿包裹的方式進行鋼筋防銹，也需要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，同時配合其他的防銹措施進行使用，以獲得更好的防銹效果。

4 結(jié)論

本文基于現(xiàn)有的文獻，探討了鋼筋銹蝕影響和原理，并且重點對建筑鋼筋主要防銹措施的應(yīng)用狀況進行了歸納總結(jié)，得出以下幾點結(jié)論：

⑴環(huán)氧樹脂涂層鋼筋在建筑、橋梁、港口、道路、鐵路和海洋工程等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。并且在我國有相應(yīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和多個成功應(yīng)用案例。另外，環(huán)氧樹脂具有廣泛的改性方案，可針對特定性能改性增強。然而，對工程建筑裸露鋼筋涂刷環(huán)氧樹脂會帶來施工難、成本高等問題，在實際應(yīng)用中需要綜合評估和考慮。

⑵對于長期停建工程裸露鋼筋保護采用鋼筋阻銹劑的方法能夠有效防止鋼筋銹蝕，它通常可以與混凝土、水泥等常見材料摻合使用，無需對混凝土配合比做出調(diào)整，施工較為方便。但其使用成本較高，且鋼筋阻銹劑的使用需要一定的技術(shù)和專業(yè)知識，操作不當(dāng)可能會影響防銹效果，因此需要使用者進行成本權(quán)衡。

⑶鋅基鍍層是一種可靠的鋼筋防銹方法，具有優(yōu)異的防腐蝕性能、良好的附著力和一致性，以及較長的使用壽命和可持續(xù)性。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用鋅基鍍層技術(shù)，可以有效提高結(jié)構(gòu)的耐久性和減少維護成本，為工程建設(shè)提供可靠保障。然而，仍然需要進一步研究和實踐來優(yōu)化鋅基鍍層的性能，以滿足不同環(huán)境和應(yīng)用條件下的需求。

⑷水泥漿包裹具有良好的可操作性和適用性。水泥漿包裹鋼筋可以保證鋼筋短期內(nèi)不出現(xiàn)銹跡，且水泥漿包裹技術(shù)簡單易行，可以在施工現(xiàn)場進行，無需特殊的設(shè)備和條件，成本較低。但如果施工不當(dāng)或者漿體質(zhì)量不佳，反而可能會加速鋼筋的銹蝕。