混凝土中钢筋腐蚀速率的理论模型.pdf

华南理工大学学报(自然科学版) JournalofSouthChina of V01．37No．8 第37卷第8期 UniversityTechnology Science 2009 2009年8月 (Natural Edition) August 混凝土中钢筋腐蚀速率的理论模型水 李富民 袁迎曙 耿欧 毛燕红 (中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，江苏徐州221008) 摘要：根据金属腐蚀极化理论推导了电化学极化控制和氧浓差极化控制两种条件下混 凝土中钢筋腐蚀速率的理论模型．模型显示：电化学极化控制下，稳定腐蚀状态下能斯特 扩散层以外孔隙液中Fe2+和OH一的浓度对腐蚀速率的影响呈负指数关系，且影响随浓度 降低而渐趋剧烈；温度对腐蚀速率有较大影响，约呈正指数关系，在自然温度范围内，温度 每升高10K，腐蚀速率约升高1倍；应力对腐蚀速率的影响接近正线性关系，对应力较低 的普通钢筋影响较小，但对应力较高的预应力钢筋影响可观；氧浓差极化控制下，腐蚀速 率与氧气在整个混凝土保护层内的等效扩散系数呈正比，与混凝土保护层厚度及钢筋表 面温度呈反比． 关键词：混凝土结构；耐久性；腐蚀速率；电化学极化；浓差极化 中图分类号：TU503 文献标识码：A 钢筋腐蚀速率是混凝土结构耐久性研究的重要 基于上述认识，文中以文献[9]中推导得到的 基础，为此，国内外学者作了大量相关研究【l{J，得 阴阳极电化学极化方程(包括相应平衡电位)和阴 到了许多理论及经验模型．分析已有的理论研究成 极浓差极化方程为依据，分别推导电化学极化控制 果，笔者认为存在如下两个值得商榷的问题【9J： 和氧浓差极化控制两种条件下混凝土中钢筋腐蚀速 一是混凝土电阻对腐蚀速率的影响问题．传统 率的理论模型，为混凝土结构耐久性研究奠定基础． 理论模型的建立基于如下认识，即认为混凝土电阻 1 所依据的公式及相关参数的确定 引起了腐蚀回路中的欧姆压降，从而直接导致腐蚀 电流密度降低u五]．笔者认为，混凝土电阻仅仅是通 1．1 所依据的公式 过影响腐蚀电极的极化阻力来间接影响腐蚀电流密 文中推导混凝土中钢筋腐蚀速率理论模型所依 据的公式包括pJ： 度；同时，腐蚀的阴阳极过程均只发生在电子电阻极 阳极电化学极化方程： 小的活化区，因而其直接阻力仅仅来自电极的极化 阻力． 1， 刀e，i 刀。，。=一南ln乇，。+i南ni．(·)2一Ti_：：：了：了1nb，a+i了_：耐n。·L 二是腐蚀速率的控制模式问题．传统理论模型 阳极平衡电位： 主要是以阴极氧扩散控制或混凝土电阻控制为前提 建立的[1，3。4-7]．但笔者认为，只有当混凝土孔隙水含 儿增一学+等ncFn， (2) 量极高时，钢筋腐蚀速率才由氧浓差极化控制；许多 阴极电化学极化方程： 情况下，混凝土孔隙水含量并不高(比如大气环境 (3)