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摘要:钢筋腐蚀是导致钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的最重要、最直接的因素，也是混凝土桥梁耐久性损伤的主要形式之一。本文对腐蚀机理、影响因素和后果进行了综合论述。
钢筋腐蚀是一种常见的耐久性问题，严重威胁着结构的安全。在影响结构耐久性的因素中，它占主导地位。美国、英国、德国、日本等国家每年都花费巨额资金用于混凝土结构的耐久性修复，其中钢筋锈蚀占有相当大的比例。我国相当一部分钢筋混凝土桥梁已陆续进入老化期，因此研究和预防钢筋腐蚀十分重要。
钢筋腐蚀是导致钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的最重要、最直接的因素，也是混凝土桥梁耐久性损伤的主要形式之一。钢筋腐蚀对桥梁结构的破坏可分为三个时期:早期，由于局部腐蚀，钢筋表面出现锈斑和剥落；中期钢筋表面整体锈蚀膨胀，脱离保护层，剥落；后期钢筋锈蚀进一步扩大，混凝土本身被破坏，混凝土沿钢筋开裂，混凝土脱离，直至钢筋不断锈蚀，有效截面不断减小，桥梁结构承载力不断降低，钢筋混凝土构件失去基本承载能力。
1.钢筋混凝土桥梁中钢筋的腐蚀机理
一般情况下，由于初始混凝土的高碱度，在钢筋混凝土桥梁结构的钢筋表面形成一层致密的钝化膜，使其处于被动状态。但随着环境介质的侵入，钝化膜逐渐被破坏，导致腐蚀。
钢筋束腐蚀有三个基本因素:
(a)破坏肋表面上的钝化膜；
(2)充足氧气的供应；
(3)适当的湿度(RH = 60 ~ 80%)。
三个要素缺一不可。第一个要素是诱发条件，腐蚀速率取决于氧和水的供应。
钢筋的腐蚀一般是电化学腐蚀。电化学腐蚀必须满足三个条件:
1，在钢筋表面形成电位差；
2.阴极钢棒表面有足够的氧气和水；
3.在阳极区，阳极处的钢筋表面被活化，即钢筋表面的钝化膜被破坏。
在氧气和水的共同作用下，钢筋表面不断失去电子，发生电化学反应，逐渐腐蚀，在钢筋表面生成红锈，引起混凝土开裂。
对于钢筋混凝土桥梁，在一般环境条件下，钢筋的腐蚀通常是由两种作用引起的:一种是混凝土的碳化；一个是氯离子侵蚀。二氧化碳和氯离子对混凝土本身无严重损害，但这两种环境物质是混凝土中钢筋钝化膜破坏最主要、最常遇到的环境介质:混凝土的碳化使混凝土孔隙溶液中Ca(OH)2含量逐渐降低，PH值逐渐降低，使钝化膜逐渐变得不稳定，甚至完全破坏，使钢筋处于脱敏状态；周围环境中的氯离子逐渐从混凝土表面渗透到混凝土中。当混凝土孔隙溶液中游离氯离子到达钢筋表面的浓度超过一定值(临界浓度)时，即使混凝土的碱度较高，pH值大于11.5，Cl-也能破坏钝化膜，从而引起钢筋腐蚀。氯盐引起的钢筋腐蚀发展迅速，远比碳化腐蚀严重。这种情况经常发生在近海或海洋环境以及冬季经常使用除冰盐的环境中。
二、影响钢筋混凝土桥梁腐蚀的主要因素
(a)混凝土保护层的厚度和完整性以及混凝土的密实度
这三个方面都与侵蚀性介质的侵蚀速度有关，保护层厚度对钢筋腐蚀的影响是线性的，所以世界各国的规范都规定了保护层的厚度。我国新修订的《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》中，规定了钢筋的最小保护层厚度，混凝土保护层厚度随着服役环境的恶化而增加。混凝土的密实度影响混凝土的渗透性，渗透性高的混凝土更容易腐蚀。
(二)混凝土的碳化程度
混凝土的碳化降低了混凝土的碱度，导致PH值降低，使钢筋钝化成为可能。钢筋的失重率与混凝土的碳化深度几乎成线性关系，因此混凝土的碳化程度对钢筋的腐蚀影响很大。
(3)环境条件
环境对钢材腐蚀的影响主要包括以下几个方面:温度、湿度、二氧化碳浓度、氧气浓度、腐蚀介质浓度。对于钢筋混凝土桥梁，湿度是最重要的因素。当桥梁处于高湿度环境中，尤其是水位浮动的桥墩和飞溅区，最容易生锈。
(四)氯离子的影响
氯化物是一种危险的腐蚀性介质。但在我国北方，为了保证冬季交通畅通，在道路、桥梁、城市立交桥上撒融雪剂，大量使用氯化钠、氯化钙，使氯离子渗透到混凝土中，造成钢筋腐蚀损坏。
北方地区的许多工程经验和教训表明，除冰盐的大量使用是影响钢筋混凝土桥梁结构耐久性的主要原因之一。根据国外相关研究报告，使用除冰盐的桥梁结构一般在5~10年开始腐蚀断裂，导致钢筋锈蚀、混凝土开裂。由于到目前为止还没有发现可以完全替代除冰盐的除冰方法，除冰盐将继续使用。因此，对除冰盐采取防腐措施是非常重要的。第三，钢筋腐蚀对钢筋混凝土桥梁耐久性的影响
钢筋锈蚀的直接结果是钢筋截面积减小。不均匀腐蚀导致钢筋表面不平整，产生应力集中，使钢筋力学性能退化，如强度降低、脆性增加、延性恶化，导致构件承载力降低。
(1)锈蚀钢筋的力学性能
锈蚀钢筋的抗力降低直接影响现有结构和构件的承载能力，严重时可能导致结构过早失效甚至倒塌。当钢筋沿长度方向发生均匀腐蚀时，钢筋的失重率近似等于钢筋截面积的损失率，钢筋所能抵抗的极限拉力的降低基本上与钢筋截面积的腐蚀率成正比。此时，锈蚀钢筋的极限抗拉承载力可以简单地通过将锈蚀钢筋的实际截面积乘以锈蚀钢筋的极限抗拉强度得到。
但是，由于混凝土材料的不均匀性、服役环境的不稳定性、钢筋各部分的应力水平不同等因素，实际上混凝土中钢筋的腐蚀很少是均匀的。通常情况下，钢筋截面积损失率大于重量损失率，且随着钢筋腐蚀的发展，腐蚀的不均匀性和离散性增加，重量损失率和截面积损失率的差异也更大。因此，钢筋极限抗拉能力的下降是由于钢筋的锈蚀和有效截面积的减小，还有一个因素:锈蚀钢筋表面不平整，受力后缺口处出现应力集中，降低了锈蚀钢筋的屈服强度和极限强度；而且锈蚀越严重，应力集中导致的强度降低越多。
(2)钢筋锈蚀对钢筋与混凝土协同工作性能的影响。
钢筋锈蚀后，钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能降低。试验结果表明，锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力试验值小于仅考虑锈蚀钢筋截面积和屈服强度降低的计算值，说明钢筋与混凝土之间的粘结强度降低也是影响锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力降低的主要因素之一。因此，受拉钢筋必须乘以协同工作系数，才能考虑粘结退化对钢筋混凝土梁抗弯承载力的影响。
理论上，考虑粘结强度降低的影响，锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力应介于锈蚀构件和无粘结构件之间，而无粘结构件的抗弯承载力约为同等条件下正常构件的70%~80%，因此kb应在0.7~1之间。
(三)钢筋锈蚀对钢筋混凝土桥梁结构性能的影响
混凝土中的钢筋一旦被腐蚀，就会在钢筋表面生成一层疏松的腐蚀产物，同时向周围的混凝土孔隙扩散。腐蚀产物的体积远大于被腐蚀钢筋的体积，一般可达钢筋腐蚀量的2-4倍。腐蚀产物的体积膨胀会在钢筋周围的混凝土中产生周向拉应力。当环向拉应力达到混凝土的抗拉强度时，钢筋与混凝土的界面会出现内部径向裂缝。随着钢筋锈蚀的进一步加剧和钢筋锈蚀量的增加，径向内部裂缝会发展到混凝土表面，直至混凝土保护层开裂甚至保护层剥落，严重影响钢筋混凝土桥梁的正常使用。
钢筋与混凝土之间的粘结是一种复杂的相互作用，通过这种相互作用，钢筋与混凝土之间的应力得以传递，变形得以协调。因此，钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能是保证钢筋与混凝土两种不同材料共同工作的基本前提。钢筋与混凝土之间腐蚀层的润滑、钢筋表面横肋的腐蚀、混凝土保护层的开裂或剥离，都会导致钢筋混凝土的粘结锚固性能降低甚至完全丧失，最终影响钢筋混凝土桥梁结构的安全性、适用性和耐久性。