市政与建筑工程中钢筋腐蚀防护技术研究

第一章 引言

钢筋混凝土结构是现代市政与建筑工程的主要形式，其耐久性直接关系到基础设施的安全性和经济性。然而，钢筋腐蚀问题长期困扰着工程界，特别是在潮湿、沿海或工业污染区域，腐蚀现象更为突出。截至 2025 年，我国既有建筑中约 40% 存在不同程度的钢筋锈蚀问题，每年因腐蚀导致的维修费用高达数百亿元。这一现象不仅造成资源浪费，更可能引发结构安全隐患。

第二章 钢筋腐蚀机理与影响因素

2.1 钢筋腐蚀的电化学机理

钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀的本质是一种电化学反应过程。当钢筋处于混凝土强碱性环境（ pH>12.5 ）时，其表面会形成致密的 γ-Fe₂O₃ 钝化膜，该膜层的存在能有效阻隔腐蚀介质与基体金属的接触。然而当混凝土因碳化或氯离子侵入导致 pH 值下降至 10 以下时，这层保护膜将发生溶解破坏，此时钢筋表面不同区域会形成电位差，构成腐蚀电池的必要条件。

腐蚀进程受多重因素影响：一方面，混凝土孔隙液中的离子浓度梯度会形成浓差电池；另一方面，钢筋表面的杂质、应力集中或微观缺陷部位通常优先成为阳极区。研究显示，当环境相对湿度超过 65% 时，混凝土毛细孔内形成连续电解质溶液，为离子迁移提供通道；而温度每升高10℃，腐蚀速率可提升约 1 倍。这种电化学反应具有自催化特性，初期腐蚀产物 Fe(OH)₃ 体积膨胀会导致混凝土保护层开裂，进一步加速腐蚀介质渗透，形成恶性循环。

当前对腐蚀机理的研究已从宏观向微观尺度延伸。最新发现表明，在氯盐环境下，腐蚀产物层中会形成β-FeOOH 相，该物质具有质子传导性，会促进腐蚀界面酸化。这解释了为何滨海地区建筑物在高温高湿季节会出现腐蚀速率突增现象。理解这些微观机制，对于开发靶向防护技术具有重要指导意义。

2.2 环境与材料因素对钢筋腐蚀的影响

钢筋混凝土结构的耐久性与其所处环境及材料特性密切相关。环境因素中，湿度、温度和腐蚀性介质浓度是影响钢筋腐蚀速率的关键变量。当环境相对湿度超过 65% 时，混凝土毛细孔内形成连续水膜，为电化学腐蚀提供电解质溶液。特别是在沿海地区，空气中高浓度的氯离子会通过混凝土孔隙渗透至钢筋表面，破坏钝化膜结构。2024 年台风“海贝思”过境后的调查显示，东南沿海建筑因盐雾沉积导致的钢筋腐蚀深度较内陆同类结构增加近两倍，印证了氯盐环境的强腐蚀性。

环境与材料的交互作用尤为值得关注。在干湿交替环境中，混凝土内部会形成湿度梯度，促使氯离子通过毛细作用向钢筋表面富集。温度变化则通过两方面影响腐蚀：一方面升高温度会加速电化学反应速率；另一方面温度波动引起的混凝土热胀冷缩可能导致微裂缝产生，为腐蚀介质提供快速通道。工业区大气中的二氧化硫与混凝土碳化协同作用，会形成酸性环境，使局部 pH 值骤降，这种复合侵蚀对钢筋钝化膜的破坏程度远大于单一因素作用。

针对不同环境区划需要采取差异化防护策略。对于海洋环境，应重点防范氯离子渗透；工业区需关注酸性气体与碳化的复合作用；冻融地区则要兼顾混凝土抗冻性与钢筋防护。通过优化混凝土配合比提升密实度，结合环境特性选择适配的阻锈剂类型，可构建多层级防护体系。当前工程实践表明，基于环境风险评估的材料优化设计，比单一防护措施更能有效延长结构服役寿命。

第三章 钢筋腐蚀防护技术研究

3.1 传统防护技术的应用与局限

在市政与建筑工程领域，传统钢筋腐蚀防护技术经过长期实践验证，形成了相对成熟的应用体系。根据防护原理的差异，主要分为三大类：材料改性型、电化学保护型和混凝土优化型技术，各类技术在实际工程中展现出不同的适用性与局限性。

材料改性型技术以环氧涂层钢筋为代表，通过在钢筋表面涂覆环氧树脂层（厚度通常为 150-300μm ）实现物理隔离防护。该技术施工简便，能有效阻隔氯离子和水分接触钢筋表面，尤其适用于跨海桥梁等重度腐蚀环境。然而武蕾指出：“涂层的机械损伤问题不容忽视，运输和绑扎过程中产生的细微裂缝会导致局部腐蚀集中发生”。2025 年广州某跨江大桥检测报告显示，环氧涂层破损处钢筋点蚀深度达未破损区域的 5 倍以上，暴露出该技术对施工工艺的高要求。镀锌钢筋作为另一常用方案，其牺牲阳极特性可延缓基体腐蚀，但在混凝土碳化后可能加速锌层消耗，且成本较

普通钢筋提高约 40% 。

传统技术在实际应用中面临三方面共性局限：首先是耐久性匹配问题，环氧涂层老化周期（约 20 年）与建筑设计寿命（50 年以上）存在差距；其次是经济性制约，如阴极保护系统全生命周期成本可达初始投资的3-5 倍；最后是适用条件限制，多数技术对既有建筑改造的适配性较差。谢长春在安全评估中发现：“部分防护措施可能引发次生问题，如阻锈剂渗出污染环境，阴极保护系统误干扰邻近金属结构”。2025 年最新工程案例表明，传统技术组合应用可部分弥补单一缺陷，例如环氧涂层与混凝土阻锈剂联用能使防护效果提升 30% 以上，但系统兼容性仍需深化研究。

未来技术改进应重点关注三个方向：一是开发自修复涂层材料解决机械损伤问题；二是优化电化学保护参数自适应控制系统；三是建立基于环境类别的技术选型指南。特别对于市政工程，还需兼顾防护效果与施工便捷性的平衡，避免因技术复杂度过高影响实际应用效果。

3.2 新型防护技术的开发与创新

近年来，随着材料科学与监测技术的进步，钢筋腐蚀防护领域涌现出一系列创新解决方案。这些新型技术突破了传统方法的局限性，在防护效能、环境适应性和经济性等方面展现出显著优势，为工程实践提供了更多选择。

纳米改性涂层技术是当前研究热点之一。与传统环氧涂层相比，纳米二氧化硅或石墨烯增强的复合涂层具有更优异的阻隔性能和自修复特性。当涂层出现微裂纹时，纳米颗粒能通过毛细作用迁移至损伤部位实现自愈合，有效解决施工损伤导致的局部腐蚀问题。2025 年深圳地铁项目应用的氧化石墨烯改性涂层，经实测其氯离子扩散系数降低达 80% 以上，且抗冲击性能提升明显。这类材料的另一优势在于厚度仅需传统涂层的 1/3，既节省材料又避免钢筋与混凝土粘结力损失。

未来发展方向应聚焦三个维度：一是开发多功能复合材料，如兼具自感应与自修复能力的智能涂层；二是优化技术经济指标，通过规模化生产降低新型材料成本；三是建立标准化应用指南，明确各类技术的适用环境与施工工艺。特别对于市政工程，还需重点考虑施工便捷性，避免因技术复杂度过高影响现场实施效率。随着“双碳”战略推进，低能耗、长寿命的绿色防护技术将成为主流选择。

第四章 结论

通过系统研究市政与建筑工程中的钢筋腐蚀问题，得出以下主要结论：钢筋腐蚀本质是电化学反应过程，受混凝土碳化、氯离子渗透及环境温湿度共同影响。传统防护技术中，环氧涂层适用于新建工程但易受施工损伤，阴极保护效果显著却依赖持续维护，阻锈剂可延缓腐蚀但对碳化环境作用有限。新型防护技术展现出明显优势，纳米改性涂层提升阻隔性能同时具备自修复能力，智能监测系统实现腐蚀风险动态预警，微生物矿化技术为既有建筑修复提供经济方案。复合防护策略能显著延长结构寿命，如环氧涂层与阻锈剂联用可弥补单一技术缺陷。

参考文献

[1] 姜海燕 . 建筑工程中钢筋原材料的检测技术分析 [J].《中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术》,2025,(1):126-129.

[2] 邱鑫 . 建筑工程中钢筋混凝土结构缺陷检测技术研究 [J].《中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术》,2024,(11):044-047.