與自然災(zāi)害相比，腐蝕絲毫算不上“驚天動地”，卻在無聲無息中侵入人們生活的方方面面，帶來極大的破壞。腐蝕是指材料與所處環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學或者電化學作用，導(dǎo)致材料發(fā)生變質(zhì)和破壞。生活中隨處可見腐蝕的身影，腐蝕使有用的材料變成廢料，使重要裝備提前報廢，給國民經(jīng)濟造成了重大的損失。中國工程院重大咨詢項目“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”調(diào)查結(jié)果表明，2014 年，我國全行業(yè)腐蝕總成本約占國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的 3.34%，達到 21278.2 億元人民幣，相當于每位公民承擔 1555 多元的腐蝕成本。

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得益于過去幾十年來水泥化學和混凝土技術(shù)的發(fā)展，今天的我們可以有效地控制混凝土的腐蝕。通過適當選材和仔細而充分地控制混凝土的制備過程，我們可以獲得在各種使用條件下耐久的混凝土結(jié)構(gòu)。

與傳統(tǒng)混凝土相比，鋼筋混凝土的情況不盡相同。直到20 世紀70 年代，這種結(jié)構(gòu)通常被認為是幾近永久的。然而事實相反，鋼筋混凝土的使用壽命恰恰由于鋼筋的腐蝕而受到嚴重限制。事實上發(fā)現(xiàn)即使經(jīng)過精心制備和養(yǎng)護的混凝土在高侵蝕性的環(huán)境中（通常與氯化物的存在有關(guān)）也可能會失去其對鋼筋的保護性能，有時甚至在短期內(nèi)會導(dǎo)致非常嚴重的后果。

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因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕問題非常緊迫，必須予以重視。雖然，自20 世紀80 年代初以來，研究人員就一直非常關(guān)注這一問題，從那時起，涉及混凝土中鋼筋腐蝕的“生理行為”理論已經(jīng)逐步建立起來。同時，“病理學”方面的研究解釋了腐蝕的現(xiàn)象和機理，確立了產(chǎn)生腐蝕的條件和控制其發(fā)展的規(guī)律，并開發(fā)了其診斷和控制的技術(shù)。

有幾點尚需澄清：前期已經(jīng)繪制了關(guān)于鋼筋腐蝕的“病理解剖”圖譜，但此圖譜只能粗略地畫出與混凝土有關(guān)的部分，通過檢測雖然可以對材料中常見的腐蝕狀態(tài)進行評估，但對高強度鋼結(jié)構(gòu)中因應(yīng)力導(dǎo)致的氫脆以及由雜散電流引起的腐蝕卻無能為力；雖然防腐藥理學手冊包含一系列防護方法（從阻銹劑到涂層、耐蝕鋼鐵再到電化學技術(shù)），但是長期使用對結(jié)構(gòu)的影響或副作用都不明確，最大的問題很可能與腐蝕的基本性質(zhì)有關(guān)。

一 什么是鋼筋腐蝕？

水泥水化過程得到的高堿性孔隙溶液（pH 13～13.8）主要包含氫氧化鈉和氫氧化鉀。在這種環(huán)境下，熱力學穩(wěn)定的化合物是鐵的氧化物和氫氧化物。這些化合物會在嵌入混凝土中的鋼筋表面自發(fā)形成一層幾納米厚的氧化物鈍化膜，該鈍化膜由Fe2+/Fe3+比率可變的水合鐵氧化物組成。鈍化膜可對鋼筋表面起到保護作用，使其免于遭受機械損傷。然而，混凝土碳化或氯離子的存在會使鋼筋脫鈍而遭到破壞。

二 腐蝕的起始及擴展

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命可被分為兩個明顯不同的階段（圖1）。第一階段是起始階段，此階段中鋼筋處于鈍化狀態(tài)，但若混凝土表面發(fā)生碳化及氯離子滲透等現(xiàn)象，鋼筋脫鈍；當鋼筋開始腐蝕，此階段結(jié)束。第二個階段是擴展階段，這個階段開始于鋼筋活化即腐蝕發(fā)生時，結(jié)束于結(jié)構(gòu)達到可以接受的鋼筋銹蝕引起破壞的極限狀態(tài)時。

圖1　混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的起始和擴展階段（Tuutti 的模型）

三 腐蝕導(dǎo)致的后果

鋼筋腐蝕分別從幾個方面影響結(jié)構(gòu)物，如外觀、適用性、安全性和結(jié)構(gòu)性能，經(jīng)常（但絕不總是）在結(jié)構(gòu)性問題出現(xiàn)之前以混凝土保護層開裂的形式表現(xiàn)出來。開裂引起的混凝土保護層的剝落和/或剝離可能會進一步影響建筑物的適用性和安全性。

腐蝕作用的主要后果如 圖2 所示。腐蝕通常表現(xiàn)為在混凝土的外表面上出現(xiàn)點斑或腐蝕產(chǎn)物的膨脹引起混凝土保護層剝落。

圖2　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕引起的結(jié)構(gòu)性問題

根據(jù)組成和水化程度的不同，腐蝕產(chǎn)物的體積可達到鋼筋中鐵體積的2～6 倍。例如，腐蝕產(chǎn)物中的氧化物組分如Fe3O4、Fe(OH)2、Fe(OH)3 及Fe(OH)3·3H2O 的體積分別是鋼筋中鐵體積的2倍、3倍、4倍、6倍。當腐蝕產(chǎn)物由以上物質(zhì)混合組成時，體積為鋼筋中鐵體積的3～4倍。因此，腐蝕產(chǎn)物可使混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土保護層出現(xiàn)裂紋［圖3（a）］、局部剝落或完全分層［圖3（b）］，也會使鋼筋和混凝土間的黏接強度減小。

圖3　混凝土中鋼筋腐蝕實例：（a）柱和橫梁的破裂；（b）混凝土保護層的剝離與脫落；（c）點蝕引起的鋼筋橫截面減少；（d）氫脆引起的預(yù)應(yīng)力鋼筋束脆性破壞

由氯離子引發(fā)的局部腐蝕現(xiàn)象在表現(xiàn)出來之前，其鋼筋橫截面、承載能力及疲勞強度已顯著下降［圖3（c）］。這種類型的腐蝕是潮濕的、含有氯離子混凝土中的典型腐蝕形式，早期腐蝕產(chǎn)物為可溶性物質(zhì)（氯-氫氧復(fù)合物）或以“黑銹”（磁鐵礦）的形式存在，占據(jù)體積較小。

高強鋼筋的氫脆現(xiàn)象僅在特殊的條件下發(fā)生，會導(dǎo)致某些預(yù)應(yīng)力鋼筋的脆性破壞［圖3（d）］。

《混凝土中鋼筋的銹蝕--預(yù)防、診斷及修復(fù)》英文第一版是由國際知名專家L. 貝爾托利尼（Luca Bertolini）等編寫的針對混凝土中鋼筋銹蝕的預(yù)防、診斷、修復(fù)等方面的綜合性著作，受到了國際土木工程和腐蝕領(lǐng)域眾多知名專家的好評。此書在國外一版再版，深刻指導(dǎo)著國外從事鋼筋混凝土腐蝕研究的科研人員及工程人員，影響力廣泛。李偉華教授長期從事海洋腐蝕與防護方面的研究，致力于海洋惡劣環(huán)境下海工材料腐蝕誘發(fā)機理、功能化防護材料及防御調(diào)控新技術(shù)的前沿性和創(chuàng)新性研究。她洞悉國際海工腐蝕領(lǐng)域研究前沿熱點和技術(shù)發(fā)展趨勢，同時深刻了解我國海洋發(fā)展戰(zhàn)略對海工結(jié)構(gòu)安全服役的重大技術(shù)需求，獨具慧眼地將國際優(yōu)秀專業(yè)著作翻譯引進到國內(nèi)，恰逢其時，必能推動我國混凝土腐蝕研究和防護技術(shù)的發(fā)展。

《混凝土中鋼筋的銹蝕：預(yù)防、診斷及修復(fù)》（原著第二版，擴充修訂版）在保留第一版主體框架的同時，所有章節(jié)都經(jīng)過細致的修訂，同時吸納了最新研究成果。本書不僅可以作為研究材料腐蝕機制的科研人士的參考書，也可以從評估、監(jiān)測、預(yù)防和保護等諸多方面給混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工和管理相關(guān)人員提供幫助。

《混凝土中鋼筋的銹蝕：預(yù)防、診斷及修復(fù)》（原著第二版，擴充修訂版）

[意]Luca Bertolini，[瑞士]Bernhard Elsener，[意]Pietro Pedeferri，[意]Elena Redaelli，[意]Rob B. Polder　著

李偉華，鄭海兵 等　譯

責任編輯：顧英利，李明楠，高微

北京：科學出版社，2020.3

ISBN：978-7-03-062760-5

內(nèi)容簡介

本書共 20 章，分為三大部分。第一部分內(nèi)容介紹了水泥混凝土結(jié)構(gòu)材料基本特性和腐蝕機理，混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕環(huán)境與腐蝕機理。第二部分內(nèi)容介紹了混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕電化學知識和防護材料與方法，對混凝土中鋼筋銹蝕的預(yù)防、診斷與修復(fù)做了較為詳細的闡述，圍繞著混凝土中鋼筋的銹蝕問題，著重介紹了鋼筋腐蝕的影響因素、腐蝕機理。第三部分內(nèi)容介紹海工混凝土結(jié)構(gòu)安全服役監(jiān)測技術(shù)、防護技術(shù)和修復(fù)技術(shù)。

本書比較系統(tǒng)地介紹了海工混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕方面的基礎(chǔ)知識，并吸納了近年該領(lǐng)域的研究新進展和新技術(shù)，對土木工程結(jié)構(gòu)和海洋工程相關(guān)專業(yè)研究生和本科生是一本非常好的教學參考書。對從事海洋工程建設(shè)、土木和建筑工程領(lǐng)域工作專業(yè)人士和從事研究混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕防護、混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)和結(jié)構(gòu)安全服役壽命延長的科技工作者也有參考價值。