与自然灾害相比，腐蚀丝毫算不上“惊天动地”，却在无声无息中侵入人们生活的方方面面，带来极大的破坏。腐蚀是指材料与所处环境介质发生化学或者电化学作用，导致材料发生变质和破坏。生活中随处可见腐蚀的身影，腐蚀使有用的材料变成废料，使重要装备提前报废，给国民经济造成了重大的损失。中国工程院重大咨询项目“我国腐蚀状况及控制战略研究”调查结果表明，2014 年，我国全行业腐蚀总成本约占国内生产总值（GDP）的 3.34%，达到 21278.2 亿元人民币，相当于每位公民承担 1555 多元的腐蚀成本。
图片来源丨Pixabay
得益于过去几十年来水泥化学和混凝土技术的发展，今天的我们可以有效地控制混凝土的腐蚀。通过适当选材和仔细而充分地控制混凝土的制备过程，我们可以获得在各种使用条件下耐久的混凝土结构。
与传统混凝土相比，钢筋混凝土的情况不尽相同。直到20 世纪70 年代，这种结构通常被认为是几近永久的。然而事实相反，钢筋混凝土的使用寿命恰恰由于钢筋的腐蚀而受到严重限制。事实上发现即使经过精心制备和养护的混凝土在高侵蚀性的环境中（通常与氯化物的存在有关）也可能会失去其对钢筋的保护性能，有时甚至在短期内会导致非常严重的后果。
图片来源丨Pixabay
因此，钢筋混凝土结构腐蚀问题非常紧迫，必须予以重视。虽然，自20 世纪80 年代初以来，研究人员就一直非常关注这一问题，从那时起，涉及混凝土中钢筋腐蚀的“生理行为”理论已经逐步建立起来。同时，“病理学”方面的研究解释了腐蚀的现象和机理，确立了产生腐蚀的条件和控制其发展的规律，并开发了其诊断和控制的技术。
有几点尚需澄清：前期已经绘制了关于钢筋腐蚀的“病理解剖”图谱，但此图谱只能粗略地画出与混凝土有关的部分，通过检测虽然可以对材料中常见的腐蚀状态进行评估，但对高强度钢结构中因应力导致的氢脆以及由杂散电流引起的腐蚀却无能为力；虽然防腐药理学手册包含一系列防护方法（从阻锈剂到涂层、耐蚀钢铁再到电化学技术），但是长期使用对结构的影响或副作用都不明确，最大的问题很可能与腐蚀的基本性质有关。
一 什么是钢筋腐蚀？
水泥水化过程得到的高碱性孔隙溶液（pH 13～13.8）主要包含氢氧化钠和氢氧化钾。在这种环境下，热力学稳定的化合物是铁的氧化物和氢氧化物。这些化合物会在嵌入混凝土中的钢筋表面自发形成一层几纳米厚的氧化物钝化膜，该钝化膜由Fe2+/Fe3+比率可变的水合铁氧化物组成。钝化膜可对钢筋表面起到保护作用，使其免于遭受机械损伤。然而，混凝土碳化或氯离子的存在会使钢筋脱钝而遭到破坏。
二 腐蚀的起始及扩展
钢筋混凝土结构的服役寿命可被分为两个明显不同的阶段（图1）。第一阶段是起始阶段，此阶段中钢筋处于钝化状态，但若混凝土表面发生碳化及氯离子渗透等现象，钢筋脱钝；当钢筋开始腐蚀，此阶段结束。第二个阶段是扩展阶段，这个阶段开始于钢筋活化即腐蚀发生时，结束于结构达到可以接受的钢筋锈蚀引起破坏的极限状态时。
图1 混凝土结构中钢筋锈蚀的起始和扩展阶段（Tuutti 的模型）
三 腐蚀导致的后果
钢筋腐蚀分别从几个方面影响结构物，如外观、适用性、安全性和结构性能，经常（但绝不总是）在结构性问题出现之前以混凝土保护层开裂的形式表现出来。开裂引起的混凝土保护层的剥落和/或剥离可能会进一步影响建筑物的适用性和安全性。
腐蚀作用的主要后果如 图2 所示。腐蚀通常表现为在混凝土的外表面上出现点斑或腐蚀产物的膨胀引起混凝土保护层剥落。
图2 钢筋混凝土结构腐蚀引起的结构性问题
根据组成和水化程度的不同，腐蚀产物的体积可达到钢筋中铁体积的2～6 倍。例如，腐蚀产物中的氧化物组分如Fe3O4、Fe(OH)2、Fe(OH)3 及Fe(OH)3·3H2O 的体积分别是钢筋中铁体积的2倍、3倍、4倍、6倍。当腐蚀产物由以上物质混合组成时，体积为钢筋中铁体积的3～4倍。因此，腐蚀产物可使混凝土产生拉应力，导致混凝土保护层出现裂纹［图3（a）］、局部剥落或完全分层［图3（b）］，也会使钢筋和混凝土间的黏接强度减小。
图3 混凝土中钢筋腐蚀实例：（a）柱和横梁的破裂；（b）混凝土保护层的剥离与脱落；（c）点蚀引起的钢筋横截面减少；（d）氢脆引起的预应力钢筋束脆性破坏
由氯离子引发的局部腐蚀现象在表现出来之前，其钢筋横截面、承载能力及疲劳强度已显著下降［图3（c）］。这种类型的腐蚀是潮湿的、含有氯离子混凝土中的典型腐蚀形式，早期腐蚀产物为可溶性物质（氯-氢氧复合物）或以“黑锈”（磁铁矿）的形式存在，占据体积较小。
高强钢筋的氢脆现象仅在特殊的条件下发生，会导致某些预应力钢筋的脆性破坏［图3（d）］。
《混凝土中钢筋的锈蚀--预防、诊断及修复》英文第一版是由国际知名专家L. 贝尔托利尼（Luca Bertolini）等编写的针对混凝土中钢筋锈蚀的预防、诊断、修复等方面的综合性著作，受到了国际土木工程和腐蚀领域众多知名专家的好评。此书在国外一版再版，深刻指导着国外从事钢筋混凝土腐蚀研究的科研人员及工程人员，影响力广泛。李伟华教授长期从事海洋腐蚀与防护方面的研究，致力于海洋恶劣环境下海工材料腐蚀诱发机理、功能化防护材料及防御调控新技术的前沿性和创新性研究。她洞悉国际海工腐蚀领域研究前沿热点和技术发展趋势，同时深刻了解我国海洋发展战略对海工结构安全服役的重大技术需求，独具慧眼地将国际优秀专业著作翻译引进到国内，恰逢其时，必能推动我国混凝土腐蚀研究和防护技术的发展。
《混凝土中钢筋的锈蚀：预防、诊断及修复》（原著第二版，扩充修订版）在保留第一版主体框架的同时，所有章节都经过细致的修订，同时吸纳了最新研究成果。本书不仅可以作为研究材料腐蚀机制的科研人士的参考书，也可以从评估、监测、预防和保护等诸多方面给混凝土结构设计、施工和管理相关人员提供帮助。
《混凝土中钢筋的锈蚀：预防、诊断及修复》（原著第二版，扩充修订版）
[意]Luca Bertolini，[瑞士]Bernhard Elsener，[意]Pietro Pedeferri，[意]Elena Redaelli，[意]Rob B. Polder 著
李伟华，郑海兵 等 译
责任编辑：顾英利，李明楠，高微
北京：科学出版社，2020.3
ISBN：978-7-03-062760-5
内容简介
本书共 20 章，分为三大部分。第一部分内容介绍了水泥混凝土结构材料基本特性和腐蚀机理，混凝土结构钢筋腐蚀环境与腐蚀机理。第二部分内容介绍了混凝土结构钢筋腐蚀电化学知识和防护材料与方法，对混凝土中钢筋锈蚀的预防、诊断与修复做了较为详细的阐述，围绕着混凝土中钢筋的锈蚀问题，着重介绍了钢筋腐蚀的影响因素、腐蚀机理。第三部分内容介绍海工混凝土结构安全服役监测技术、防护技术和修复技术。
本书比较系统地介绍了海工混凝土结构腐蚀方面的基础知识，并吸纳了近年该领域的研究新进展和新技术，对土木工程结构和海洋工程相关专业研究生和本科生是一本非常好的教学参考书。对从事海洋工程建设、土木和建筑工程领域工作专业人士和从事研究混凝土结构钢筋腐蚀防护、混凝土结构修复和结构安全服役寿命延长的科技工作者也有参考价值。