混凝土结构耐久性检测防治

混凝土结构耐久性检测与防治

摘要:引起混凝土恶化的主要原因，依次为钢筋锈蚀、冻融循环、碱—骨料活性反应和酸性介质侵蚀，混凝土与钢结构的耐久性是决定论土建结构的整体水平的重要因素，本文对钢筋锈蚀与混凝土冻融两个问题得防治与检测方法做出分析与评价，并对其发展现状及趋势进行了总结与展望。

关键词：冻融混凝土钢筋锈蚀耐久性

我国土建结构的设计与施工规范，通常强调将在多种荷载作用对结构强度的影响，而环境因素作用（如混凝土受冻，钢筋遭锈蚀）下的耐久性要求则相对考虑较少。混凝土结构因混凝土腐蚀或钢筋锈蚀导致的结构安全事故频发，其危害程度或将超过因结构构件承载力所引起的危害，这是我们面临的一个极易被人们忽视而又对工程质量危害巨大的挑战。

一、混凝土动融受冻机理及其防治

我国地域辽阔，全国超过三分之二以上面积气温会达到-5℃以下。这样的低温天气对混凝土的影响是十分不利的，造成混凝土在低温下破坏的主要形式是冻融。对冻融现象的充分认识，有利于我们采取有效的设计，检测，实施方案，以减少这一危害的不利影响[1]。

1、混凝土受冻机理

水转化为冰的相变过程，产生膨胀压力使混凝土结构破坏。虽

然大量的研究表明影响混凝土受冻破坏的原因很多，其机理相当复杂。混凝土受冻破坏的机理远远不止这么简单。但从本质上说，混凝土受冻破坏主要取决于混凝土中水的存在形式。

在混凝土硬化初期混凝土中水存在形式主要包括：结晶水，吸附水，毛细孔水，游离水，也称自由水

孔在含水时受冻，是造成混凝土受冻破坏的主要原因。当温度降低到0. 5℃以下的某一温度时，由于混凝土孔隙内的水受冻而结冰对水泥石产生了膨胀压力，当这种膨胀压力过大而超过了水泥石的抗拉强度时，水泥石就会受到损害(如产生微裂缝) 甚至于破坏。混凝土中水的存在形式是由混凝土的孔隙结构决定的，混凝土受冻害程度与孔隙中饱水程度有关。

研究表明，冻融循环对混凝土的破坏是水转变为冰的体积膨胀造成的静水压力和冰水蒸汽压差别所造成的渗透压力共同作用的结果而水分迁移及干燥也是不可忽视的原因之一[2]

2、混凝土冻融的防治方法

现在北京地区的外加剂企业生产的防冻剂一般含有减水组分、早强组分、防冻组分和引气组分等，这也符合国际上流行的防冻剂发展趋势，其原理是通过减少混凝土的用水量、尽早地提高早期强度和防止负温度下混凝土被冻害以获得混凝土的防冻性能。无论是通过降低混凝土中毛细孔中水的冰点，还是改变结冰的结晶形貌，负温下水泥的水化速率都是非常慢的。更为重要的是混凝土在进入

负温环境时应该具有尽可能高的强度以提高本身的抗冻害能力。

（1）混凝土防冻外加剂。使用防冻外加剂就是一种有效地提高混凝土抗冻性的措施，其主要作用是降低了混凝土早期受冻的临界强度，提高其早期抗冻能力。

（2）改变混凝土的孔结构。混凝土的动融与其孔结构紧密相关。因此，无论是新浇混凝土还是硬化混凝土的抗冻性，都可以通过引气的方法改变其空气含量，以提高改善其早期受冻能力和耐久性。只要引气量合适，普通混凝土也可以获得非常高的抗冻性能。

(3)早强剂。早强剂可缩短水泥的凝结时间，加速混凝土强度增长，及水泥的早期放热反应。另一方面因大量的游离水成为结合水，使防冻剂的浓度增大，提高了混凝土的早期强度，为混凝土提前进入抗冻临界强度创造条件。

对我国各种防冻剂成分调查发现，其组成成分不能单一，必须是多种成分复合而成。高效减水剂、早强剂、引气剂等多种成分复合使用，相互弥补各自的缺点和充分发挥各自的作用，这样才能做到使防冻剂具有抗冻、早强、阻锈、催化等综合作用，才能获得最佳效果[3]。

二、钢筋腐蚀的防治与检测

我国规范规定的与耐久性有关的一些要求，如保护钢筋免遭锈蚀的混凝土保护层最小厚度和混凝土的最低强度等级，都显著低于国外规范。损害结构承载力的安全性只是耐久性不足的后果之一；

提高结构构件承载能力的安全设置水准，在一些情况下也有利于结构的耐久性与结构使用寿命。

1、钢筋锈蚀原因

混凝土具有很强的碱性，可以在初期形成钝化层保护钢筋。但当混凝土构件长期暴露于除冰剂、盐液、含盐的雾气或者海水等环境时，氯离子达到一定浓度后，在氧气和潮湿气体的共同作用下，从混凝土和钢筋的界面开始破坏钝化层、腐蚀钢筋。在没有氯离子存在的情况下，也可以发生腐蚀现象。也就是说，碳酸化的程度直接取决于混凝土的水灰比，混凝土的水灰比越大，氢氧化钙的碳酸化程度越深。对于质量较好、固化较充分、没有裂缝的混凝土，预期碳酸化程度非常低。另一个影响混凝土的寿命的因素，是在燃烧石化燃料时释放出的二氧化硫和氮的氧化物等气体。这些气体与空气中的水分结合，形成具有腐蚀性的酸，这种由酸性气体引起的酸沉积，最终会对混凝土产生不良的影响[4]。

2、钢筋锈蚀的危害

混凝土中钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要问题，钢筋腐蚀一旦发生，钢筋的横截面积就会减少，这就导致混凝土和钢筋之间的粘结力丧失。这是建筑物安全鉴定过程中经常遇到的问题。由于耐久性不良引起的工程损坏事例不断发生，一个构件中哪怕只有少数几跟钢绞线断裂，都可能造成灾难性后果由此带来的工程损失和处理费用也迅速增加，相应的经济损失已不可忽视。

混凝土中钢筋的腐蚀断裂的突发性和不可预见性有些危及安全，必须引起高度重视。钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构性能的影响主要体现在三方面。其一，钢筋锈蚀直接使钢筋截面减小，从而使钢筋的承载力下降，极限延伸率减少；其二，钢筋锈蚀产生的体积比锈蚀前的体积大得多（一般可达2～3倍），体积膨胀压力使钢筋外围混凝土产生拉应力，发生顺筋开裂，使结构耐久性降低；其三，钢筋锈蚀使钢筋与混凝土之间的粘结力下降。因此，钢筋锈蚀对结构的承载力和适用性都造成了严重影响，由此带来的维修与加固费用也是相当昂贵的[5]。

2、检测原理及方法

（1）半电池电位法。钢筋在混凝土中锈蚀是一种电化学过程。钢筋和混凝土的电学活性可以看作是半个弱电池组，钢的作用是一个电极，而混凝土是电解质。

（2）电位梯度法。电位梯度法将电位图技术测得的电位分布数据进行理论处理，克服了电位图技术不能直接测出腐蚀速率的不足。采用单片机的自动测量系统，则在绘出电位图的同时，即可打印出腐蚀速率。但在温度较低时，在表面测得的电位值偏正，在钝化区的难以确定影响数据的精确度。

（3）恒电流脉冲技术。适用大范围的钢筋混凝土获得腐蚀速率，评价腐蚀状况。该法应用在在混凝土较厚的地方，是一种较精确的原位快速无损检测方法，它的优点是克服了电位图技术当极大化时