路桥工程中混凝土钢筋锈蚀检测技术

浅析路桥工程中混凝土钢筋锈蚀检测技术摘要：分析了公路桥梁混凝土中钢筋锈蚀的成因及危害，论述了钢筋腐蚀的各种检测方法，以便于对混凝土钢筋锈蚀及早发现并进行防治。

关键词：路桥工程混凝土钢筋检测技术

中图分类号：tu528.571文献标识码：a文章编号：

引言

钢筋混凝土因为具有耐久生高、整体i生好、抗压强度高等优，被广泛用于土建、桥梁、港口以及特种结构等工程领域。但是同时，钢筋混凝土又具有自重大、抗裂胜差、钢筋锈蚀等缺点，往往造成建筑结构安全等危害，经济损失也非常严重。因此，钢筋混凝土结构耐久i生和现有结构安全期占对维修和加固现有建筑物异常重要，具有很强的现实意义和非常高的社会经济效益。

1.影响钢筋腐蚀的主要因素

混凝土中钢筋锈蚀的影响因素有：混凝土的密实度、混凝土保护层厚度、混凝土碳化、氯离子侵入等。在这些因素中，混凝土保护层的碳化和氯离子侵入是造成钢筋锈蚀的主要原因。

1.1 混凝土碳化、侵蚀气体和介质的侵入

空气中的二氧化碳通过混凝土空隙扩散并和混凝土中的氢氧化钙产生中和作用(碳化)，导致混凝土碱性下降。碳化是介质与混凝土相互作用的一种很广泛的形式，最典型的例子是空气中的co2渗

入，与孔隙中的ca(oh)2反应，生成cac03，使ph值下降。当ph 值<11．5时，钝化膜就开始不稳定；当ph值降低到9左右时，钢筋表面的钝化膜遭到破坏，钢筋开始腐蚀。混凝土结构的碳酸盐化是一个缓慢的过程，其速率取决于二氧化碳穿透混凝土的渗透速率，渗透速率很大程度上取决于混凝土的空隙率和渗透性。调查资料表明：密实度好的混凝土碳化深度仅局限在表面；而密实度差的混凝土，则碳化深度就大。理论分析和实验分析表明，在大气环境下，混凝土的碳化深度与时间的关系为：х＝（2c·dk·b-1·t）1/2=k(t)1/2

式中，х -- 碳化深度；dk -- c02的扩散系数；c -- 混凝土表面co2的浓度；b -- 单位体积混凝土碳化所需的co2的量；k -- 混凝土碳化系数，与结构所处的自然环境和使用环境、水泥品种、结构混凝土质量及混凝土早期养护条件有关；t -- 混凝土暴露时间(年)。

1.2 混凝土中cl-含量对钢筋锈蚀的影响

氯离子很容易引起钢筋锈蚀，有三种理论解释氯离子锈蚀的电化学作用。

a.氧化膜理论――钢筋在碱性介质中生成氧化膜，可以保护钢筋不受侵蚀，氯离子比其它离子（例如硫酸根离子）更容易通过膜的缺陷或孔隙穿透氧化膜。另一种意见认为氯离子能分散氧化膜使之更宜穿透，引起锈蚀。

b.吸附理论――氯离子吸附于钢筋表面，促进金属离子的水化，因而使金属更容易溶解。

c.过渡络合物理论――按照这个理论，氯离子生成氯化铁，氯化铁自阳极扩散从而破坏fe(0h)2保护层，使腐蚀继续进行。氯化铁在电极不远处转化为氢氧化铁沉淀，氯离子自阳极传导更多的铁离子。

至于氯离子的由来，一方面，cl-可能是随混凝土组成材料(水泥、砂、石、外加剂)进入的，如在冬季施工，为提高混凝土抗冻性而掺入氯盐、海砂拌制混凝土等；另一方面，cl-是在混凝土硬化后经其孔隙由外界渗入的，如遭受海水侵蚀的海岸混凝土构筑物，冬季在混凝土路面上喷洒盐水防止路面冰冻，游泳池用氯气消毒等。当混凝土构件长期处于上述环境时，氯离子就会通过混凝土中的气孔，随水进入混凝土的内部，最终会接触钢筋并开始积累。当氯离子达到临界浓度后，在足够的氧气和水分条件下引起腐蚀的发生(氯离子的临界浓度与力筋周围混凝土的碱度有关，碱度愈高，氯离子临界浓度值愈大，通常用氯离子和氢氧根离子的浓度比值来表示氯离子临界浓度，当混凝土含有氯离子cl-/ oh-大于0.6时，钝化膜成为可渗透性的和不稳定的，即使ph值仍然大于11.5，钝化膜也被破坏了)。能引发钢筋腐蚀的氯离子含量相当低，有很多法规及规范对氯离子的含量进行了规定，美国混凝土协会出版物aci 222r一96《混凝土内金属的腐蚀》，建议新结构氯离子含量(质

量分数)的上限为：

(1)预应力混凝土0.08％；(2)潮湿条件下的钢筋混凝土0.10％；

(3)干燥条件下的钢筋混凝土0.20％。

现场的经验及研究表明，对于受氯离子污染的已建结构，

0.026％的氯离子浓度足以破坏钝化膜而引起钢筋的破坏。其主要反应式如下，反应最终产物氢氧化铁fe(0h)3即是铁锈。

2fe－4e-→2fe2+

fe2+ +2c1-+4h20→fec12·4h20

fec12·4h20→2fe(oh)2↓+2c1-+2h++2h20

4fe(oh)2+02+2h2o→4fe(oh)3

2.桥梁混凝土结构物中钢筋腐蚀的检测方法

2.1破损检测破损检测是物理检测方法的一种，一般是在钢筋锈蚀比较严重的情况下进行。该法是利用外力将结构物已部分破坏的混凝土凿开，直至露出钢筋表面，通过肉眼觎觉法)来观察钢筋的锈蚀隋况。破损检测是目前工程中应用较普遍的一种检测结构物中钢筋锈蚀的手段，也是修复钢筋锈蚀结构的一种方法。

2.2无损检测无损检测通常分为物理检测和电化学检测两大类，前者包括电阻棒法、涡流与磁通减量法隅流探测、声发射探测法、射线法、红外热像法等：后者则包括自然电位法、交流阻抗谱法、线性极化法溅极化电阻法)、恒电量法、混凝土电阻法、电流阶跃法等。

2.2.1电阻棒法。该法通常是在浇注混凝土结构时预先埋没电阻探头，较适用于均匀腐蚀的场合，而对于以局部腐蚀为特征的钢筋，则无法定量检测其腐蚀速度。

2.2.2涡流探测法。该法是将1台电磁装置放在混凝土结构表面，使其中一段钢筋达到磁饱和，钢筋腐蚀引起的钢筋截面积损失会使磁场出现某些异常，经分析即可判断钢筋截面积的损失率。

2.2.3声发射探测法。声发射探测法是利用传感器接收钢筋锈蚀引起周围混凝土开裂释放的弹性应力波，从而确定钢筋发生锈蚀膨胀的确切位置。但这种方法存在的问题是很难避免其他声波发射的干扰，故很难建立钢筋腐蚀潘陛高低与声波发射强度的相关生。射线法是i酊白摄混凝土中钢筋的x射线、射线照片，直接观察钢筋的锈蚀情况。红外热像法通过测量混凝土表面的温度分布，来分析钢筋锈蚀位置和程度。

2.2.4自然电位法。自然电位法通过测定钢筋电极对参比电极的相对电位差来判断钢筋的锈蚀状况，其优点是设备简单、价格低、操作方便，对混凝土中的钢筋腐蚀体系无干扰，在实验室或现场检测均可采用。该法的现场检测，根据实际情况可采用单电极法或双电极电位梯度法，分别适用于钢筋端头外露和不外露的构件。

2.2.5交流阳抗谱法。交流阻抗谱法是一种暂态频谱分析技术，施加的交流信号对腐蚀体系的影响较小，可提供有关钢筋混凝土覆盖层的双电层电容、混凝土电阻、钢筋腐蚀速度及混凝士腐蚀机理