钢筋锈蚀检测

钢筋锈蚀程度检测

1 钢筋的锈蚀与混凝土的耐久性

1.1 什么是锈蚀

钢筋的锈蚀是指钢筋接触到周围的气体或液体后发生化学反应而使金属（或合金）腐蚀损耗的过程。

1.2原因

引起腐蚀的原因包括：

电化学腐蚀——不纯的金属（或合金）接触到电解质溶液发生原电池反应，比较活泼的金属原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀，过程中伴有电流产生。

化学腐蚀——金属和接触到的物质（一般为非电解质）直接发生化学反应而发生的腐蚀。过程中没有电流产生。

在一般的大气环境下，大部分的金属腐蚀是由于电化学原因引起的。

1.3 钢筋锈蚀的危害

（1）钢筋锈蚀使钢筋截面削弱，截面承载力降低。

（2）钢筋锈蚀使钢筋与混凝土的界面上生成疏松的锈蚀层，锈蚀产物的体积膨胀，破坏了钢筋表面与水泥胶体之间的化学胶着力，影响了混凝土与钢筋的共同工作，导致保护层开裂甚至剥落，沿钢筋长度出现纵向裂缝，降低外围混凝土对钢筋的约束，削弱甚至破坏钢\筋与混凝土的粘接锚固作用，降低了钢筋混凝土构件或结构的承载力和适用性，直接影响了结构的安全性和耐久性。

因此了解钢筋锈蚀的影响因素，采取防止钢筋锈蚀的措施，尽早发现和诊断钢筋的锈蚀情况，对于确保钢筋混凝土结构耐久性和安全使用至关重要。

2 钢筋锈蚀的机理

▲钢筋锈蚀是一个电化学过程

钢筋腐蚀是由于在混凝土中形成了腐蚀微电池：

阳极——进行氧化反应的金属，即发生锈蚀的钢筋部位，失去电子，

Fe→Fe2++2e-

阴极——进行还原反应，得到电子：

2H++2e-→H2

和

钢锈蚀反筋应才可能发生。因此在混凝土中的含氧水分是钢筋发生锈蚀的重要条件。如果混凝土非常致密，水灰比又低，则氧气透入困难，可以使钢筋锈蚀显著减弱。

▲氧化后的铁锈作为腐蚀产物是疏松、多孔、非共格结构，极易透水和渗水，因而无论铁锈多厚都不能保护内部的钢材不继续锈蚀，上述反应将不断进行下去，严重时，体积膨胀，导致沿钢筋长度的混凝土出现纵向裂缝，并使混凝土保护层剥落，习称“暴筋”，从而截面承载力降低，最终失效。

钢筋锈蚀是一个相当长的过程，首先在裂缝较宽的个别点上“坑蚀”，继而逐渐形成“环蚀”，同时向两边扩展。形成锈蚀面，使钢筋截面削弱。

▲钢筋锈蚀的无损检测方法主要分为三类：综合分析法、物理检测法、电化学检测法。

3 、防止金属锈蚀的方法

（1）加入铬、镍制成不锈钢

（2）金属表面覆盖保护层：油漆，电镀等

（3）电化学保护法——阴极保护（被保护金属表面产生电子积累）

4、电化学法测锈蚀的限制

（1）当混凝土表面有介电层或高电阻层

例如防护膜或沥青防护层时，难以适用本方法；

（2）在阴极保护系统

中混凝土表面经常出现沥青防护层和（阳极）粉煤灰层，很难采用这种方法进行监测；对于含有金属涂膜或环氧树脂涂膜钢筋的结构，电位测量的解释还不能确定。

5、钢筋锈蚀的综合分析法

综合分析法是根据影响钢筋锈蚀的直接或间接因素的测量与分析，综合考虑构件所处的环境条件，定性的推断钢筋的锈蚀程度，这种推断反映的是钢筋锈蚀可能达到的程度，而不是实际测量出锈蚀程度，因而带有一定的主观分析和经验判断成分。综合分析法快速、简单经济，但该方法是一种定性的方法，不能提供定量的评价。

（1）根据混凝土碳化深度推定钢筋的锈蚀程度

混凝土碳化后由碱性环境变成中性，丧失了对钢筋的保护作用，导致钢筋表面的钝化层处于不稳定状态，易受环境中水和氧气的侵蚀从而产生锈蚀。

以特征k值作为表征钢筋锈蚀的因子：

K=D/C

D-测点中性化深度（碳化深度），C-测点钢筋保护层厚度。

K<1 (D

K>1 (D>C)表示该区域混凝土的中性化深度大于钢筋保护层厚度，推定该区域混凝土的中的钢筋处于锈蚀活动状态。

K=1 (D=C)表示该区域混凝土中的钢筋易产生锈蚀活动。

（2）裂缝分析法

根据构件表面的裂缝分布、宽度判断钢筋的锈蚀程度。

6、钢筋锈蚀的电化学方法

电化学检测方法是通过测定钢筋混凝土腐蚀体系的电化学特性来确定混凝土中钢筋的锈蚀程度和锈蚀速度。混凝土中的钢筋锈蚀本身就是一个电化学过程，因此电化学检测法是反映钢筋锈蚀本质的检测技术。具有测试速度快、灵敏度高、可连续跟踪和原位测量等优点，电化学法是检测钢筋锈蚀的主要方法。

电化学法主要分为半电池电位法、线性极化电阻法、交流阻抗谱法、恒电流脉冲法等。以下重点介绍半电池电位法。

（1）半电池电位法的原理：

半电池电位法是通过测量钢筋的自然腐蚀电位判断钢筋的锈蚀程度。

腐蚀电位是钢筋上某区域的混合电位，反映了金属的抗腐蚀能力。混凝土中的钢筋的活化区（阳极区）和钝化区（阴极区）显示出不同的腐蚀电位，钢筋在钝化时，腐蚀电位升高，电位偏正；由钝态转入活化态时，腐蚀电位降低，电位偏负。

将混凝土中的钢筋看作是半个电池组，与合适的参比电极（铜/硫酸铜参考电极或其它参考电极）连通构成一个全电池系统，混凝土是电解质，参比电极的电位值相对恒定，而混凝土中的钢筋因锈蚀程度不同产生不同的腐蚀电位，从而引起全电池电位的变化，根据混凝土中钢筋表面各点的电位评定钢筋的锈蚀状态。

半电池电位法不受混凝土构件尺寸和钢筋保护层厚度的限制，与其他非破损或半破损方法结合使用，可以提高可靠性，腐蚀电位的测定

仅是对腐蚀的几率判定，尚不能直接给出锈蚀率或锈蚀速度。

（2）半电池电位法的测量仪器

半电池电位法钢筋锈蚀仪由铜/硫酸铜半电池、电连接垫、电压仪和导线构成。

用导线把钢筋和电压表一端连通，电压表的另一端与铜硫酸铜参考电极连通，构成测量系统，辅助使用：

（3）半电池电位法的测量技术要点

▲测区与测位：测区面积不宜于5m*5m，测区按网格状划分测点，网格尺寸宜为100mm*100mm ——500mm*500mm,网格节点为电位测点，每种条件的测区数量不宜少于3个；

测区中的测点数不宜少于20个，测点与构件边缘的距离应大于50mm；

▲半电池测定仪的一端与钢筋连接，若钢筋露在外面，可以方便的连接。否则，需要利用钢筋定位仪确定出一根钢筋的位置，剔除保护层后使钢筋外露，再进行连接。要求打磨钢筋表面，除去锈斑，并要保证仪器钢筋连接点处与测点的钢筋连通，使电路闭合，必要时可以用电压表检查测试区内任意两根钢筋之间的电阻值。

▲半电池测定仪的另一端与混凝土表面接触，测点混凝土表面应平整、清洁，无涂料、浮浆、污物或灰尘等；测区混凝土预先充分浸湿，保证电连接垫与混凝土表面良好耦合，测试时要求混凝土保持湿润。

▲测试测点的电位，电位读数变动不超过2mV，同一测点、同一支参考电极重复读数差异不

得超过10mV。同一测点、不同参考电极重复读数差异不得超过20 mV。℃

▲应避免外界各种因素产生的电流的影响，环境温度超出22——50℃时，应记录环境温度，并进行温修正度。

（4）锈蚀结果表示方法——

数据图标图、数据色谱图、电位等值区图等。

▲

数值阵列：▲

数据图标图——用图标表示各测点数据

（5）半电池电位值评估钢筋锈蚀程度的判据：