混凝土中钢筋锈蚀的检测技术研究

混凝土中钢筋锈蚀的检测技术研究

一、项目研究背景

混凝土耐久性是当今世界的重大问题。而当今世界混凝土破坏的原因，按递减顺序是：钢筋锈蚀、冻害、物理化学作用。“钢筋锈蚀”排在所有影响因素的首位。

美国标准局1975年调查表明：美国全年各种腐蚀损失为700亿美元，其中混凝土中钢筋锈蚀损失占40%（280亿元）！最近，美国公路研究战略计划披露：到本世纪未，为更换或修复冷天撒化冰盐引起的破损公路混凝土桥面板，估计要耗费4000亿美元，其中大部分是钢筋锈蚀引起的！在英国，由于钢筋锈蚀需要重建或更换钢筋混凝土建筑物占36%。一般情况下，梁板在一二十年后就会发生钢筋锈蚀引起的顺筋胀裂；在炎热的海洋环境中，5年内就会出现这种破坏。

在我国北方地区，采用撒氯盐的办法化雪，防冰，如北京每冬天可撒400～600t氯盐。北京的西直门立交桥，才使用20年，就出现了钢筋锈的蚀破坏严重。不得不进行加固、改造。

此外我国混凝土外加剂种类繁多，特别时含氯盐的早强、防冻剂，已经给我国一批建筑物带来严重的钢筋腐蚀危害。不适当使用外加剂引发的问题，是影响钢筋腐蚀和混凝土耐久性的一个重要方面。

我国正处于大规模建设时期，特别是基础建设很多，近十年来公路桥梁发展的尤为迅速。我们必须未雨绸缪，防患于未然，才能很好的节约资源，把由于钢筋腐蚀造成的损失降到最低。

在我中心承担的对全省路网的养护调查和日常检测中发现许多桥梁出现不同程度的钢筋锈蚀损坏，在七十年代建造的拱桥、梁桥上表现的更为明显。钢筋锈蚀对构件承载力和使用寿命产生了很大影响，存在一定的安全隐患。

建于70年代的拱桥钢筋锈蚀情况严重

部分桥梁桩基外露，钢筋锈蚀严重

1．钢筋锈蚀研究的回顾

本世纪20年代初，随着结构计算理论及施工技术水平地相对成熟，钢筋混凝土结构开始被大规模才用，应用的领域越来越广阔，因此，许多新地耐久性损伤类型逐渐出现，这直接促使人们必须有针对性进行地研究。1951年，前苏联学者A.A.贝科夫、B.M.莫斯克文等较早地开始了混凝土中钢筋锈蚀问题的研究。进入本世纪60年代，混凝土结构的使用已经进入高峰期，并且开始朝系统化、国际化方向发展。国际材料与结构研究所联合会（RILEM）于1960年成立了“混凝土中钢筋腐蚀”技术委员会（12-CRC），旨在推动混凝土结构耐久性研究的发展，使得混凝土结构正常使用的问题逐渐成为国际学术机构和国际性学术议讨论的重要课题之一。

我国从60年代开始了混凝土结构的耐久性研究，当时主要的研究内容是混凝土的碳化深度和钢筋的锈蚀。80年代初，我国对混凝土结构的耐久性开始了广泛而深入的研究，但主要还是对静态构件进行研究。九十年代，同济大学的教授们用了5年时间系统的研究了钢筋耐久性的检测技术，其中对钢筋锈蚀也进行了详细的研究，但是由于且由于受检测条件的限制，还未形成有效完善的研究结论。目前，公路行业在《公路桥梁承载能力检测评定规程》（征求意见稿）中对钢筋锈蚀检测中的方法有了相应的介绍。

2．钢筋锈蚀产生的原因

混凝土中的钢筋锈蚀一般为电化学锈蚀。当二氧化碳、氯离子等腐蚀介质侵入时，混凝土的碱性降低，或者混凝土保护层受拉开裂等将造成全部或局部地破坏钢筋锈蚀表面地钝化状态，钢筋表面地不同部位会出现较大地电位差，形成阳极和阴极，在一定地环境下（如氧和水地存在）钢筋就开始锈蚀，锈蚀地形式一般为斑状锈蚀，即锈蚀分布在较广地表面面积上。

3.常用的钢筋锈蚀检测方法

（1）氯离子的监测

它需要对钢筋以上或周围的混凝土进行采样，一般通过钻芯方法，然后用电测法或化学方法确定氯含量。氯离子含量对钢筋锈蚀影响程度的评定：

《公路桥梁承载能力检测评定规程》（征求意见稿）

（2）电阻率测定法

混凝土中钢筋的锈蚀是由一种电化学作用引起的，该作用会产生电流而使钢筋受到腐蚀，因此就可以通过测试混凝土的电阻来推断钢筋是否被锈蚀。用混凝土的电阻率来判别锈蚀速率。电阻率判定钢筋锈蚀的标准如下：

美国ASTM标准

《公路桥梁承载能力检测评定规程》（征求意见稿）

（3）半电池电位法

混凝土中的钢筋与周围介质在交界面上相互作用形成双电层[8]，并与介质两侧产生电位差，电位差大小能反应钢筋所处的状态，既活化或钝化状态，自然电位通过测定钢筋电极对照比电极的极对电位差来定性判定钢筋锈蚀状况，自然电位法设备简单，价格便宜，操作方便，对混凝土的钢筋锈蚀体系无干扰，半电池电位法的判定标准如下：

美国ASTMC-876

《公路桥梁承载能力检测评定规程》（征求意见稿）

3. 钢筋锈蚀检测所面临的问题

1.各国虽然对钢筋锈蚀有一定的研究，但是相对于其他学科来说，起步比较晚，还未形成系统的理论。尤其是钢筋锈蚀的判断方面的研究更是很不成熟，相应的规范较少，且不统一。我国的研究起步更晚，检测仪器基本上都是国外进口

的，锈蚀的判断基本上都是参照国外的标准，非常缺乏此方面相应的研究。目前交通部还没有正式出台关于钢筋锈蚀检测技术的相应规范。

2.目前锈蚀的检测方法都是根据产生钢筋锈蚀某一种原理进行检测的。只是检测锈蚀活动性，而不是对钢筋锈蚀的程度进行判定。

3.影响钢筋锈蚀的因素较多，缺少一种综合的检测方法评价钢筋锈蚀程度。

4.我国钢筋锈蚀的研究中基本上都是集中在水利和建筑部门。公路上关于钢筋锈蚀的检测方面的运用很少，运用方法有限制。

5.目前，各种钢筋锈蚀的单一检测方法受到检测原理，和自然条件的限制，对检测结果的判断有很大影响。

三、项目解决的问题

钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性降低的最主要因素，因此建立一个合理的钢筋修饰率模型是至关重要的，仅从纯理论角度或纯经验角度建立钢筋修饰率模型都不可能获得较高结果，而应该先从理论角度出发，建立修饰率模型，然后再通过实测数据进行修正。

通过检测混凝土的碳化深度，保护层厚度，氯离子的含量，混凝土表面的电阻，和半电池电势，氯离子的渗透能力，混凝土强度等具体参数，和相关试验，从混凝土的碳化，酸性物质的入侵，氯离子的入侵，破坏钝化膜，形成腐蚀电流，氯离子的导电作用，氯离子的阳极去极比作用，等各个方面检测出影响钢筋锈蚀的因素。总结出一条评定钢筋锈蚀程度的公式。

通过此项目对检测方法的研究，找出不同环境下产生钢筋锈蚀的原因和机理及相关关系、影响权重。为寿命评价提供依据。

目前我中心拥有较先进的钢筋锈蚀检测设备，为本项目研究创造了一定的条件。