钢筋锈蚀防护和检测技术

钢筋锈蚀防护和检测技术
作者：殷庆遇
来源：《城市建设理论研究》2013年第30期
摘要：钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的最主要和最直接因素，也是混凝土桥梁耐久性破坏的主要形式之一。

本文从锈蚀机理、影响因素和影响后果等方面进行了综述性讨论。

根据钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的主要因素，在借鉴吸收已有钢筋防护和钢筋锈蚀率检测技术的基础上，提出采用橡胶防护钢筋锈蚀和模块化模拟检测技术，为相关方面防护和检测的技术提供参考。

关键词：钢筋锈蚀;橡胶;模块;检测
中图分类号：TU392.2文献标识码：A
一、钢筋锈蚀国内外研究历程和现状
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。

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，
我国从60年代开始了以混凝土碳化深度和钢筋锈蚀为主要课题方向的耐久性研究。

80年代主要对静态构件进行研究。

90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。

针对钢筋锈蚀程度以及钢筋锈蚀后材料性能的实时检测也成为研究的一个重点方向。

二、钢筋锈蚀机理
钢筋锈蚀是一个电化学反应过程。

在完成初浇后，混凝土处于PH值约为12.5的强碱环境，力筋表面形成一层致密的钝化膜，使其处于钝化状态。

但随着环境介质的侵入,混凝土会发生各种劣化现象 ,造成混凝土的碱性降低。

这时混凝土对钢筋的保护作用减退 ,即钢筋去钝而锈蚀。

钢筋的锈蚀使受力截面积减少，修饰层膨胀使得混凝土保护层沿钢筋方向开裂，尔后脱落，使得钢筋直接与空气接触，加速钢筋的锈蚀作用。

这大大影响其耐久性，使得钢筋混凝土结构已经无法满足的正常的使用功能。

因此可以发现，力筋发生锈蚀需要三大基本要素：（一）力筋表面钝化膜的破坏；（二）充足氧的供应；（三）适宜的湿度（RH＝60～80％）。

三个要素缺一不可。

三、钢筋锈蚀防护措施
钢筋锈蚀是由于钢筋所处环境和自身材料性质所决定。

在完成混凝土浇筑过程后，钢筋将完全包裹在混凝土中成为结构的一部分，通过钢筋与混凝土之间的粘结强度很好的实现结构内力的传递过程。

包围在钢筋外面的混凝土而混凝土对钢筋的保护作用包括两个方面:一是混凝土的高碱性使钢筋表面形成钝化膜;二是保扩层对外界腐蚀介质、氧气以及水分等渗入的阻止作用。

后一种作用主要取决于混凝土的密实度和保护层的厚度。

现阶段针对钢筋锈蚀的防护措施主要包括保留足够的混凝土保护层厚度、钢筋表层涂抹防锈材料、钢材材料配合比调整等，但经实验室试验和工程实践信息反馈发现，其效果有限，无法完全满足对钢筋锈蚀的防护要求。

针对工程中出现的问题，提出一种新型的钢筋锈蚀防护措施---橡胶套防护法，并将此作为防护措施的一种参考和选择。

橡胶套防护法：
橡胶材料作为现阶段常用的材料外防护材料，广泛应用于有线信号运输、电线等材料的防护。

天然橡胶由橡胶树采集胶乳制成,是异戊二烯的聚合物.具有很好的耐磨性、很高的弹性、扯断强度及伸长率. 丁基橡胶、三元乙丙橡胶、聚醚橡胶等橡胶材料也都具有良好的耐酸耐碱性质，能够很好的适应混凝土的碱性环境，同时起到隔离钢筋与周围环境的作用。

对于钢筋与橡胶之间粘结问题，为满足两种材料之间的粘结性能，采用磷化处理的方法，即将经过人工打磨除锈处理后的钢筋放入丙酮溶剂中浸泡半小时后，完成除去钢筋表面覆盖的油渍，随后取出并用水清洗干净后置于通风透气环境下晾干。

经已有试验论证后发现，经普通化学处理、打磨处理和磷化处理后可有效提高两者之间的粘合性能。

由于本设计防护方法仍处于理论研究和探索阶段，因此需要对橡胶保护法的可行性和可靠度进行验证。

初步拟采用如下方法：利用桥梁分析软件—midas，建立2座同为跨径
50+100+50m三跨简支梁模型，在甲桥中配置添加橡胶保护套的钢筋，乙桥中依旧采用一般的钢筋，通过对全桥设置Q=20kn/m，40kn/m，60kn/m，80kn/m等一系列均布荷载作用下两座桥梁钢筋应力值的大小和主梁挠度的变化，利用离散结果建立目标函数。

通过建立实体模型或依托实际工程，根据实测数据对目标函数的相关参数进行修正。

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。

丰富了钢筋锈蚀的检测方法，加深了对钢筋锈蚀的理解和研究，提高了准确性。

四、钢筋锈蚀率的实时监控
目前钢筋锈蚀率的检测通常是对混凝土的碳化深度，保护层厚度，氯离子的含量，混凝土表面的电阻、氯离子的渗透能力，混凝土强度等具体参数等各个方面检测出影响钢筋锈蚀的因素，最后总结出一条评定钢筋锈蚀程度的公式。

但由于钢筋的锈蚀率检测是在结构已经处于桥状态后完成的。

此时钢筋已经预埋于结构中，进行钢筋的锈蚀率检测的困难可见一斑。

现阶段钢筋锈蚀检测技术主要包括钢筋修饰检测方法、电化学检测两种。

但受到环境温度、杂散电流等外界条件影响，对于检测结果的准确性和可靠度都需进行分析和验证。

在参考已有的检测技术的基础上，为更方便快捷的完成钢筋锈蚀的检测，提出建立模块化模拟法。

具体方法如下：
设计模型：按照施工现场条件和实际浇筑混凝土，同期制作直径直径为20cm，高度为C （C为混凝土保护层厚度）在模块伸入孔穴端部预留20cm的钢筋段的圆柱体模块若干，完成编号，并提前在桥梁结构中完成相应孔穴的预留。

待浇筑完成后放入相对应孔穴中。

保持模块与桥梁结构处于相同的养护环境。

在成交状态下需要对桥梁结构中钢筋锈蚀进行实时检测时，可方便的抽取模块进行快速检测，检测完成后放回。

五、结语
（一）橡胶套防护法可有效的实现隔离钢筋与混凝土，避免混凝土碱性环境对钢筋的锈蚀影响。

橡胶防护套的组成材料还需进一步研究。

（二）模块化模拟法作为一种准确模拟结构中钢筋锈蚀程度的措施，能够准确快速的完成钢筋锈蚀率的检测。

根据有个模块检测锈蚀刚率的弹性模量E、名义屈服强度相对值α、名义强度极限值β。

（三）根据建成的钢筋锈蚀的目标函数，建立合理使用的钢筋锈蚀预测模型。

（四）本文中的钢筋锈蚀造成的截面损失破坏可靠性分析只是对混凝土结构耐证。

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