水泥混凝土中钢筋腐蚀及试验检测方法探讨

水泥混凝土中钢筋腐蚀及试验检测方法探讨

发表时间：2017-03-07T10:01:03.187Z 来源：《基层建设》2016年第33期作者：金春和[导读] 本文分析了混凝土中钢筋的腐蚀及影响因素，阐述了混凝土中钢筋腐蚀试验检测方法。

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摘要：钢筋在混凝土中的腐蚀破坏是导致现代钢筋混凝土结构过早失效的最主要原因，是混凝土保护层覆盖下的钢筋的电化学腐蚀，通过钢筋腐蚀产物将混凝土保护层胀裂，环境侵蚀介质通过保护层混凝土的渗透性侵入。本文分析了混凝土中钢筋的腐蚀及影响因素，阐述了混凝土中钢筋腐蚀试验检测方法。

关键词：水泥混凝土；钢筋腐蚀；试验检测

钢筋的腐蚀在初期不易察觉，当发现结构物混凝土产生严重剥离而需要修复时，由于已过最佳维护期，修复难度大且费用高。有时因腐蚀没有得到及时控制，发展到结构物倒塌，造成巨大的经济损失和人员伤亡。所以,正确预测钢筋混凝土腐蚀的发展,对建筑结构的使用寿命是非常重要的。

一、混凝土中钢筋的腐蚀及影响因素

1、混凝土中钢筋的腐蚀。金属表面和周围的媒体变化的化学和电化学行为和破坏,称为金属腐蚀。如果损坏是发生在钢铁、钢铁腐蚀。钢铁腐蚀两大类,即化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指钢表面接触造成的气体或电解质溶液化学腐蚀,腐蚀过程没有电子流动,只有部分的腐蚀现象。电化学腐蚀是指钢铁表面和介质如潮湿的空气,电解质溶液的电化学作用引起的腐蚀,腐蚀电子的流动的过程。电化学腐蚀必须有两个基本条件:有两个潜在的电极,金属液态电解质膜表面是必要的。

2、混凝土中钢筋腐蚀的影响因素。钢筋在混凝土高碱性孔隙液中由于表面形成钝化膜而受到保护。然而，由于混凝土内外环境的污染，可使混凝土内部孔隙液的pH 下降、氯离子含量升高，进而破坏钢筋表面的钝态，同时钢筋表面的微观形貌也随之变化，致使钢筋的耐蚀性下降。影响钢筋腐蚀的因素很多，其中最主要的有氯离子腐蚀和碳化腐蚀。1）氯离子腐蚀。氯离子进入混凝土内的途径，除由混凝土各种组成材料，如拌合水、砂、粗细骨材、水泥形成的空隙外，当混凝土有裂缝发生时，氯离子由裂缝处进入混凝土内部到达钢筋表面，累积到一定的浓度后，会破坏钢筋的钝化膜，从而使钢筋开始进入腐蚀的状态。2）混凝土的碳化。混凝土的碳化是指大气中的二氧化碳向混凝土内部扩散且与水泥中的碱性水化产物发生化学反应。混凝土中钢筋表面是由钝化膜保护，若混凝土产生碳化将使得混凝土所提供的碱性保护层失去保护的作用。当混凝土材料暴露在大气中，尤其是工业污染的环境下，含有二氧化碳或三氧化硫等酸性气体会造成混凝土的pH 值降低，由原先的12-14 降到9 左右，其当pH 值降低。使钢筋表面钝化膜分解，同时混凝土孔隙接触到氧气及水分进而与释放出的铁离子产生氧化铁生成物，生成物性质松脆多孔不具保护作用，如果钢筋将持续处于中性化的环境中，腐蚀情况也将持续恶化。

二、混凝土结构物中钢筋腐蚀检测方法

混凝土结构物中钢筋腐蚀的检测方法, 按对结构物的损伤状况可分为破损检测和无损检测两大类,其中无损检测分为物理检测和电化学检测两大类。

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, 如结构物中的混凝土或抹灰层由于钢筋锈胀力而导致了明显的空鼓、开裂甚至脱落等现象, 为了进一步定量确定钢筋锈蚀的情况, 就需要对结构进行破损检测。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(视觉法)来观察钢筋的锈蚀情况。必要时, 还可截取部分锈蚀最严重的钢筋, 通过截面积损失率或质量损失率来计算钢筋的锈蚀率。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。但该法也存在着一定的局限性, 一是会对结构物造成较大的损伤;二是由于为“点”的检测, 其检测范围和数量及其代表性均受到限制。

2、无损检测。为了不使结构物产生过大的损伤, 人们在工程实践中研究开发出无损检测。该法通常又分为物理检测和电化学检测两大类, 前者包括电阻棒法、涡流探测法、声发射探测法等;后者有恒电量法。1）电阻棒法。通过测量钢筋锈蚀使钢筋截面积和表面状态变化引起的电阻值状况, 利用导电原理间接推算钢筋的剩余面积。该法通常是在浇注混凝土结构时预先埋设电阻探头, 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）涡流探测法。通过测定励磁电流与发生在钢筋内的次生波的相位关系, 来判断钢筋锈蚀状况。它是将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。3）声发射探测法。混凝土中的钢筋发生腐蚀时, 腐蚀产物膨胀会产生过大的内应力, 致使周围混凝土开裂, 部分能量以发射声波形式释放, 用声发射探头可灵敏地检测出发射源位置与声波强弱。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活性高低与声波发射强度的相关性。4）恒电量测量技术仍属于极化测量的范畴, 但它不同于控制电位或控制电流的方法, 可采用先进的电子技术来测量恒电量激励下腐蚀电极极化电位随时间衰减的曲线, 确定钢筋瞬时锈蚀速度。恒电量法测量受腐蚀介质电阻的影响小且对体系的扰动小, 故其获得的钢筋低腐蚀速度从理论上讲比线性极化更适合且更精确。虽然该法目前在钢筋锈蚀研究中应用极少, 但也是一种值得研究的新技术。

总之，钢筋混凝土结构的耐久性损伤与破坏一直是工程界十分关注的问题,而混凝土中的钢筋锈蚀是引起钢筋混凝土结构耐久性失效的最主要的因素。因此钢筋混凝土的耐久性、钢筋腐蚀的监检测均具有重要的实际工程设计需求，并且对已建工程结构的维护也有重要意义。

参考文献：

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