淺析銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用期限預(yù)測

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)和其他產(chǎn)品相同，都具有一定的使用期限，當(dāng)前，對銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的維修已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)加固改造中的重點(diǎn)問題。其主要任務(wù)就是對銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損傷狀況進(jìn)行系統(tǒng)的評估，而結(jié)構(gòu)的使用期限作為一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，是銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損傷估算的最終目標(biāo)之一。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹蝕破壞的過程主要包含：銹蝕產(chǎn)物膨脹至混凝土保護(hù)層開裂；鋼筋開始銹蝕（去鈍化）；銹蝕裂縫發(fā)展直至混凝土保護(hù)層剝落三個(gè)階段。

關(guān)鍵詞：鋼筋；銹蝕；使用期限

引 言

鋼筋混凝土出現(xiàn)之后，大力推動(dòng)著建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，它在大部分人的心目中是一種非常堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)形式，但是因?yàn)橥饨缜治g性環(huán)境的影響，導(dǎo)致最終結(jié)果不是人們所想象的那樣。隨著一大批鋼筋混凝土建筑物使用期限的不斷增長，結(jié)構(gòu)的老化現(xiàn)象逐漸嚴(yán)重，混凝土的耐久性已經(jīng)變成重大問題，混凝土中的鋼筋銹蝕是影響耐久性的關(guān)鍵因素，而氯離子又是引起鋼筋銹蝕的主要因素。鋼筋銹蝕導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的過早破壞已成為世界各國普遍關(guān)注的一大災(zāi)害。

1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹蝕破壞過程模型

1.1 Tutti模型

對于早年混凝土結(jié)構(gòu)使用期限的預(yù)測，一個(gè)廣為人知的模型就是Tutti模型[1]，如圖1所示。在此模型當(dāng)中，Tutti假定混凝土是均勻的，沒有裂縫的。使用周期由兩個(gè)階段構(gòu)成，分別為銹蝕初始階段以及發(fā)展階段。銹蝕初始階段是指的是新建結(jié)構(gòu)投入使用之后，在外界侵蝕的介質(zhì)（例如二氧化碳、氯化物等）的影響下，鋼筋面臨鈍化狀態(tài)，未被銹蝕，當(dāng)本階段完成之后鋼筋才開始發(fā)生銹蝕，銹蝕起始階段的長短就是環(huán)境中氯離子滲入混凝土保護(hù)層，當(dāng)鋼筋表面的氯離子的濃度達(dá)到臨界值的時(shí)候，使鋼筋表面去鈍化所使用的時(shí)間；銹蝕發(fā)展過程指的是鋼筋開始銹蝕之后，知道發(fā)展到能夠接受的最大銹蝕程度所經(jīng)歷的時(shí)間，這個(gè)階段鋼筋銹蝕率（直線斜率）主要取決于氧以及水分進(jìn)入混凝土的速率以及溫度。Tutti模型概念清楚明了，但沒有考慮發(fā)展期銹蝕率的變化，在使用過程當(dāng)中怎么確定可接受的最大銹蝕程度依然是值得探究的問題。

1.2 改進(jìn)模型

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性使用期限標(biāo)志根據(jù)工程對象以及使用要求的差別而不同，但是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中指出銹蝕裂縫寬度等于1mm就能夠視為危險(xiǎn)點(diǎn)，所以對常見混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層縱向裂縫寬度達(dá)到1mm時(shí)為結(jié)構(gòu)使用期限終結(jié)的主要標(biāo)志，則混凝土結(jié)構(gòu)耐久性使用期限TD能夠表示為：

因?yàn)榛炷量紫丁?nèi)部骨料、微裂縫的隨機(jī)分布，導(dǎo)致了氯離子的擴(kuò)散系數(shù)必然為一隨機(jī)過程；混凝土表面氯離子濃度與環(huán)境因素的關(guān)系密切，因?yàn)榛炷辆哂须x散性的特點(diǎn)、量測偏差的不準(zhǔn)確性，混凝土表面氯離子濃度實(shí)際也為隨機(jī)變量；因?yàn)槭┕ふ`差的原因，并不能夠保證所有的鋼筋都正確地放置在設(shè)計(jì)的位置當(dāng)中，所以說混凝土保護(hù)層厚度屬于一個(gè)隨機(jī)變量。將擴(kuò)散系數(shù)D作為隨機(jī)的過程，將混凝土表面氯離子濃度Cs、混凝土表面至鋼筋表面距離x作為隨機(jī)變量，則得到鋼筋表面氯離子濃度的隨機(jī)過程的計(jì)算公式：

3 工程實(shí)例

以連云港廟嶺港西大堤鋼筋混凝土護(hù)欄結(jié)構(gòu)為實(shí)例預(yù)測其使用期限。連云港廟嶺港區(qū)二期工程西大堤屬于國家重點(diǎn)工程，是目前國內(nèi)最長、工程量最大的攔海大堤，它的護(hù)欄工程建成于1997年12月。位于海洋環(huán)境浪濺區(qū)的護(hù)欄結(jié)構(gòu)運(yùn)行不到四年，其柱、梁、板等均出現(xiàn)不同程度的銹蝕破壞。河海大學(xué)于2001年10月對使用不到4年的廟嶺港西大堤鋼筋混凝土護(hù)欄銹蝕破壞情況進(jìn)行了仔細(xì)的工程調(diào)查。結(jié)合現(xiàn)場外觀檢查主要統(tǒng)計(jì)長度、裂縫寬度、位置等信息，現(xiàn)場非破損檢測包含對實(shí)測保護(hù)層厚度、室內(nèi)試驗(yàn)破型測定鋼筋截面損失，部分構(gòu)件進(jìn)行回彈、混凝土碳化深度的測定，混凝土取樣測定氯離子含量。

4 結(jié) 論

（4）由于影響因素比較多，且隨機(jī)性比較大，導(dǎo)致建立銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剩余期限評估的較為實(shí)用而且科學(xué)的數(shù)學(xué)模型受到了一定的阻力。本文模型單純考慮某一個(gè)因素的結(jié)構(gòu)耐久性的研究，日后應(yīng)該對氯離子環(huán)境下的主要受力構(gòu)件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查，獲取到更多可靠實(shí)測數(shù)據(jù)，對耐久性使用期限評估模型中參數(shù)進(jìn)行修正，從而得到更為合理的耐久性使用期限評估模型。

參考文獻(xiàn)

[1]Tutti K.Corrosion of steel in concrete[R].Swedish：Swedish Cement and Concrete Research Institute，1982.

[2]危險(xiǎn)房屋鑒定標(biāo)準(zhǔn)（JGJ125-99）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[3]吳 謹(jǐn).氯離子環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹裂損傷評估研究[D].南京：河海大學(xué)，2003.

[4]張寶蘭，衛(wèi)淑珊.華南海港鋼筋混凝土暴露十年試驗(yàn)[J].水運(yùn)工程，1999：6～13.

作者簡介：郭升鴻（1975-），男，工程師。