氯鹽侵蝕下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹脹開(kāi)裂研究綜述

文/李偉 中核華辰建筑工程有限公司 陜西西安 710000

1、氯鹽侵蝕下鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)性能研究

1.1 銹蝕初始階段

相關(guān)研究表明，氯鹽侵蝕環(huán)境下，鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞，導(dǎo)致鋼筋混凝土的使用性能退化。基于環(huán)境下的結(jié)構(gòu)性能退化過(guò)程，主要可以分為銹蝕初始階段與銹蝕擴(kuò)展階段。張菊輝（2017）對(duì)銹蝕初始階段進(jìn)行研究，其認(rèn)為銹蝕的開(kāi)始，主要是由于氯離子的不斷積累，達(dá)到一定的臨界濃度，導(dǎo)致鋼筋脫鈍。銹蝕的初始階段，是氯離子侵入的過(guò)程，隨著時(shí)間的推移，氯離子的侵蝕程度越強(qiáng)[1]。此種環(huán)境下，不僅鋼筋混凝土?xí)獾狡茐?，周圍的環(huán)境同樣會(huì)受到影響。凌曉政（2016）對(duì)銹蝕初始階段進(jìn)行研究，其完善了氯離子侵蝕飽和混凝土的數(shù)學(xué)模型，并且對(duì)銹蝕的環(huán)境影響因素進(jìn)行測(cè)試，從而提出了氯離子侵蝕非飽和混凝土的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)模型研究可知，隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，鋼筋混凝土的銹蝕程度加強(qiáng)，混凝土的結(jié)構(gòu)性能不斷下降[2]。由此可見(jiàn)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，鋼筋混凝土在氯鹽侵蝕環(huán)境下結(jié)構(gòu)性能會(huì)不斷退化。

1.2 銹蝕擴(kuò)展階段

銹蝕的擴(kuò)展階段，主要是銹蝕物的形成過(guò)程，隨著銹蝕物的不斷積累，逐漸會(huì)誘發(fā)保護(hù)層銹脹開(kāi)裂，導(dǎo)致鋼筋混凝土的黏膜失效，鋼筋混凝土的性能迅速退化。Naveet Kaur（2016）對(duì)銹蝕擴(kuò)展階段進(jìn)行研究，其認(rèn)為銹蝕擴(kuò)展階段與銹蝕初始階段具有較大不同，銹蝕擴(kuò)展階段的壽命密度更大。通過(guò)試驗(yàn)研究與相關(guān)數(shù)據(jù)分析可知，氯鹽侵蝕環(huán)境下，鋼筋混凝土銹蝕初始時(shí)間僅占整個(gè)壽命期的5.5%，而銹蝕擴(kuò)展階段占整個(gè)壽命期的94%。因此，各國(guó)學(xué)者對(duì)于銹蝕擴(kuò)展階段的研究比較重視[3]。通過(guò)銹蝕擴(kuò)展階段去研究鋼筋混凝土在氯鹽侵蝕環(huán)境下的結(jié)構(gòu)銹脹開(kāi)裂機(jī)理，從而研究保護(hù)層開(kāi)裂的原因與時(shí)間的關(guān)系等。

2、氯鹽侵蝕下鋼筋混凝土的銹蝕研究

2.1 鋼筋混凝土的銹蝕模型

國(guó)內(nèi)外對(duì)于氯鹽侵蝕環(huán)境下，鋼筋混凝土銹脹開(kāi)裂問(wèn)題研究已經(jīng)有20年，鋼筋裂縫問(wèn)題的原因，主要是混凝土結(jié)構(gòu)的銹脹開(kāi)裂。王華（2014）對(duì)鋼筋混凝土的銹蝕模型進(jìn)行研究，其認(rèn)為銹蝕反應(yīng)需要物質(zhì)質(zhì)量守恒，通過(guò)Fick定律、化學(xué)反應(yīng)公式、靜電方程等建立銹蝕模型，從而對(duì)銹蝕產(chǎn)物進(jìn)行模擬[4]。采用電化學(xué)理論對(duì)鋼筋混凝土銹蝕模型進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)論提出物理概念。其認(rèn)為鋼筋混凝土的銹蝕過(guò)程，屬于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，銹蝕層的變化、銹蝕密度的大小是影響混凝土銹蝕率變化的主要原因。F. Behnamfar（2016）對(duì)鋼筋混凝土的銹蝕模型進(jìn)行研究，其主要分析了物理影響因素，通過(guò)氯離子濃度、溫度、電阻等去建立銹蝕模型[5]。

2.2 鋼筋混凝土銹蝕產(chǎn)物分布

根據(jù)相關(guān)調(diào)查可知，鋼筋混凝土銹蝕產(chǎn)物分布主要是通過(guò)試驗(yàn)的方式進(jìn)行驗(yàn)證，但是由于銹蝕試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、成本高等特點(diǎn)，各國(guó)學(xué)者普遍采用通電的方式，加速鋼筋混凝土的銹蝕過(guò)程。童晶（2015）對(duì)鋼筋混凝土銹蝕產(chǎn)物進(jìn)行研究，其采用通電方法去開(kāi)展試驗(yàn)，但是通電情況下鋼筋銹蝕過(guò)程較為均勻，銹蝕產(chǎn)物主要分布在鋼筋的橫截面，并且分布比較均勻[6]。通電試驗(yàn)情況下的鋼筋混凝土銹蝕產(chǎn)物分布，與自然環(huán)境下的銹蝕產(chǎn)物分布具有較大差異。Jianguang Yue（2016）對(duì)鋼筋混凝土銹蝕產(chǎn)物分布進(jìn)行研究，其主要采用視頻顯微測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)自然環(huán)境下的鋼筋混凝土銹蝕進(jìn)行研究，得出的結(jié)論比較符合實(shí)際。此種研究方法，得到諸多學(xué)者的認(rèn)可，使用效率較高[7]。

3、氯鹽侵蝕下鋼筋混凝土保護(hù)層銹脹開(kāi)裂研究

3.1 保護(hù)層裂縫發(fā)展研究

3.2 關(guān)系模型研究

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在保護(hù)層裂縫發(fā)展研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)建立關(guān)系模型去分析保護(hù)層銹脹開(kāi)裂的過(guò)程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹脹開(kāi)裂的過(guò)程模擬。徐港（2015）對(duì)鋼筋銹脹開(kāi)裂過(guò)程關(guān)系模型進(jìn)行研究，其主要是利用有限元軟件，建立維帶孔洞的四節(jié)點(diǎn)平面應(yīng)變模型。試驗(yàn)過(guò)程中，其向鋼筋混凝土空隙內(nèi)部施加不均勻銹脹力，從而對(duì)銹脹關(guān)系模型進(jìn)行模擬[10]。通過(guò)試驗(yàn)可知，利用XFEM與混凝土系數(shù)構(gòu)建關(guān)系模型，能夠模擬鋼筋混凝土保護(hù)層銹脹開(kāi)裂的過(guò)程。

結(jié)論：

綜上所述，本文對(duì)氯鹽侵蝕下鋼筋混凝土保護(hù)層銹脹開(kāi)裂進(jìn)行深入研究，研究結(jié)果表明，氯鹽侵蝕下鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)性能研究，主要包括銹蝕初始階段與銹蝕擴(kuò)展階段。文章從鋼筋混凝土的銹蝕模型、鋼筋混凝土銹蝕產(chǎn)物分布兩方面，論述了氯鹽侵蝕下鋼筋混凝土的銹蝕，為我國(guó)鋼筋混凝土銹蝕裂縫研究提供參考依據(jù)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的總結(jié)與梳理，了解了氯鹽侵蝕下鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)性能變化、混凝土腐蝕情況、保護(hù)層銹脹開(kāi)裂問(wèn)題。未來(lái)需要加強(qiáng)對(duì)鋼筋混凝土的銹脹開(kāi)裂研究，從而提高建筑的使用性能。

[1]張菊輝，汪鵬飛.氯鹽侵蝕下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹脹開(kāi)裂研究綜述[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，39(04)：389-395.