氯鹽侵蝕下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹脹開裂研究綜述

李偉

【摘要】鋼筋混凝土是建筑的主要構(gòu)成材料之一，鋼筋混凝土的質(zhì)量，直接影響建筑工程的質(zhì)量，對于用戶、企業(yè)、社會都具有重要意義。鋼筋混凝土的裂縫問題，對于鋼筋混凝土的使用性能具有重要影響。因此，各國學者對于鋼筋混凝土裂縫問題研究越來越重視，并且取得了一定的成果。

【關(guān)鍵詞】氯鹽侵蝕；鋼筋混凝土；銹脹開裂；內(nèi)部結(jié)構(gòu)

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)會遭到破壞，導致鋼筋混凝土的使用性能退化?；诃h(huán)境下的結(jié)構(gòu)性能退化過程，主要可以分為銹蝕初始階段與銹蝕擴展階段。張菊輝（2017）對銹蝕初始階段進行研究，其認為銹蝕的開始，主要是由于氯離子的不斷積累，達到一定的臨界濃度，導致鋼筋脫鈍。銹蝕的初始階段，是氯離子侵入的過程，隨著時間的推移，氯離子的侵蝕程度越強[1]。此種環(huán)境下，不僅鋼筋混凝土會遭到破壞，周圍的環(huán)境同樣會受到影響。凌曉政（2016）對銹蝕初始階段進行研究，其完善了氯離子侵蝕飽和混凝土的數(shù)學模型，并且對銹蝕的環(huán)境影響因素進行測試，從而提出了氯離子侵蝕非飽和混凝土的數(shù)學模型。通過模型研究可知，隨著試驗時間的增加，鋼筋混凝土的銹蝕程度加強，混凝土的結(jié)構(gòu)性能不斷下降[2]。由此可見，隨著時間的延長，鋼筋混凝土在氯鹽侵蝕環(huán)境下結(jié)構(gòu)性能會不斷退化。

1.2銹蝕擴展階段

銹蝕的擴展階段，主要是銹蝕物的形成過程，隨著銹蝕物的不斷積累，逐漸會誘發(fā)保護層銹脹開裂，導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）對銹蝕擴展階段進行研究，其認為銹蝕擴展階段與銹蝕初始階段具有較大不同，銹蝕擴展階段的壽命密度更大。通過試驗研究與相關(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間僅占整個壽命期的5.5%，而銹蝕擴展階段占整個壽命期的94%。因此，各國學者對于銹蝕擴展階段的研究比較重視[3]。通過銹蝕擴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)銹脹開裂機理，從而研究保護層開裂的原因與時間的關(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

國內(nèi)外對于氯鹽侵蝕環(huán)境下，鋼筋混凝土銹脹開裂問題研究已經(jīng)有20年，鋼筋裂縫問題的原因，主要是混凝土結(jié)構(gòu)的銹脹開裂。王華（2014）對鋼筋混凝土的銹蝕模型進行研究，其認為銹蝕反應需要物質(zhì)質(zhì)量守恒，通過Fick定律、化學反應公式、靜電方程等建立銹蝕模型，從而對銹蝕產(chǎn)物進行模擬[4]。采用電化學理論對鋼筋混凝土銹蝕模型進行分析，根據(jù)分析結(jié)論提出物理概念。其認為鋼筋混凝土的銹蝕過程，屬于動態(tài)變化過程，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）對鋼筋混凝土的銹蝕模型進行研究，其主要分析了物理影響因素，通過氯離子濃度、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)物分布主要是通過試驗的方式進行驗證，但是由于銹蝕試驗時間長、成本高等特點，各國學者普遍采用通電的方式，加速鋼筋混凝土的銹蝕過程。童晶（2015）對鋼筋混凝土銹蝕產(chǎn)物進行研究，其采用通電方法去開展試驗，但是通電情況下鋼筋銹蝕過程較為均勻，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）對鋼筋混凝土銹蝕產(chǎn)物分布進行研究，其主要采用視頻顯微測量系統(tǒng)，對自然環(huán)境下的鋼筋混凝土銹蝕進行研究，得出的結(jié)論比較符合實際。此種研究方法，得到諸多學者的認可，使用效率較高[7]。

3、氯鹽侵蝕下鋼筋混凝土保護層銹脹開裂研究

3.1保護層裂縫發(fā)展研究

氯鹽侵蝕環(huán)境下，鋼筋混凝土保護層開裂的程度，可以利用測量工具直接測得。通過獲得的數(shù)據(jù)建立相關(guān)保護層裂縫寬度與銹蝕率之間的模型，能夠充分的反應保護層裂縫發(fā)展情況。吳元周（2015）對保護層裂縫發(fā)展情況進行研究，其主要是通過鋼筋混凝土銹蝕之前的形變關(guān)系，分析均勻腐蝕情況下保護層裂縫發(fā)展情況，為鋼筋混凝土壽命預測提供數(shù)據(jù)支持，并且提出了保護層裂縫寬度的計算公式：

其中n代表銹蝕產(chǎn)物的體積變化率，V代表的是混凝土泊松比，ρw為鋼筋的銹蝕概率[8]。A. Edalat-Behbahani（2016）對保護層裂縫發(fā)展情況進行研究，其充分的考慮了銹蝕產(chǎn)物的流失情況，并且假設體積不變，從而得出鋼筋混凝土銹蝕率的計算公式：

其中k代表的是鐵銹流失系數(shù)，D1代表的是銹蝕之后的鋼筋直徑[9]。

3.2關(guān)系模型研究

國內(nèi)外學者在保護層裂縫發(fā)展研究的基礎上，通過建立關(guān)系模型去分析保護層銹脹開裂的過程，進而實現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹脹開裂的過程模擬。徐港（2015）對鋼筋銹脹開裂過程關(guān)系模型進行研究，其主要是利用有限元軟件，建立維帶孔洞的四節(jié)點平面應變模型。試驗過程中，其向鋼筋混凝土空隙內(nèi)部施加不均勻銹脹力，從而對銹脹關(guān)系模型進行模擬[10]。通過試驗可知，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層銹脹開裂的過程。

結(jié)論：

綜上所述，本文對氯鹽侵蝕下鋼筋混凝土保護層銹脹開裂進行深入研究，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，為我國鋼筋混凝土銹蝕裂縫研究提供參考依據(jù)。通過對國內(nèi)外文獻的總結(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、保護層銹脹開裂問題。未來需要加強對鋼筋混凝土的銹脹開裂研究，從而提高建筑的使用性能。

參考文獻：

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