建筑混凝土鋼筋銹蝕原因及檢測(cè)分析

萬(wàn) 能

南昌科禹工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，江西 南昌 330046

0 引言

混凝土材料因堅(jiān)固耐用、可塑性強(qiáng)、造價(jià)低廉等優(yōu)勢(shì)在現(xiàn)代建筑體系內(nèi)被廣泛應(yīng)用，鋼筋作為混凝土結(jié)構(gòu)建筑的核心構(gòu)成部分，若其在使用過(guò)程中發(fā)生銹蝕必然會(huì)給建筑安全造成不利影響，需要對(duì)鋼筋銹蝕原因及檢測(cè)技術(shù)做分析總結(jié)。

1 建筑混凝土鋼筋銹蝕原因

建筑混凝土鋼筋銹蝕原因可分為內(nèi)因和外因。其中，內(nèi)因主要包括混凝土類型、結(jié)構(gòu)裂縫、堿度、外加劑添加、保護(hù)層厚度、強(qiáng)度等級(jí)等因素的影響；外因則為環(huán)境因子的作用，如不良介質(zhì)接觸、溫濕度、冰凍等。

總結(jié)以往工程案例中鋼筋構(gòu)件銹蝕的原因，主要有以下幾點(diǎn)：第一，混凝土碳化?；炷帘韺硬牧现袣溲趸}堿性溶液不斷吸收空氣中二氧化碳，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成碳酸鈣，碳化后的混凝土材料pH值逐漸降低且向內(nèi)部發(fā)展，若碳化深度超出保護(hù)層厚度，就可能破壞鋼筋構(gòu)件表層的鈍化膜，引發(fā)鋼筋銹蝕［1］。第二，氯離子作用。外部環(huán)境中的氯離子滲透到混凝土內(nèi)部并與鋼筋構(gòu)件發(fā)生直接或間接接觸，因混凝土包裹性降低及鋼筋鈍化導(dǎo)致鋼筋銹蝕。第三，混凝土體本身存在質(zhì)量缺陷，如最常見(jiàn)的開(kāi)裂現(xiàn)象，使得內(nèi)部鋼筋直接暴露在空氣內(nèi)而發(fā)生銹蝕?；炷亮芽p與材料水灰比、振搗施工、混凝土澆筑等均存在一定關(guān)聯(lián)，因混凝土施工質(zhì)量缺陷產(chǎn)生麻面、漏筋等問(wèn)題，加快鋼筋銹蝕。

2 建筑混凝土鋼筋銹蝕檢測(cè)

2.1 電化學(xué)檢測(cè)

電化學(xué)檢測(cè)為混凝土鋼筋銹蝕檢測(cè)的常用方式，本文主要介紹兩種基于電化學(xué)原理的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

2.1.1 混凝土電阻率檢測(cè)法

混凝土電阻率檢測(cè)法的原理為：水泥漿空隙液內(nèi)，離子流動(dòng)過(guò)程會(huì)發(fā)生電解，即混凝土所具備的導(dǎo)電性。電阻率檢測(cè)通過(guò)2電極完成，其中1個(gè)電極為鋼筋構(gòu)件，檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行外部加壓，獲取實(shí)時(shí)電流參數(shù)，可計(jì)算混凝土電阻。依照操作方式不同，可將混凝土電阻率檢測(cè)法分為四探針?lè)?、兩?jí)法、圓盤法等。以四探針?lè)槔魴z測(cè)出的混凝土電阻率＞20Ω·m，可判斷為低速率銹蝕；若電阻率在10～20Ω·m，可判斷為中、低速率銹蝕；若電阻率在5～10Ω·m，可判斷為高速率銹蝕；若電阻率低于5Ω·m，說(shuō)明鋼筋銹蝕速率已非常高。

混凝土電阻率檢測(cè)方法雖然具備操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，但其檢測(cè)過(guò)程易受到周圍環(huán)境的干擾，獲得的數(shù)據(jù)離散性較強(qiáng)，可將其與其他檢測(cè)技術(shù)結(jié)合使用。

2.1.2 半電池檢測(cè)法

半電池檢測(cè)法可對(duì)鋼筋銹蝕程度做量化分析，在目前的建筑混凝土質(zhì)量檢測(cè)中被頻繁應(yīng)用，且已經(jīng)構(gòu)建起相對(duì)成熟的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。半電池檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置2個(gè)電極，測(cè)量電極間電位差即可對(duì)鋼筋銹蝕程度做分析評(píng)價(jià)。該檢測(cè)方法的主要工具有恒電位參比電極、連接線、高輸入電阻伏特表等。

現(xiàn)階段，半電池檢測(cè)法主要遵循兩類檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。一是中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)頒布的《全釩液流電池系統(tǒng) 測(cè)試方法》GB/T 33339-2016：若結(jié)果＞-200mV，銹蝕概率為5%；若結(jié)果在-200～-350mV之間，銹蝕概率為50%；若結(jié)果＜-350，銹蝕概率在90%。二是國(guó)家能源局頒布的《全釩液流電池 電極測(cè)試方法》NB/T 42082-2016：若結(jié)果＞-250mV，判定為未銹蝕；若結(jié)果在-200～-400mV之間，判定為可能銹蝕；若結(jié)果＜-400mV，判定為銹蝕。

半電池檢測(cè)法檢測(cè)過(guò)程不破壞原本的混凝土結(jié)構(gòu)，且鋼筋銹蝕程度可被量化觀測(cè)，但該檢測(cè)方法僅可確定鋼筋銹蝕位置，為無(wú)法得到鋼筋銹蝕速率信息。

2.2 物理檢測(cè)

2.2.1 射線檢測(cè)法

射線檢測(cè)為一類常用的混凝土鋼筋銹蝕檢測(cè)技術(shù)，其通過(guò)拍攝混凝土內(nèi)部鋼筋構(gòu)件的X或γ 射線圖像，以直觀觀測(cè)鋼筋銹蝕情況。實(shí)際檢測(cè)中多將該技術(shù)與紅外熱象法結(jié)合應(yīng)用，采集混凝土表面溫度信息，以判斷鋼筋構(gòu)件銹蝕的具體位置。射線檢測(cè)最大的缺陷在于檢測(cè)過(guò)程可能對(duì)操作人員人身健康造成威脅，隨著檢測(cè)技術(shù)的研究創(chuàng)新，該技術(shù)在實(shí)際工作中的應(yīng)用比例也越來(lái)越低。

2.2.2 聲發(fā)射檢測(cè)法

聲發(fā)射檢測(cè)法為一種新型的混凝土鋼筋銹蝕無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。聲發(fā)射原本為一種常見(jiàn)的物理現(xiàn)象，建筑混凝土結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中，受復(fù)雜因素的影響，材料內(nèi)部被破壞并釋放出帶有能量的彈性波，該彈性波傳遞至材料表面引發(fā)表面位移。使用專門的聲發(fā)射探頭，可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)該過(guò)程產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)放大處理后記錄為可被直接觀測(cè)的檢測(cè)結(jié)果。

建筑混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，鋼筋銹蝕的狀態(tài)、位置、程度均處于不斷變化的狀態(tài)，受保護(hù)層的干擾，信號(hào)源傳遞過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，若混凝土保護(hù)層尚未出現(xiàn)脹裂，會(huì)給其鋼筋銹蝕檢測(cè)帶來(lái)較大難度。而采用聲發(fā)射檢測(cè)法，可動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)混凝土材料變化，準(zhǔn)確找出材料內(nèi)部質(zhì)量缺陷及能量釋放信號(hào)，進(jìn)而在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確定位質(zhì)量缺陷發(fā)生位置。

2.3 檢測(cè)案例

某框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑層數(shù)14，現(xiàn)已使用12年，結(jié)構(gòu)檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)其地下室剪力墻柱結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重的混凝土開(kāi)裂、鋼筋構(gòu)件銹蝕問(wèn)題，對(duì)銹蝕原因做深入分析。

建筑仍在試用期年內(nèi)，且使用環(huán)境無(wú)異常，因此可基本排除以上兩項(xiàng)因素對(duì)鋼筋銹蝕的影響。進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測(cè)，銹脹開(kāi)裂結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度在39.8MPa，未發(fā)生銹蝕位置的強(qiáng)度在42.1MPa，二者差距不大，可排除混凝土密實(shí)度引發(fā)銹蝕的原因。另外，氯離子含量檢測(cè)結(jié)果在0.083%＜0.15%，也符合要求。經(jīng)綜合分析，認(rèn)為鋼筋銹蝕的原因?yàn)闃?gòu)件質(zhì)量缺陷，長(zhǎng)期受外部環(huán)境影響導(dǎo)致混凝土碳化，引發(fā)開(kāi)裂及銹蝕問(wèn)題。

3 結(jié)論

建筑混凝土銹蝕原因主要為混凝土碳化、氯離子作用、質(zhì)量缺陷等，合理選擇銹蝕檢測(cè)技術(shù)類型，可準(zhǔn)確了解銹蝕位置及程度，找出銹蝕原因，進(jìn)而制定合理方案進(jìn)行彌補(bǔ)。