提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)研究進(jìn)展

楊國征

摘 要：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是困擾建筑業(yè)的一個重大難題，本文從治的角度，對比了傳統(tǒng)修補(bǔ)法和常用的電化學(xué)修復(fù)法的原理和應(yīng)用效果，旨在為提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性提供一些理論性的參考。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土;結(jié)構(gòu)耐久性;研究進(jìn)展

文章編號：2095-4085（2020）04-0076-02

1868年，法國園丁發(fā)明了鋼筋混凝土花盆， 1872年，美國落成了世界上第一組鋼筋混凝土建筑，自此，鋼筋混凝土這一對黃金組合開啟了建筑工程的新大門，混凝土為鋼筋提供了堿性環(huán)境，保持了鋼筋表層的敦化，讓外界的侵蝕性物質(zhì)不能接觸鋼筋，而混凝土的韌性由于鋼筋的存在變的更好，鋼筋抗彎性和抗拉性能也變得更強(qiáng)。鋼筋和混凝土結(jié)合的方式被建筑業(yè)廣泛接受，但還是存在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)不到設(shè)計壽命，就已經(jīng)失效的現(xiàn)象。筆者對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)失效的原因進(jìn)行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)這些現(xiàn)象的原因是鋼筋混凝土的耐久性不足引起的。而提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，已經(jīng)是讓世界上土木工程界倍受困擾的問題之一。結(jié)構(gòu)的耐久性是結(jié)構(gòu)在各種環(huán)境的作用下，在預(yù)定時間內(nèi)，失效的概率。國內(nèi)外學(xué)者針對混凝土耐久性提升展開了大量的研究，主要是從三個方面：“防”、“抗”、“治”。常用的預(yù)防方法是涂層保護(hù)，采用滲入性阻銹材料，取得了較好的阻銹效果，但是如果保護(hù)層厚度過大，會因為阻銹材料不能到達(dá)鋼筋表面而起不到阻銹效果。從抗的角度來說，一般采用的是特種鋼筋，而針對已經(jīng)腐蝕的混凝土結(jié)構(gòu)，則采用治的方法，一般采用電化學(xué)修復(fù)法，但是要適當(dāng)控制電流量和電流密度，否則會讓混凝土表面發(fā)生銹蝕，增加混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷[1]。本文重點(diǎn)從治的角度討論如何提升鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)耐久性。

1 國內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 傳統(tǒng)修補(bǔ)法

鋼筋混凝土受到外力的破壞或者自然損害，容易造成鋼筋銹蝕、裂縫、漏筋、麻面、孔洞等缺陷，傳統(tǒng)的修復(fù)手段是將已經(jīng)出現(xiàn)的問題的混凝土保護(hù)層去除，然后對鋼筋進(jìn)行除銹，再進(jìn)行防銹處理。如果發(fā)現(xiàn)鋼筋發(fā)生了嚴(yán)重銹蝕，則要進(jìn)行更換或者旁焊補(bǔ)強(qiáng)，然后進(jìn)行除銹、阻銹處理，然后使用丙乳砂漿或者環(huán)丙砂漿對其進(jìn)行填補(bǔ)。這種修補(bǔ)法雖然可以暫時修補(bǔ)鋼筋緩凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的缺陷，但是這種修補(bǔ)方式耐久性不強(qiáng)，特別是在海洋環(huán)境下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這些鋼筋混凝土受到了含氯鹽的侵蝕，即使修補(bǔ)以后，鋼筋中內(nèi)側(cè)的混凝土也會含有氯離子，而且修補(bǔ)的鋼筋處于新舊混凝土的交界處，修補(bǔ)會產(chǎn)生一定的電位差，鋼筋還是會再次發(fā)生銹蝕。以美國為例，多拱大橋銹蝕后，用的就是傳統(tǒng)修補(bǔ)法，但是修補(bǔ)后沒多久就發(fā)現(xiàn)銹蝕加劇的情況出現(xiàn)。

1.2 常用的電化學(xué)修復(fù)法

1.2.1 陰極保護(hù)術(shù)

陰極保護(hù)術(shù)的基本原理是加一定的陰極電流給鋼筋，讓鋼筋的極化到一定程度，降低鋼筋陽極的反應(yīng)。陰極保護(hù)術(shù)包括外加電流輔助陽極法和犧牲陽極法。外加電流輔助陽極法將被保護(hù)的鋼筋和直流電源的負(fù)極連接起來，將難溶性輔助陽極和直流電源的正極連接起來，以這種方法提供保護(hù)電流。此方法從1973年開始使用，當(dāng)時美國一座受到氯離子侵蝕的鋼筋混凝土公路橋使用了該法，取得了良好的效果，自此開始在世界范圍內(nèi)廣泛使用。據(jù)不安全統(tǒng)計，該法有一定抑制鋼筋混凝土銹蝕的效果，但是外加電流輔助陽極法，施工比較復(fù)雜，要提供輔助電源，因此增加了維護(hù)管理的難度。犧牲陽極保護(hù)法顧名思義是將合金或者金屬連接到混凝土上，用合金或者金屬代替鋼筋混凝土的陽極，讓它們進(jìn)行自我消耗或者溶解，從而讓鋼筋得到陰極電流，這種方法要比外加電流保護(hù)法簡便，不需要輔助電源，也就不需要特殊的維護(hù)，而且不會讓鋼筋產(chǎn)生“氫脆”的危險。該法在上世紀(jì)80年代廣泛使用，取得了良好的效果。陰極保護(hù)法一般廣泛用于在建建筑，但是在已建成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋銹蝕的效果還需要進(jìn)一步研究，因為該法的成本比較高，而且需要專人維護(hù)。

1.2.2 電化學(xué)再堿化法

上世紀(jì)70年代末，歐洲和美國興起電化學(xué)再堿化法，該法主要用于修復(fù)碳化混凝土內(nèi)鋼筋腐蝕，它是一種無損的電化學(xué)手段，可以通過直流電讓碳化混凝土保護(hù)層的pH值上升，讓鋼筋表面繼續(xù)鈍化。國內(nèi)外研究結(jié)果表明，該法幾乎適用于一切碳化混凝土結(jié)構(gòu)的防銹蝕，無論結(jié)構(gòu)之前的銹蝕程度如何，該法都適合[2]。

1.2.3 電沉積修復(fù)法

混凝土是一種多孔物質(zhì)，電沉積修復(fù)法為混凝土結(jié)構(gòu)提供陽極，以帶裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋作為陽極，用海水或者水中的礦物質(zhì)作為電解質(zhì)，用低壓直流電對混凝土通電，這樣就會有電解沉積物產(chǎn)生于混凝土結(jié)構(gòu)的孔隙和裂縫中，讓混凝土結(jié)構(gòu)的孔隙和裂縫得到修復(fù)。這種方法起源于上世紀(jì)90年代日本，該法特別適用于海水銹蝕的混凝土結(jié)構(gòu)，因為海水本身就是非常好的電解質(zhì)溶液，國內(nèi)學(xué)者也針對該法做了一些研究，儲洪強(qiáng)等人研究表明，硫酸鋅、氯化鎂、硫酸鎂是不錯的電沉積溶液[3]。

1.2.4 電化學(xué)除氯法

該法產(chǎn)生于上世紀(jì)70年代美國，原理是對混凝土表面加電解液保護(hù)層，然后以鋼筋作為陰極，在電解液保護(hù)層中加入金屬片作為陽極，再通以直流電，這樣會讓混凝土中存在的氯離子從陰極向陽極發(fā)生遷移到電解質(zhì)溶液中，達(dá)到除氯的目的，該法雖然可以有效的去除鋼筋混凝土中的氯離子，但是在電化學(xué)反應(yīng)中會產(chǎn)生氫離子，讓鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生氫脆。而且此法只限于去除鋼筋混凝土表面的氯離子，而結(jié)構(gòu)后方的氯離子還是無法去除[4]。

2 結(jié) 語

綜上所述，電化學(xué)修復(fù)法從治的角度對已經(jīng)發(fā)生銹蝕的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修復(fù)，傳統(tǒng)的修補(bǔ)法修補(bǔ)效果不佳，而且修補(bǔ)后不久會導(dǎo)致銹蝕加劇，國內(nèi)外學(xué)者針對電化學(xué)修復(fù)法展開了一系列研究，也取得了一些成就，但是這些方法在成本、維護(hù)、電解液的選擇上仍然需要大量的研究才能發(fā)揮更好的使用效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]金偉良，趙羽習(xí).混凝土結(jié)構(gòu)耐久性[M].北京：科學(xué)出版社， 2014.

[2]陳兆偉.混凝土碳化與鋼筋混凝土耐久性[J].建材與裝飾，2019，（35）：63-64.

[3]王彭生，曾俊杰，范志宏，等.海工結(jié)構(gòu)混凝土耐久性設(shè)計中英標(biāo)準(zhǔn)對比及工程應(yīng)用[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2019，31（6）：703-709.

[4]趙景鋒，裘泳，陳柳君，等.氯鹽環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)電化學(xué)修復(fù)效果研究現(xiàn)狀[J].硅酸鹽通報，2019，38（12）：3868-3872，3877.