混凝土鋼筋銹蝕原因及檢測(cè)分析

鄭世杰

健研檢測(cè)集團(tuán)有限公司 福建廈門 361101

鋼筋混凝土因其抗壓強(qiáng)度較高、耐久實(shí)用、整體性好等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用在土木建設(shè)、港口工程與橋梁工程施工。但是鋼筋混凝土也擁有抗裂性不足、自重力較大和鋼筋銹蝕等缺陷，通常會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性形成危害，從而產(chǎn)生非常大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，施工部門需要高度重視鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)安全性和結(jié)構(gòu)耐久性，及時(shí)進(jìn)行維修和加固，確保鋼筋混凝土不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題[1]。

1 鋼筋銹蝕的機(jī)理

一般來(lái)說(shuō)，鋼筋的銹蝕從本質(zhì)上說(shuō)是鋼筋與周圍環(huán)境或介質(zhì)發(fā)生的化學(xué)或電化學(xué)作用而引起的破壞，鋼筋銹蝕會(huì)使鋼筋截面積減小，銹蝕后會(huì)形成或大或小的蝕坑或銹斑，從而引起應(yīng)力過(guò)于集中，使結(jié)構(gòu)失效加快。鋼筋銹蝕所生成的鐵銹會(huì)膨脹，造成混凝土出現(xiàn)膨脹裂紋，嚴(yán)重的會(huì)造成鋼筋與混凝土之間黏結(jié)力喪失，而加重結(jié)構(gòu)破壞。根據(jù)被銹蝕原理的不同，可以將鋼筋銹蝕分成化學(xué)銹蝕和電化學(xué)銹蝕兩種類型。

鋼筋的化學(xué)銹蝕是指鋼筋與非電解質(zhì)之間通過(guò)直接接觸發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)屬于氧化還原過(guò)程。例如鋼材在干燥環(huán)境中能直接被氧化形成鐵的氧化物，化學(xué)銹蝕速度較慢。當(dāng)鋼材處于潮濕環(huán)境或有鹽溶液存在的情況下時(shí)，此時(shí)則發(fā)生電化學(xué)銹蝕，電化學(xué)銹蝕被認(rèn)為是鋼材銹蝕的最主要的一種形式。電化學(xué)銹蝕的原理是鋼筋與電解質(zhì)作為兩個(gè)電極，組成銹蝕原電池，通過(guò)電子傳遞完成電化學(xué)反應(yīng)使鋼筋銹蝕。根據(jù)銹蝕電池構(gòu)成的形式不同，又分為組分電池與濃差電池。組分電池是兩類活性不同的金屬組成，濃差電池是混合物中溶解離子的濃度差不同而形成的電池[2]。

2 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)ā杉?jí)法、圓盤法等。以四探針?lè)槔?，若檢測(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?；炷岭娮杪蕶z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/T33339-2016：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/T42082-2016：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[3]。

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。

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)語(yǔ)

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)。