鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的檢測(cè)與評(píng)估
2015-06-01
1 鋼筋銹蝕檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀
1.1 混凝土破型檢測(cè)
這種檢測(cè)方法最直觀和準(zhǔn)確，即將檢測(cè)部位的保護(hù)層鑿除，量取鋼筋銹蝕后實(shí)際銹后直徑，必要時(shí)可將部分鋼筋截?cái)鄮Щ貙?shí)驗(yàn)室檢測(cè)。這種方法的缺點(diǎn)是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，對(duì)建筑物或結(jié)構(gòu)構(gòu)件會(huì)造成一定程度的破壞。
1.2 鋼筋銹蝕電位、電阻評(píng)定方法
正常情況下，混凝土內(nèi)鋼筋表面的鈍化膜是完好的，此時(shí)鋼筋的電動(dòng)勢(shì)與處于腐蝕狀態(tài)下鋼筋的電動(dòng)勢(shì)是不同的。鋼筋銹蝕的點(diǎn)化學(xué)反應(yīng)過程與帶電離子通過混凝土內(nèi)部微孔液體的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。離子的同方向運(yùn)動(dòng)使混凝土成為電導(dǎo)體，通過測(cè)量其導(dǎo)電性（或電阻），就可以判斷出腐蝕電流流動(dòng)的難易性，進(jìn)而可以判斷出保護(hù)層下鋼筋的銹蝕狀況。
目前，在我國(guó)一般使用的是用半電池法測(cè)定混凝土的電位來判斷鋼筋銹蝕狀況。由于電阻率法判斷很模糊，在我國(guó)很少采用，英國(guó)曾制定出測(cè)混凝土電阻率的方法，根據(jù)所測(cè)混凝土電阻率判斷鋼筋銹蝕狀況的標(biāo)準(zhǔn)見表1。
由于銹蝕電位、電阻的測(cè)量受混凝土種類、干濕度、氯鹽等內(nèi)摻劑含量等多種現(xiàn)場(chǎng)因素及操作人員技能的影響較大，因此判別比較籠統(tǒng)，雖屬定量測(cè)量，但只能做定性判斷。
2 銹蝕檢測(cè)技術(shù)研究
2.1 半電池電位法檢測(cè)技術(shù)
在前文中已經(jīng)提到，鑒于電阻率法檢測(cè)技術(shù)過于粗糙，我國(guó)很少使用。而半電池電位法相對(duì)來講，略顯精細(xì)一些，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣，但這種方法受現(xiàn)場(chǎng)影響因素太多，而且其影響有輕有重，故與現(xiàn)場(chǎng)人員經(jīng)驗(yàn)是否豐富密切相關(guān)。本文就不同的混凝土干濕度、混凝土強(qiáng)度等試件結(jié)合GXY-1A型鋼筋銹蝕測(cè)量?jī)x進(jìn)行了一些試驗(yàn)。
G X Y-1A型鋼筋銹蝕測(cè)量?jī)x是以8031單片機(jī)為核心部件，集數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、繪圖、打印為一體的多功能化儀器。其主要性能指標(biāo)如下：
測(cè)量范圍：顯示±1999mV，存儲(chǔ)±999mV;
準(zhǔn)確度：優(yōu)于0.5%±1mV;
分辨率：1mV;
輸入阻抗：1012Ω;
顯示：2×16字符液晶顯示;
輸出：標(biāo)準(zhǔn)打印機(jī)并行口，可擴(kuò)充R S-232串行口，序列輸出和矩陣輸出并存;
探頭：(鋼/硫酸銅)半電池電極，濕度系數(shù)0.9mV/℃;
環(huán)境條件：溫度0℃～40℃，相對(duì)濕度85%。
該儀器測(cè)試混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕電位的示意圖見圖1。
2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.2.1 自然銹蝕與通電銹蝕的異同
大氣條件下，當(dāng)混凝土保護(hù)層完全碳化、p H降至9.5時(shí)，鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞，鋼筋就會(huì)銹蝕。銹蝕隨著混凝土碳化深度的增加而逐步推進(jìn)。而反陰極保護(hù)法的通電銹蝕表明，銹蝕是沿著鋼筋周表面同時(shí)出現(xiàn)的，另外在大氣條件下，鋼筋銹蝕的生成物（主要為鐵的氧化物）會(huì)造成3～4倍的體積膨脹，脹裂混凝土保護(hù)層，但通電銹蝕的結(jié)果沒有觀察到這種情況，因此在相同的銹蝕率下，自然銹蝕與通電銹蝕所造成的鋼筋與混凝土的粘結(jié)力的喪失程度是不一樣的。
2.2.2 鋼筋銹蝕程度分析
鋼筋銹蝕程度判別方法一般有失重法、截面損失法等。6組試件經(jīng)過通電后，最大失重率為2.06%，小于10%，屬低度銹蝕在自然狀態(tài)、飽水狀態(tài)和銹后飽水狀態(tài)的電位值處理，雖然鋼筋都屬于低度銹蝕，但在混凝土處于飽水狀態(tài)下，銹蝕電位的檢測(cè)均值卻達(dá)到-682.6mV（平均系數(shù)0.168），遠(yuǎn)低于-350mV和-400mV，判斷鋼筋銹蝕度應(yīng)屬于嚴(yán)重銹蝕。以上矛盾來源于鋼筋銹蝕的評(píng)判方法。由前文所述，由于電銹蝕是全表面銹蝕，故銹蝕率為100%，那么，檢測(cè)到的檢測(cè)值很高也就可以理解了。
2.2.3 混凝土含水量對(duì)銹蝕電位檢測(cè)值的影響
在鋼筋未銹蝕而試件混凝土為自然風(fēng)干狀態(tài)時(shí)，銹蝕電位均值為-112.4mV（離差系數(shù)0.176），在c a s e2時(shí)，銹蝕電位均值減至-273.5mV（離差系數(shù)0.280），照此數(shù)據(jù)判斷，c a s e1時(shí)鋼筋處于低度銹蝕，而在c a s e2時(shí)，鋼筋卻處于中等銹蝕狀態(tài)，這顯然是不符合實(shí)際情況的，因此混凝土含水狀態(tài)對(duì)銹蝕電位測(cè)量的影響是不可忽視的。實(shí)際檢測(cè)時(shí)應(yīng)加以鑒別修正。
2.2.4 混凝土強(qiáng)度對(duì)銹蝕電位檢測(cè)值的影響
在相同狀態(tài)下，混凝土強(qiáng)度為C25時(shí)的銹蝕電位檢測(cè)值大于混凝土強(qiáng)度C20時(shí)的銹蝕電位檢測(cè)值，并在通電飽和狀態(tài)下,其變化幅度最大。因此，在使用G X Y-1A檢測(cè)鋼筋銹蝕度時(shí)，混凝土強(qiáng)度的影響不能忽視。
2.3 檢測(cè)保護(hù)層中鐵離子含量確定鋼筋銹蝕度技術(shù)研究
研究表明，鋼筋銹蝕后，銹蝕產(chǎn)物多以氧化鐵、氯化鐵、硫酸鐵等鐵鹽的形式存在，且以氧化鐵最多。當(dāng)混凝土保護(hù)層受雨水浸潤(rùn)或處于其他潮濕環(huán)境中時(shí)，鋼筋的銹蝕產(chǎn)物就會(huì)通過混凝土的微細(xì)孔隙從內(nèi)到外滲透。根據(jù)擴(kuò)散規(guī)律，當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到穩(wěn)定后，擴(kuò)散物質(zhì)在擴(kuò)散介質(zhì)中存在按一定的梯度分布，對(duì)于同種強(qiáng)度和類別及處于相同環(huán)境下的混凝土，我們認(rèn)為在保護(hù)層上離鋼筋相同距離位置上的鐵離子含量（開裂邊緣除外）與鋼筋銹蝕度間是有一定關(guān)系的，本文做了相關(guān)試驗(yàn)。
所用試樣是從室內(nèi)外選取的試件上取下的，選用的試件的鋼筋分為未銹、低度銹蝕、高度銹蝕、嚴(yán)重銹蝕四個(gè)不同級(jí)別，試樣從離鋼筋5～8m m位置的保護(hù)層里取出。試樣共制備了兩批，第一組為室內(nèi)，第二組為室外。由于室內(nèi)銹蝕試樣產(chǎn)物主要是F e2O3，故這里僅測(cè)試了Fe2O3含量。兩批試驗(yàn)的結(jié)果見表2。
從表中結(jié)果可以看到，兩組試樣Fe2O3的含量明顯地隨鋼筋銹蝕度的變化而呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，但第二組試樣的氧化鐵含量明顯偏高。分析其原因，一是由于第一組在室內(nèi)操作，在取樣過程中銹蝕產(chǎn)物未曾掉進(jìn)試樣內(nèi)，而第二組試樣是在室外久置的建筑物上取樣，工地操作不便，銹脹產(chǎn)物可能部分污染了試樣，而取樣人員可能還未發(fā)覺；二是水泥自身的品質(zhì)差異也有一定的影響。這一事實(shí)告訴我們，通過檢測(cè)混凝土保護(hù)層中鐵離子含量來判斷鋼筋的銹蝕狀況是可行的，對(duì)于不同的工地可先選取幾個(gè)典型部分測(cè)其鐵離子含量并破型檢驗(yàn)對(duì)照，然后，其他大量檢測(cè)就不必破型檢驗(yàn)。當(dāng)然，這種方法在操作中要求選取的樣品應(yīng)與鋼筋的距離相同，同時(shí)不能污染了試樣，否則可能會(huì)出現(xiàn)誤判。
3 鋼筋銹蝕情況檢測(cè)的綜合方法
通過以上幾種對(duì)鋼筋銹蝕檢測(cè)方法的比較、試驗(yàn)，筆者認(rèn)為，對(duì)一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋銹蝕情況的檢測(cè)，即以外觀目視普測(cè)和用銹蝕儀有選擇地面測(cè)輔以典型斷面破型點(diǎn)測(cè)，具體操作如下：首先對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)物構(gòu)件外觀進(jìn)行目測(cè)觀察，并根據(jù)保護(hù)層外表面的銹蝕和剝蝕狀況初步判斷鋼筋的銹蝕狀況。然后根據(jù)目測(cè)結(jié)果，選擇部分構(gòu)件用銹蝕儀檢測(cè)鋼筋銹蝕電位，并選取典型面破型檢驗(yàn)，進(jìn)一步精確判斷鋼筋的銹蝕級(jí)別。但用銹蝕儀檢測(cè)的銹蝕電位在不同的工地環(huán)境要做不同的修正，因此有關(guān)檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)積累是必要的。
