鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的檢測與評估
2015-06-01
1 鋼筋銹蝕檢測技術(shù)現(xiàn)狀
1.1 混凝土破型檢測
這種檢測方法最直觀和準確，即將檢測部位的保護層鑿除，量取鋼筋銹蝕后實際銹后直徑，必要時可將部分鋼筋截斷帶回實驗室檢測。這種方法的缺點是費時、費力，對建筑物或結(jié)構(gòu)構(gòu)件會造成一定程度的破壞。
1.2 鋼筋銹蝕電位、電阻評定方法
正常情況下，混凝土內(nèi)鋼筋表面的鈍化膜是完好的，此時鋼筋的電動勢與處于腐蝕狀態(tài)下鋼筋的電動勢是不同的。鋼筋銹蝕的點化學反應過程與帶電離子通過混凝土內(nèi)部微孔液體的運動有關(guān)。離子的同方向運動使混凝土成為電導體，通過測量其導電性（或電阻），就可以判斷出腐蝕電流流動的難易性，進而可以判斷出保護層下鋼筋的銹蝕狀況。
目前，在我國一般使用的是用半電池法測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，在我國很少采用，英國曾制定出測混凝土電阻率的方法，根據(jù)所測混凝土電阻率判斷鋼筋銹蝕狀況的標準見表1。
由于銹蝕電位、電阻的測量受混凝土種類、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)，雖屬定量測量，但只能做定性判斷。
2 銹蝕檢測技術(shù)研究
2.1 半電池電位法檢測技術(shù)
在前文中已經(jīng)提到，鑒于電阻率法檢測技術(shù)過于粗糙，我國很少使用。而半電池電位法相對來講，略顯精細一些，國內(nèi)應用較廣，但這種方法受現(xiàn)場影響因素太多，而且其影響有輕有重，故與現(xiàn)場人員經(jīng)驗是否豐富密切相關(guān)。本文就不同的混凝土干濕度、混凝土強度等試件結(jié)合GXY-1A型鋼筋銹蝕測量儀進行了一些試驗。
G X Y-1A型鋼筋銹蝕測量儀是以8031單片機為核心部件，集數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、繪圖、打印為一體的多功能化儀器。其主要性能指標如下：
測量范圍：顯示±1999mV，存儲±999mV;
準確度：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：標準打印機并行口，可擴充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℃，相對濕度85%。
該儀器測試混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕電位的示意圖見圖1。
2.2 試驗結(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，當混凝土保護層完全碳化、p H降至9.5時，鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞，鋼筋就會銹蝕。銹蝕隨著混凝土碳化深度的增加而逐步推進。而反陰極保護法的通電銹蝕表明，銹蝕是沿著鋼筋周表面同時出現(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）會造成3～4倍的體積膨脹，脹裂混凝土保護層，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，銹蝕電位的檢測均值卻達到-682.6mV（平均系數(shù)0.168），遠低于-350mV和-400mV，判斷鋼筋銹蝕度應屬于嚴重銹蝕。以上矛盾來源于鋼筋銹蝕的評判方法。由前文所述，由于電銹蝕是全表面銹蝕，故銹蝕率為100%，那么，檢測到的檢測值很高也就可以理解了。
2.2.3 混凝土含水量對銹蝕電位檢測值的影響
在鋼筋未銹蝕而試件混凝土為自然風干狀態(tài)時，銹蝕電位均值為-112.4mV（離差系數(shù)0.176），在c a s e2時，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時鋼筋處于低度銹蝕，而在c a s e2時，鋼筋卻處于中等銹蝕狀態(tài)，這顯然是不符合實際情況的，因此混凝土含水狀態(tài)對銹蝕電位測量的影響是不可忽視的。實際檢測時應加以鑒別修正。
2.2.4 混凝土強度對銹蝕電位檢測值的影響
在相同狀態(tài)下，混凝土強度為C25時的銹蝕電位檢測值大于混凝土強度C20時的銹蝕電位檢測值，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檢測鋼筋銹蝕度時，混凝土強度的影響不能忽視。
2.3 檢測保護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。當混凝土保護層受雨水浸潤或處于其他潮濕環(huán)境中時，鋼筋的銹蝕產(chǎn)物就會通過混凝土的微細孔隙從內(nèi)到外滲透。根據(jù)擴散規(guī)律，當擴散達到穩(wěn)定后，擴散物質(zhì)在擴散介質(zhì)中存在按一定的梯度分布，對于同種強度和類別及處于相同環(huán)境下的混凝土，我們認為在保護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。
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、嚴重銹蝕四個不同級別，試樣從離鋼筋5～8m m位置的保護層里取出。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，故這里僅測試了Fe2O3含量。兩批試驗的結(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。這一事實告訴我們，通過檢測混凝土保護層中鐵離子含量來判斷鋼筋的銹蝕狀況是可行的，對于不同的工地可先選取幾個典型部分測其鐵離子含量并破型檢驗對照，然后，其他大量檢測就不必破型檢驗。當然，這種方法在操作中要求選取的樣品應與鋼筋的距離相同，同時不能污染了試樣，否則可能會出現(xiàn)誤判。
3 鋼筋銹蝕情況檢測的綜合方法
通過以上幾種對鋼筋銹蝕檢測方法的比較、試驗，筆者認為，對一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋銹蝕情況的檢測，即以外觀目視普測和用銹蝕儀有選擇地面測輔以典型斷面破型點測，具體操作如下：首先對整個結(jié)構(gòu)物構(gòu)件外觀進行目測觀察，并根據(jù)保護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)目測結(jié)果，選擇部分構(gòu)件用銹蝕儀檢測鋼筋銹蝕電位，并選取典型面破型檢驗，進一步精確判斷鋼筋的銹蝕級別。但用銹蝕儀檢測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)檢測人員的經(jīng)驗積累是必要的。
