淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題

淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題摘要：鋼笳銹蝕是鋼筋混凝土結構破壞的主要原因之一，檢測或監(jiān)控結構混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕狀態(tài)具有重要的現(xiàn)實意義以及鋼筋銹蝕的危害及其防護措施關鍵詞：鋼筋，混凝土，耐久性，混凝土銹蝕機理檢測，銹蝕原因，預防措施混凝土是土木工程中用量最多的建筑材料，也是最主要的結構材料，鋼筋混凝土結構已經(jīng)成為世界上應用最為廣泛的結構形式：我國每年耗費在混凝土結構上的費用為2000億元以上。在人們的傳統(tǒng)觀念中總是認為鋼筋混凝土結構是由最為耐久的混凝土材料澆筑而成，雖然鋼筋易腐蝕，但有混凝土保護層，鋼筋也不會發(fā)生銹蝕，因此，對鋼筋混凝土結構的使用壽命期望值也是很高的。從而忽視了鋼筋混凝土結構的耐久性問題，對鋼筋銹蝕及其耐久性的研究相對滯后，為此付出了巨大的代價?；炷恋哪途眯允侵富炷猎趯嶋H使用條件下抵抗各種破壞因素的作用，長期保持強度和外觀完整性的能力?；炷聊途眯允侵附Y構在規(guī)定的使用年限內(nèi)，在各種環(huán)境條件作用下，不需要額外的費用加固處理而保持其安全性、正常使用和可接受的外觀能力。淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共1頁，當前為第1頁。作為主要建筑材料的鋼筋混凝土，己廣泛應用于各種建筑工程中。由于混凝土的碳化，特別是氛化物污染(海洋、海岸工程與撤除冰鹽的路橋工程)結構混凝土，引起鋼筋銹蝕、混凝土順筋脹裂、層裂和剝落破壞，今天己成為威脅全世界混凝土結構耐久性的主要災害。另一方面，由于鋼筋腐蝕破壞是混凝土保護下鋼的電化學腐蝕，具有不透明性，使得對結構的監(jiān)護增加了難度。顯然，尋找一種對結構進行無損監(jiān)測的簡便方法，具有重要的工程意義。淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共1頁，當前為第1頁。1.鋼筋銹蝕的危害鋼筋銹蝕的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)鋼筋銹蝕會導致混凝土結構中實際鋼筋截面面積的減小，從而降低結構構件的承載能力。(2)鋼筋銹蝕后的產(chǎn)物是鐵銹(Fe03"Fe。04~H20)，鐵銹的體積一般要增長2～4倍，體積的膨脹會導致混凝土保護層脹開，造成鋼筋外露，鋼筋銹蝕進一步發(fā)生。(3)鋼筋銹蝕會導致鋼筋與混凝土之間的握裹力減小使得鋼筋在混凝土結構中的傳力受到影響?，F(xiàn)階段我國的常規(guī)鋼筋混凝土結構房屋設計使用壽命為50年，這種壽命預測是建立在我國混凝土設計規(guī)范的基礎上，雖然它不是一個很高的標準，(國外房屋壽命估算可以達到80年，有的甚至在百年以上)，但我國許多房屋就連這樣的標準也達不到，由于建筑結構問題，許多鋼筋混凝土的壽命不過25年左右，造成這種“折壽”情況的主要原因，其中之一就是鋼筋的銹蝕。2.鋼筋參數(shù)變化檢測方法檢測混凝土中鋼筋腐蝕的自身參數(shù)變化的方法，基本上可分為物理方法和電化學方法兩大類。淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共2頁，當前為第2頁。2.1物理方法淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共2頁，當前為第2頁。(1)電阻探頭。早在二十年代，歐美諸國就廣泛采用電阻探頭檢測混凝土結構中的鋼筋腐蝕。通常是在澆筑混凝土結構時就預先埋設這種探頭。這種方法比較適用于均勻腐蝕場合。對于以局部腐蝕為特征的鋼筋，并不能定量檢測鋼筋腐蝕速度。(2)聲發(fā)射。它是利用混凝土中鋼筋腐蝕時，腐蝕產(chǎn)物膨脹，會產(chǎn)生過大內(nèi)應力，使周圍混凝土開裂，部分能量以發(fā)射聲波形式釋放，用聲發(fā)射探頭可以靈敏地檢測發(fā)射源位置與強弱。但它存在的問題是很難避免其他聲發(fā)射的干擾，因此很難建立鋼筋腐蝕活性高低與聲發(fā)射強度的相關性。(3)渦流與磁通減量。將一臺電磁裝置放在混凝土結構表面，使其中一段鋼筋達到磁飽和，鋼筋腐蝕引起的鋼筋截面積損失會使磁場中出現(xiàn)一些異常。分析這些異常，即可判斷鋼筋截面積的損失率。這兩種方法都是高精度、無損、定量檢測混凝土中鋼筋損失量的現(xiàn)行有效方法，配合電化學檢測，可以更好地診斷鋼筋腐蝕引起的混凝土結構破壞狀況和評估剩余使用壽命，很有應用前景。(4)膨脹應變探頭。英國中央電力局Manning等利用金屬腐蝕產(chǎn)物體積膨脹率與腐蝕速度的相關性，研制了一種環(huán)境腐蝕檢測器(ECM)15]，主要用于檢測除冰劑對混凝土中鋼筋腐蝕速度的影響。直接用游標卡尺測量鋼筋銹蝕后鋼筋直徑的變化，主要指鋼筋銹蝕后鋼筋有效直徑的測量。2.2電化學方法淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共3頁，當前為第3頁?；炷林袖摻钿P蝕的電化學檢測方法主要有自然電位法、交流阻抗譜技術和極化測量技術等。淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共3頁，當前為第3頁。(1)自然電位法?；炷林械匿摻钆c周圍介質(zhì)在交界面上相互作用形成雙電層，并于界面兩側產(chǎn)生電位差，電位差大小能反映鋼筋所處的狀態(tài)。自然電位法通過測定鋼筋電極對參比電極的相對電位差來判明鋼筋的銹蝕狀況。工程中經(jīng)常使用半電池電位來判斷鋼筋處于活化鈍化狀態(tài)，但目前各國確定的臨界電位有所差別。(2)交流阻抗譜法。對電極施加一個小的交流信號并使之不改變電極體系的性質(zhì)，可認為輸入與輸出信號之間呈線性關系，這便是交流阻抗譜技術的理論基礎。通過測量和對比輸入與輸出信號振幅及相位之間的關系來判定該電極體系的性質(zhì)。交流阻抗譜法是一種暫態(tài)頻譜分析技術，施加的交流信號對腐蝕體系的影響較小。它可確定出電極過程的各種電化學參數(shù)，還可以確定出電化學反應的控制步驟。通過交流阻抗譜隨時間的演變也可以研究電極過程的變化規(guī)律。從具體的鋼筋混凝土結構來看，‘它不僅反映了鋼筋的電化學行為，同時也反映了混凝土材料的性質(zhì)。(3)線性極化法。線性極化法是Stern和Geary于1957年提出并發(fā)展起來的一種快速而有效的腐蝕速度測試方法。這一方法以過電位很小時，過電位與極化電流成線性關系作為理論根據(jù)。恒電量法、電化噪聲法、諧波法等檢測鋼筋銹蝕方法處在發(fā)展中，目前用于現(xiàn)場檢測不多。3.預防鋼筋銹蝕的措施淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共4頁，當前為第4頁。防止鋼筋銹蝕的技術措施很多，一般可以分成兩大類。一類是通過提高混凝土的陛能而提高其對鋼筋的保護能力，例如使用商陛能混凝土；另一類是采取一些“附加措施”，例如在混凝土外涂層中采用環(huán)氧涂覆鋼筋、陰極保護及鋼筋阻銹劑等。淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共4頁，當前為第4頁。3.1設計和施工中可以采取的措施。在鋼筋混凝土的設計和施工中，應盡可能地對鋼筋提供保護措施，還應注意所采取的措施是否能良好的實施。(1)規(guī)定保護層厚度。受氯化物侵蝕或處在中等濕度條件下的混凝土，其防銹蝕的能力主要取決于混凝土保護層的厚度和保護層的抗?jié)B透能力。此外，在滿足施工要求的條件下采用較小水灰比的混凝土作保護層，對防止氯化物等有害離子的滲入也是十分有利的。(2)限制氯化物含量。規(guī)定混凝土拌和物中的所有組分都不含氯化物是不現(xiàn)實的。在混凝土中，無論氯化物以何種形式存在于何種組分中，發(fā)生銹蝕的危險都會隨著氯化物含量的增大而增大。但是，外摻到混凝土中的氯化物—般將會因其化合和分散而減小其影響力。而滲入的氯化物將在混凝土內(nèi)部造成氯離子濃度差而導致鋼筋銹蝕。各國在制定規(guī)范時對氯化物的含量都有明確的限制。例如，我國《混凝土結構工程施工及驗收規(guī)程}(CB50204-92)中除規(guī)定“在鋼筋混凝土中摻用氯類防凍劑時，氯鹽摻量按無水狀態(tài)計算不得超過水泥重量的1％”外，還規(guī)定了在11種隋況下不得在鋼筋混凝土結構中摻用氯鹽。美國對普通鋼筋混凝土和預應力混凝土中的氯鹽含量控制更為嚴格。淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共5頁，當前為第5頁。使用外加劑。使用混凝土減水劑、膨脹劑和防水劑以提高混凝土的密實度，增強混凝土的抗?jié)B透能力，阻礙氯離子等有害物質(zhì)向混凝土的滲入。這些外加劑近年來廣泛用于混凝土的防裂抗?jié)B，能顯著提高混凝土的抗?jié)B能力，提高混凝土的抗?jié)B標號，使得混凝土對鋼筋具有更好的保護作用。淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共5頁，當前為第5頁。使用混凝土礦物摻和料。使用硅灰以及微細礦渣粉等各種高細度的混凝土礦物摻和料填充混凝土中連通的毛細孔，可以降低碳酸鹽的生成速度，提高混凝土的抗?jié)B性，增大混凝土的電阻，從而提高混凝土對鋼筋的保護能力。在混凝土中摻用鋼筋阻銹劑。鋼筋阻銹劑是一種能減緩鋼筋銹蝕的化學物質(zhì)。3.2滲透或涂覆處理混凝土表面。屬于這類方法的有如下幾種：(1)防水膜。由于氯離子等有害物質(zhì)向混凝土中滲入要以水為載體，所以在混凝土表面設置防水膜能有效隔斷有害物質(zhì)向混凝土中滲入。(2)聚合物浸潰。即使用聚合物單體或共聚物填充硬化混凝土中的一些孔洞。用聚合物浸漬的混凝土高強、耐久，且耐水率極小，對氯離子的滲透有隔絕作用。(3)聚合物混凝±覆蓋層?；炷帘Ｗo層外面再覆蓋以聚合物作膠結料的保護層，也可以隔絕氯離子向混凝土中的滲入。淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共6頁，當前為第6頁。(4)乳液覆蓋層。在混凝土中摻入聚合物乳液，例如各種丙烯酸酯共聚乳液，能夠顯著地提高混凝土的粘結強度和抗拉強度。因為聚合物乳液中的微細粒子能夠堵塞混凝土中的毛細孔隙，提高混凝土的抗?jié)B透陛，用這種混凝土制作的保護層，既具有很好的力學性能和耐久性能，又對有害物質(zhì)的滲入有良好的隔離作用。淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共6頁，當前為第6頁。3.3鋼筋自身防滲陛能的提高。通過提高鋼筋自身的防銹性能，也是防止混凝土中鋼筋銹蝕的有效方法。這類方法—般有兩種，—是從鋼筋自身成分考慮，例如加入少量或微量元素，以提高其抗銹蝕能力．二是采取適當?shù)墓に嚧胧┰阡摻畋砻媸┩扛鞣N保護層，如鍍鋅、鍍鋅鉻和涂覆環(huán)氧涂層等。3.4給鋼筋施加以陰極保護。阻止鋼筋銹蝕的陰極保護是給鋼筋提供較高的負電壓，使鋼筋的電位處于負極(陰極)，當用輔助陽極給銹蝕鋼筋施加電流時，銹蝕鋼筋的電位降低到陽極開路電壓之下，這樣雖然整個鋼筋表面不可能處于等電位狀態(tài)，但剩下的銹蝕電流極小，可以忽略不計。雜散電流的預防。雜散電流能夠引起混凝土中鋼筋的銹蝕。目前防止這類銹蝕常用的方法有兩種：一種是“排流措施”，即把流入鋼筋混凝土中的雜散電流直接從鋼筋中引出排掉二是加強絕緣措施，以提高鋼筋與混凝土之間或混凝土本身的電阻。向混凝土拌和物中摻加粉煤灰，對于提高混凝土的電阻、防止雜散電流引起的銹蝕也能起一定作用。結語：淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共7頁，當前為第7頁。以上綜述了混凝土中鋼筋銹蝕的檢測，危害，原理及各種預防措施?？傮w來說，混凝土中的鋼筋因種種原因而發(fā)生銹蝕后，鋼筋的有效斷面會減小，鋼筋與混凝土間的粘結力會下降，結構的承載能力會降低，鋼筋銹蝕后體積膨脹，使得混凝土產(chǎn)生順筋脹裂，結構溫度降低，變形增大，甚至導致保護層開裂、剝落；鋼筋銹蝕會在混凝土中產(chǎn)生很大拉向力，并使混凝土承受雙向或三向應力，由于鋼筋本身受到應力腐蝕，使得結構的延性降低，導致鋼筋混凝土結構受到破壞，需進行維修加固，甚至拆除重建。因而，研究鋼筋銹蝕的措施具有重大的技術、經(jīng)濟和安全意義，需引起工程界的普遍重視。淺談鋼筋混凝土中鋼筋的銹蝕問題全文共7頁，當前為第7頁。另一方面，預防鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕的措施很多，