混凝土结构中钢筋锈蚀的影响因素和检测评判方法的探讨

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宋军华 ,等:混凝土结构中钢筋锈蚀的影响因素和检测评判方法的探讨 混凝土结构中钢筋锈蚀的影响 因素和检测评判方法的探讨 宋军华 , 　谢向阳 (安徽省交通规划设计研究院,安徽 合肥　230088) 摘　要:工程实践证明,在钢筋混凝土结构中,钢筋的锈蚀是影响结构耐久性的主要因素。文章根据混凝土中钢筋锈蚀机理,分析 钢筋锈蚀主要影响因素,如钢筋锈蚀电位、氯离子含量、混凝土碳化深度、混凝土保护层厚度、混凝土电阻率、混凝土的密实性、氧 的影响机理,并对各影响因素的检测方法和推荐评判标准进行了探讨。 关键词:钢筋锈蚀;影响因素;检测评判方法 ( ) 中图分类号: TU511. 32 ;U445. 73 　　　文献标识码:A 　　　文章编号:167325781 2010 0120085203 　　大量工程实践证明,在钢筋混凝土结构中,钢筋 测量铜 - 硫酸铜参考电极与钢筋 - 混凝土电极之间 的锈蚀是影响结构耐久性的主要因素。钢筋的锈蚀 的电位差确定, 目前国内外混凝土中钢筋锈蚀状况的 会导致混凝土保护层开裂 ,钢筋与混凝土之间的粘接 检测主要应用半电池电位法。检测结果可按照表 1 力破坏 ,钢筋受力面积减少 ,结构强度降低等 ,从而导 推荐的评判标准判断混凝土中钢筋发生锈蚀的概率 致结构耐久性的降低 ,因此 ,钢筋锈蚀的研究是钢筋 或钢筋正在发生锈蚀的活动性[ 1] 。 混凝土构件耐久性研究的一个很重要内容。 表 1 　推荐的评判标准 1 　混凝土中钢筋锈蚀机理 评定标度值 电位水平/ mV 钢　筋　状　态 1 > - 200 不发生钢筋锈蚀的概率> 90 % 当二氧化碳、氯离子等腐蚀性介质侵入时,混凝 2 - 200～- 350 锈蚀状态不确定 土的碱性降低或者混凝土保护层受拉开裂等将造成 3 < - 350 发生钢筋锈蚀的概率> 90 % 全部或局部破坏钢筋表面的钝化状态 ,钢筋表面的不 同部位后出现较大的电位差 ,形成阳极和阴极 ,在一
　　　注: ( 1) 表中电位水平为采用铜 - 硫酸铜电极时的量测值。 (2) 混凝土湿度对量测值有明显影响,量测时构件应为自然 定的环境条件下钢筋就会开始锈

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蚀。阳极区段的钢 状态,否则不能使用此评定标准。 筋表面处于活化状态 ,发生阳极反应 ,即 2Fe - 4e- →2Fe2 + 2 . 2 　氯离子含量 　　存在水分和溶解氧 , 在阴极发生以下阴极反 混凝土中氯离子含量对钢筋锈蚀的影响较大 ,当 ( 应 ,即 混凝土 中含有氯离子 氯离子含量达 到0 . 6～ 3 2 H O + O + 4e- →4O H- 1. 2 kg/ m ) 时,可诱发或加速钢筋锈蚀。氯离子不 2 2 仅促成了钢筋表面的腐蚀电池 ,而且加速了电池的作 2 　钢筋锈蚀影响因素和检测评判方法 用。通常把使阳极过程受阻称作阳极极化作用 ,而把 2 . 1 　钢筋锈蚀电位 加速阳极极化作用称作去极化作用 ,氯离子正是发挥 钢筋锈蚀是一个电化学过程 ,钢筋锈蚀的自然电 了阳极去极化作用。混凝土中氯离子的存在强化了 位是把钢筋/ 混凝土看成一个半电池 ,是钢筋/ 混凝土 离子道路 ,降低了阴阳极之间的欧姆电阻,提高了腐 与参考电极之间的电位差 ,反映了钢筋锈蚀的状态和 蚀电池的效率 ,从而加速了电化学腐蚀过程。 活性。通过对钢筋锈蚀电位的测量 ,从而对钢筋的锈 混凝土中氯离子含量可采用现场按混凝土不同 [2 ] 蚀可能性做出判断。混凝土中钢筋锈蚀电位可通过 深度取样 ,通过对样品进行化学分析的方法 进行测 收稿日期:2009209216 ;修改日期:2009212215 ( ) 作者简介:宋军华 1980 - ,男,河南许昌人,安徽省交通规划设计研究院工程师. 《工程与建设》　2010 年第24 卷第 1 期 8　　　5
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试 验 与 检 测 S HI Y A NY UJ I A NC HE 宋军华 ,等:混凝土结构中钢筋锈蚀的影响因素和检测评判方法的探讨 ( 定,主要有实验室化学分析法和滴定条法 Quantab 保护层厚
度能够推迟环境中的水汽、有害离子等扩散 - Strip s) ,测定结果须能反映氯离子在混凝土中随 到钢筋表面的时间以及因混凝土碳化使钢筋失去碱 深度的分布。混凝土氯离子含量 ,可按表2 评判[3 ] 。 性保护的时间,因此 ,混凝

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土保护层厚度是影响钢筋 锈蚀的重要因素。 表2 　混凝土拌和物中氯化物含量标准 可采用电磁检测方法确定钢筋位置 ,辅以现场修 序号 氯化物含量标准 正确定保护层厚度 ,然后 ,根据测量部位实测保护层 1 对素混凝土,不得超过水泥质量的2 % 厚度特征值 D 与其设计值D d 的比值 ,混凝土保护层 对于干燥环境或有防潮措施的钢筋混凝土,不得超过 2 水泥质量的1 % 厚度对结构钢筋耐久性的影响可按表4 来评判。 对处在潮湿而不含有氯离子环境中的钢筋混凝土,不 3 表4 　推荐的保护层厚度对钢筋耐久性的影响 得超过水泥质量的0 . 3 % 序号 D/ Dd 对结构钢筋耐久性的影响 对在潮湿并含有氯离子环境中的钢筋混凝土,不得超 4 过水泥质量的0 . 1 % 1 > 0. 95 影响不显著 预应力混凝土及处于易腐蚀环境中的钢筋混凝土,不 2 0. 85～0 . 95 有轻度影响 5 得超过水泥质量的0. 06 % 3 0. 70～0 . 85 有影响 4 0. 55～0 . 70 有较大影响 2 . 3 　混凝土碳化深度 5 < 0. 55 钢筋已失去碱性保护,发生锈蚀 一般来说 ,p H > 10 时,钢筋的锈蚀速度很小,而 当p H < 4 时,则锈蚀速度急骤增加。混凝土硬化中, 2 . 5 　混凝土电阻率 1/ 3 的水泥将生成氢氧化钙 Ca (O H) 2 ,在水泥浆中 混凝土电阻率是控制混凝土中钢筋锈蚀率的因 以结晶体的形式存在 ,或者在其孔隙中以饱和水溶液 素之一 ,它反映了混凝土的导电性能,而钢筋在混凝 的形式存在 ,p H > 12 . 5 ,呈高碱性[4 ] 。大气中的二氧 土中的锈蚀基本上都属于电化学腐蚀 ,混凝土在钢筋 化碳时刻向混凝土的内部扩散 ,与混凝土中的氢氧化 的腐蚀起到传递电子的作用 ,因此混凝土电阻率小, 钙发生反应 ,生成碳酸盐或者其他物质 ,p H 值降低 混凝土导电能力越强,钢筋锈蚀发展速度越快 , 由于 到8. 5 左右。碳化方程式为 无法定量的给出钢筋锈蚀速度与混凝土电阻率之间
CO + H O →H CO 2 2 2 3 的关系,只能通过电阻率的大小定性的判断锈蚀的可 Ca (O H) + H CO →CaCO + 2 H O 2 2

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3 3 2 能性。混凝土电阻率可采用四电极阻抗测量法测定, 　　碳化前 ,混凝土p H > 12 . 5 ,高碱性 ,使钢筋表面 即在混凝土表面等间距接触四只电极 ,两外侧电极为 产生钝化膜 ,保护钢筋;碳化中,二氧化碳、水汽、碱性 电流电极 ,两内侧电极为电压电极 ,通过检测两电压 物质产生中和反应;碳化后 ,混凝土p H < 9 ,低碱性 电极间的混凝土阻抗获得混凝土电阻率。混凝土电 或酸性 ,钝化膜被破坏 ,钢筋锈蚀。目前测定混凝土 阻率对钢筋锈蚀率的评判标准见表 5 所列。 碳化深度最常用的方法是采用酚酞试剂。p H > 12 , 混凝土与酚酞试剂作用会显红色; 当p H 值下降到 表5 　混凝土电阻率对钢筋锈蚀影响的评判标准 Ω 10 以下 ,这时对酚酞试剂不显色 , 由此可以确定混凝 序号 电阻率/ k cm 钢筋锈蚀状态判别 土的碳化深度。评判时可取构件的碳化深度平均值 1 > 100 钢筋不会锈蚀 与该类构件保护层厚度平均值之比,并考虑其离散情 2 50～100 低锈蚀速率 况 ,进行评价。推荐的评判标准见表 3 所列。 3 10～50 钢筋活化时可出现中高锈蚀速率 4 < 10 电阻率不是锈蚀的控制因素 表3 　推荐的混凝土碳化深度对钢筋锈蚀影响的评判标准 评定标度值 1 2 3 4 5 2 . 6 　混凝土的密实性 碳化深度/ 保护层厚度 < 1 3 < 1 = 1 > 1 > 1 3 3 混凝土的密实性越好 ,内部微细孔隙和毛细管通 ( ) ( ) 　注: 1 3构件全部实测比值小于 1 。 2 3 3构件全部实测比值均大于 1 。 道越小,能有效地阻止外界腐蚀介质、氧气及水分等 2 . 4 　混凝土保护层厚度 的渗入 ,从而加强钢筋的防腐蚀能力 ,因此 ,混凝土的 混凝土保护层为钢筋提供了良好的保护 ,必要的 (下转第 90 页) 8　　　6 《工程与建设》　2010 年第24 卷第 1 期
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试 验 与 检 测 S HI Y A NY UJ I A NC HE 王　捷 ,等:驷马山滁河分洪道膨胀土现场大剪试验分析研究
表2 　室外大剪与室内直剪数据成果对比 ( )

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位　置 大剪试验 室内直剪 快剪 编　号 φ( ) φ( ) 坑　号 桩　号 高　程/ m 对应土层 c/ kPa / ° c/ kPa / ° 第二组 二号坑 左岸 19 km + 830 m 18. 214～17. 214 粉质黏土 55. 667 15. 95 61. 41 26. 1 第三组 二号坑 左岸 19 km + 830 m 16. 714～15. 714 粉质黏土 33. 156 32 . 39 76. 93 25. 7067 第四组 三号坑 右岸 19 km + 680 m 15. 214～14 . 214 粉质黏土 31. 986 33. 22 88. 90 15. 8967 第五组 三号坑 右岸 19 km + 680 m 13. 714～12 . 714 含沙砾粉质黏土 45. 755 25. 78 80 . 65 24 . 59 第六组 三号坑 右岸 19 km + 680 m 12 . 514～11. 514 含沙砾粉质黏土 24 . 071 32 . 97 103. 79 18. 025 试验数据结果比较表明,对于传统意义上的内摩擦 3 　结束语 角 φ,含水量的高低对其影响并没有显著规律 。因 ( 1) 对于现场大剪仪 , 由于目前仅限有规定相关 此 ,推荐采用双变量强度理论来研究膨胀土体的内 要求 ,并无统一大剪仪 ,故需根据工程实际独立自行 摩擦角。 制作。为了减小联接部件之间的摩擦力 ,建议连接部 件之间采用滑轮连接。同时,为了大剪实验结果真实 〔参考文献〕 ( ) 可靠 ,在允许的情况下 ,建议同一土层试验试块数目 [ 1] 　闵　弘,刘小丽. 现场室内两用大型直剪仪研制 Ⅰ:结构设计 尽量不少于4 个。 [J ] . 岩土力学,2006 ,27 ( 1) :168 - 172 . [2 ] 　SL 2372043 - 1999 ,原位剪试验规程[ S] . (2) 现场大剪试验与室内直剪试验数据结果比 [3 ] 　GB 50021 - 2001 ,岩土工程勘察规范[ S] . 较表明,随着取样高程的降低 , 土体凝聚力 c 值逐渐 [4 ] 　陈建斌 ,郝红玉,卢方伟. 非饱和膨胀土强度特性试验研究[J ] . 降低 ,且大剪结果相对室内结果越来越低 ,差距从 土工基础 ,2008( 12) :77 - 79. 9 %～76 %
不等 ,平均值约在 50 %左右。可见 , 由于 [5 ] 　Ng C W ,Zhan L T ,Bao C G ,et a1. Performance of an unsaturat2 随着取样高程的降低 ,土体含水量增加 ,对膨胀土凝

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ed expansive soil slope subj ected toartificial rainfall infiltration [J ] . Geotechnique ,2003 ,53 (2) :143 - 157 . 聚力影响是极其显著的,建议对室内直剪试验所得 c [6 ] 　沈珠江. 广义吸力和非饱和土的统一变形理论[J ] . 岩土工程学 值修正系数取为0. 5 。 ( ) 报 ,1996 ,18 2 :1 - 9. (3) 国内、外已有许多研究资料表明土的内摩 [7 ] 　Fredlund D G , Rahardjo H . Soil mechanics for unsaturated soils 擦角主要取决于土的矿物成分 ,其次也受土的密 [M ] . CHEN Zhong2yi ,et al . trans , Beijing :China Architecture 度、含水量、形成历史和结构等因素的影响。本次 and Building Press ,1997. (上接第 86 页) 仅对单一参数检测会存在一定的偏差,所以,建议在实 密实性也是钢筋锈蚀的影响因素[5 ] ,而水灰比、振捣、 际检测过程中采用不同手段和不同参数进行联合测定 级配、养护对混凝土的密实性影响很大。 和验证。另外,测点的合理布置,所采集数据的科学修 2 . 7 　氧 约和误差消除,也是科学检测评判的重要前提。 钢筋锈蚀的先决条件是所接触的水中含有溶解 态氧 ,这是因为氧在锈蚀过程中起到促进阴极反应的 〔参考文献〕 作用 ,支配着锈蚀的速度。例如:浸没在海水水下区 [ 1] 　J GJ/ T 152 - 2008 ,混凝土中钢筋检测技术规程[ S] . 的钢筋混凝土结构[6 ] ,钢筋不易锈蚀 ,而处于海面上 [2 ] 　GB/ T 50344 - 2004 ,建筑结构检测技术标准[ S] . 的浪溅区的钢筋混凝土结构 ,因有充足的氧 ,该部位 [3 ] 　GB 50164 - 92 ,混凝土质量控制标准[ S] . 的钢筋就特别容易锈蚀。 [4 ] 　金伟亮 ,鄢　飞,张　亮. 考虑混凝土碳化规律的钢筋锈蚀率预 测模型[J ] . 浙江大学学报 ,2000 ,34 (2) :158 - 163. 3 　结束语 [5 ] 　贾红梅 ,阎贵平 ,闫光杰. 混凝土中钢筋锈蚀的研究[J ] . 中国安
全科学学报 ,2005 ,15 (5) :56 - 59. 鉴于钢筋锈蚀的影响因素很多,且一些参数的评 [6 ] 　沈德建

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,吴胜兴. 海水浪溅下混凝土中锈蚀钢筋性能试验研究及 判标准仅为推荐或经验标准,仅采用单一手段检测或 仿真分析[J ] . 工业建筑 ,2005 ,35 (3) :58 - 62 . 9　　　0 《工程与建设》　2010 年第24 卷第 1 期

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