高邊坡預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕損傷與診斷研究進展

，,2

(1.長江科學(xué)院 水利部巖土力學(xué)與工程重點實驗室，武漢 430010；2.河海大學(xué) 巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點實驗室，南京 210098)

1 研究背景

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，大量交通、水利水電、能源等設(shè)施的修建，特別是高陡邊坡建設(shè)中，以往的普通錨固措施已不能滿足工程需要。預(yù)應(yīng)力巖土錨固結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟、安全等優(yōu)點，在高陡邊坡、壩體、深基坑等大型巖土工程中得到了廣泛應(yīng)用[1]。預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)絕非“一勞永逸”，對于埋置在復(fù)雜巖土環(huán)境中的錨固體，影響其使用壽命的最大威脅便是腐蝕[2]。預(yù)應(yīng)力錨桿(索)在經(jīng)歷較長時間服役后會因電化學(xué)腐蝕、局部腐蝕、應(yīng)力腐蝕以及坡體蠕變等綜合因素發(fā)生結(jié)構(gòu)損傷或失效，導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性不斷退化，甚至造成工程災(zāi)害，直接威脅到人民的生命財產(chǎn)安全。

目前國內(nèi)外因錨固結(jié)構(gòu)腐蝕損傷而產(chǎn)生邊坡工程破壞的案例屢見不鮮：我國于1964年在安徽梅山水庫首次使用預(yù)應(yīng)力錨索，錨索使用6～8 a后發(fā)現(xiàn)部分鋼絲因應(yīng)力腐蝕及氫脆發(fā)生斷裂；臺灣省基隆市附近的“北二高”高速公路一側(cè)邊坡由于錨固結(jié)構(gòu)自由段應(yīng)力腐蝕失效誘發(fā)了嚴(yán)重的山體崩滑災(zāi)害[3]；美國某處錨固擋土墻結(jié)構(gòu)僅運行6周就出現(xiàn)失穩(wěn)，究其原因是自由段未加保護，發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂；1986年國際預(yù)應(yīng)力協(xié)會(FIP)地錨工作小組統(tǒng)計世界各地35例錨桿破壞實例，其中錨桿斷裂部位多位于錨頭和自由段處[4]。

現(xiàn)有文獻表明國內(nèi)外學(xué)者對錨桿腐蝕研究已取得較為豐富的研究成果，特別是在室內(nèi)試驗研究腐蝕錨桿性能退化方面[5-8]。本文從預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕損傷機理與影響因素、不均勻腐蝕行為、缺陷預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)性能退化規(guī)律及腐蝕評估與健康診斷4個方面綜述國內(nèi)外研究成果和進展，分析目前預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕耐久性研究中存在的主要問題，并分別從上述4個方面對高邊坡預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)耐久性研究的發(fā)展趨勢進行了展望。

2 研究進展

預(yù)應(yīng)力錨桿(索)腐蝕研究在我國起步較晚，1985年7月—1987年7月總參工程兵科研三所開展了“砂漿錨桿的腐蝕與防護研究”，隨后錨桿(索)耐久性研究才逐漸引起國內(nèi)學(xué)者的重視。目前國內(nèi)外學(xué)者主要借鑒混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕研究方法，通過腐蝕液浸泡、干濕循環(huán)、凍融等試驗方式，基于物理力學(xué)試驗、電化學(xué)測試、電鏡掃描(SEM)、光纖光柵、聲發(fā)射(AE)等手段，從宏觀與細微觀角度、定量定性地探究多種腐蝕因素下鋼筋的腐蝕損傷機制與性能退化規(guī)律，并對鋼筋腐蝕程度、腐蝕速率進行監(jiān)測與評估。下面從預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕機理與影響因素出發(fā)，主要對不均勻腐蝕行為、錨固結(jié)構(gòu)性能退化規(guī)律及腐蝕評估與健康診斷展開較為系統(tǒng)的總結(jié)與分析。

2.1 預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕損傷機理與影響因素

2.1.1 預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕損傷機理

在惡劣的巖土環(huán)境下，預(yù)應(yīng)力錨桿(索)主要表現(xiàn)為電化學(xué)腐蝕，即產(chǎn)生腐蝕電池，陽極區(qū)金屬溶解成Fe2+，陰極區(qū)O2獲得電子生成OH-，F(xiàn)e2+與OH-結(jié)合并被氧化產(chǎn)生鐵銹，如圖1所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力錨桿表面腐蝕電池Fig.1 Corrosion cell on prestressed rock bolt surface

此外，預(yù)應(yīng)力錨桿(索)長期處于高拉應(yīng)力狀態(tài)，筋材表面不可避免地出現(xiàn)些許細微裂縫，為腐蝕介質(zhì)提供侵入通道；隨著腐蝕介質(zhì)不斷深入裂縫，最終錨桿產(chǎn)生應(yīng)力、腐蝕協(xié)同致裂，即應(yīng)力腐蝕開裂(stress corrosion cracking, SCC)。關(guān)于應(yīng)力腐蝕的微觀機理，目前主要有陽極溶解與氫致開裂2種解釋[9]。陽極溶解理論認為應(yīng)力破壞了鋼筋表面保護膜，形成局部陽極區(qū)，腐蝕在陽極區(qū)內(nèi)加速進行，并與應(yīng)力協(xié)同作用導(dǎo)致鋼筋斷裂，這種情況下陰極發(fā)生吸氧反應(yīng)。若陰極發(fā)生析氫反應(yīng)，析出的氫進入鋼筋，并在裂紋尖端聚集形成氫分子，此時氫氣具有很強的壓力，錨桿裂紋尖端應(yīng)力集中，進而出現(xiàn)氫致開裂；而即使錨桿(索)所處環(huán)境為中性甚至堿性，由于“閉塞電池”的產(chǎn)生，錨桿(索)裂紋尖端為了保持局部電位平衡也會發(fā)生析氫反應(yīng)[10]。

2.1.2 預(yù)應(yīng)力錨桿(索)腐蝕影響因素

施工缺陷以及巖土環(huán)境中的高應(yīng)力、電化學(xué)介質(zhì)、土體蠕變等加速了預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷甚至失效，腐蝕因素對錨桿(索)的耐久性影響已獲得廣泛關(guān)注。朱杰兵等[6]通過在室內(nèi)開展預(yù)應(yīng)力錨筋浸泡腐蝕試驗及力學(xué)性能試驗，分析了預(yù)應(yīng)力、pH值、O2濃度對錨筋力學(xué)性能及腐蝕速率的影響，指出O2顯著促進了預(yù)應(yīng)力錨筋腐蝕，通過電化學(xué)測試中腐蝕電流密度比較了預(yù)應(yīng)力鋼筋與無預(yù)應(yīng)力錨筋的腐蝕速率。Li等[8]以錨桿周圍Cl-濃度和孔隙水飽和度為研究變量，基于Hill方程建立了瞬時腐蝕速率模型、受拉承載力退化模型，較為系統(tǒng)地研究了Cl-對錨固段的侵蝕過程。任愛武等[11]更是比較了5種不同濃度Cl-下服役20 a預(yù)應(yīng)力錨索的耐久性，表明長期處于密閉環(huán)境中的鋼絞線保持活化激活狀態(tài)，不能形成鈍化膜。陳妤[12]試驗研究了氯鹽和凍融循環(huán)條件下預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的耐久性，綜合考慮預(yù)應(yīng)力混凝土中Cl-擴散的影響因素，建立了Cl-二維擴散齊次模型。朱爾玉等[13]通過模擬酸雨環(huán)境(主要含SO42-)加速預(yù)應(yīng)力體系腐蝕，研究了鋼絞線、錨具和波紋管等的腐蝕深度及力學(xué)性能變化規(guī)律。

以上分析錨固結(jié)構(gòu)腐蝕影響因素時，將錨桿(索)與巖土體孤立開來，很少考慮兩者的耦合作用，為此謝璨等[14]考慮土體滲透作用，研究了土體蠕變與預(yù)應(yīng)力鋼索錨固力之間的三維本構(gòu)關(guān)系，從流變角度探討了錨固力松弛行為；而從電化學(xué)與滲流場耦合角度出發(fā)，有關(guān)滲流場下的侵蝕性離子遷移、擴散機制及錨桿(索)表面鈍化行為、電化學(xué)阻抗行為等尚未見報導(dǎo)，該種工況又是預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)所處環(huán)境常見情形，必然與靜止腐蝕液中有所不同，即滲流場下預(yù)應(yīng)力錨桿(索)腐蝕機制發(fā)生很大變化。已有研究表明，流動海水中鋼筋腐蝕速率比靜止海水幾乎要高出1倍[15]，因此綜合考慮物理、化學(xué)與滲流環(huán)境耦合的預(yù)應(yīng)力錨桿(索)腐蝕損傷機制顯得尤為重要。

2.2 預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)不均勻腐蝕行為

不均勻腐蝕是“攻弱致死”的腐蝕破壞。相比均勻腐蝕，不均勻腐蝕迅速、難以預(yù)測、發(fā)生頻率高，不容忽視。由于灌漿不足、灌漿體開裂等原因，在砂漿/錨筋界面會形成少量非密實區(qū)，其中包含不連續(xù)狹縫或細孔等缺陷，在此低密度區(qū)域，含水率高、水分遷移自由，導(dǎo)致缺陷處容易發(fā)生點蝕、坑蝕；在蝕坑內(nèi)部，幾何形狀的局限性及腐蝕產(chǎn)物的不斷覆蓋堆積導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)難以擴散，進而形成具備局部平衡的“閉塞電池”，不均勻腐蝕程度得以加??；同時銹脹力導(dǎo)致砂漿缺陷進一步發(fā)展，促進錨固結(jié)構(gòu)不均勻腐蝕。

2.2.1 Cl-對不均勻腐蝕的影響機制

Cl-是造成不均勻腐蝕的“罪魁禍?zhǔn)住?，其穿透力非常強且易形成強酸溶解金屬表面某些較為脆弱的鈍化膜，一旦鈍化膜被破壞，露出的新鮮表層與其周圍完好的鈍化膜區(qū)形成電位差，即形成“活化-鈍化”腐蝕電池；其次，Cl-將陽極產(chǎn)物及時搬走，加速電池作用卻不被消耗，去極化效果顯著，蝕坑不斷向內(nèi)部延伸。Cl-在混凝土中的遷移擴散機制對分析鋼筋不均勻腐蝕的促進機理意義重大，為此國內(nèi)外學(xué)者基于Fick第二擴散定律(式(1))提出了考慮擴散深度、Cl-結(jié)合能力、濃度隨時間變化、溫度以及混凝土結(jié)構(gòu)缺陷等因素的擴散模型[16-18]，即

(1)

式中：c為距離混凝土表面x處混凝土內(nèi)部的Cl-濃度；De為有效擴散系數(shù)；t為時間。

Fick第二擴散定律描述了一種穩(wěn)態(tài)擴散過程，注漿體的耐腐蝕性是內(nèi)錨固段耐久性研究的重要一環(huán)，砂漿包裹體的組成介質(zhì)不同于混凝土結(jié)構(gòu)，所處環(huán)境也與混凝土結(jié)構(gòu)有很大差別，保護層密實度、含水率及應(yīng)力環(huán)境均會影響鋼筋表面自由Cl-濃度；左國望等[19]探究了混凝土構(gòu)件裂縫寬度與Cl-含量的關(guān)系，指出Cl-擴散系數(shù)隨裂縫寬度呈三次函數(shù)增加，在變化荷載作用下，注漿體及周圍巖體產(chǎn)生裂隙，為腐蝕性離子提供通道，預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)-圍巖協(xié)調(diào)工作狀態(tài)將受到破壞；而長遠來看，隨著腐蝕層的變厚，氣體及侵蝕性離子擴散性會變差[20]，因此離子擴散問題顯得極其復(fù)雜。筆者認為研究Cl-在預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)中的遷移擴散應(yīng)考慮以下3個方面問題：①砂漿保護層厚度、級配及水灰比對Cl-擴散的影響機制；②循環(huán)荷載作用下保護層裂紋擴展與Cl-臨界濃度關(guān)系；③含缺陷預(yù)應(yīng)力錨固體裂紋概率分布與Cl-擴散系數(shù)的確定。

2.2.2 坑蝕的相關(guān)研究

坑蝕作為不均勻腐蝕中最典型的腐蝕形式，其外觀幾何尺寸的精確測量與分布特征、銹蝕鋼筋力學(xué)性能退化過程中蝕坑的演化規(guī)律、局部效應(yīng)及監(jiān)測方法是當(dāng)前研究熱點[21-25]。鋼筋最終破壞由鋼筋表面蝕坑最大腐蝕深度ymax所控制，該深度可看作關(guān)于時間的函數(shù)[26]，目前主要根據(jù)經(jīng)驗公式來計算，即

ymax=A(t-t0)b。

(2)

式中：A為比例系數(shù)；t0為腐蝕開始時間；b為冪指數(shù)系數(shù)。A，b作為回歸系數(shù)可以通過考慮多種腐蝕因素的室內(nèi)試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)確定，該模型可預(yù)測鋼筋表面某一位置在未來任意時刻的腐蝕程度。

然而經(jīng)驗公式只能定性地估計腐蝕程度，直觀、準(zhǔn)確地描述蝕坑幾何形狀與分布特征，對了解坑蝕力學(xué)效應(yīng)至關(guān)重要。Fernandez等[27]利用3D光學(xué)測量技術(shù)獲得了在循環(huán)、單調(diào)荷載作用下人工銹蝕鋼筋的外部幾何形狀，并基于三維掃描結(jié)果建立了3D有限元模型，研究了銹蝕鋼筋力學(xué)性能變化過程中蝕坑的破壞過程。董澤華研究團隊[25,28]專注于通過電化學(xué)方法研究點蝕抑制行為，探究了可用于定量表征腐蝕不均勻特征的手段。

錨固結(jié)構(gòu)自身存在預(yù)應(yīng)力，且賦存于復(fù)雜環(huán)境中，其局部腐蝕的發(fā)生發(fā)展過程與普通鋼筋不同。在加載情況下，點蝕的生長不只是由電化學(xué)腐蝕所決定，力學(xué)載荷和電化學(xué)的交互作用也促進點蝕的生長。至今對預(yù)應(yīng)力錨筋/砂漿復(fù)雜界面處點蝕發(fā)生發(fā)展過程以及腐蝕產(chǎn)物對點蝕形核和生長影響機制的研究較少。因此，探討侵蝕性粒子在界面非連續(xù)液層內(nèi)的遷移、競爭吸附行為及力學(xué)與電化學(xué)交互作用下錨筋表面亞穩(wěn)態(tài)點蝕萌發(fā)、生長動力學(xué)過程，分析受力條件下蝕坑內(nèi)溶液pH值、離子擴散、鹽膜、鈍化膜破損對點蝕生長的影響具有重要意義。

2.3 腐蝕條件下缺陷預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)的性能退化

高邊坡中預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)的腐蝕通常發(fā)生于灌漿不足、灌漿體裂縫等部位，隨著銹脹力導(dǎo)致砂漿缺陷發(fā)展，錨固結(jié)構(gòu)的性能會急劇下降，主要體現(xiàn)在筋材強度損傷和粘結(jié)性能劣化導(dǎo)致的錨固力損失。

李聰?shù)萚29]通過室內(nèi)加速腐蝕試驗探究了鋼筋腐蝕后斷裂荷載隨pH值和應(yīng)力水平的變化規(guī)律，指出pH值越小，斷裂荷載減小越明顯。單從鋼筋腐蝕角度研究預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)性能退化并不科學(xué)，而應(yīng)該綜合考慮砂漿保護層與錨筋的協(xié)同機制。腐蝕后預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)從微裂紋形成到完全開裂過程中，界面脫粘機理、預(yù)應(yīng)力損失規(guī)律與銹脹機理是研究錨固性能退化的關(guān)鍵。

圖2 保護層均勻銹脹模型Fig.2 Uniform corrosion models of protection layer

在研究保護層銹蝕損傷時，多數(shù)學(xué)者將其視為同心圓柱體(圖2)。鄭建軍等[30]認為保護層歷經(jīng)彈性變形和部分開裂2個階段，彈性變形階段的保護層可看作各向同性彈性體，開裂區(qū)保護層看作是正交各向異性彈性體，從而計算開裂柱體中各點的位移和應(yīng)力。劉榮桂等[31]基于雙剪強度準(zhǔn)則，對均勻銹脹開裂過程進行彈塑性分析，建立了均勻銹脹厚壁圓筒模型，認為當(dāng)塑性區(qū)半徑達到混凝土內(nèi)裂縫最大值時，保護層銹脹開裂，從而獲得了臨界鋼筋銹蝕率。銹脹開裂并非均勻分布，如何通過銹蝕后錨筋表面形態(tài)特征及腐蝕產(chǎn)物推進到保護層不均勻脹裂值得研究。

銹蝕體積膨脹引發(fā)裂縫，降低了錨筋與保護層之間的粘結(jié)力，銹脹開裂時的標(biāo)志即臨界銹蝕量的確定是首要解決問題。李永和等[32]基于Faraday定律(式(3))建立了預(yù)測錨桿銹蝕量的數(shù)學(xué)模型(式(4))，為錨固結(jié)構(gòu)腐蝕評估提供了數(shù)學(xué)支撐。由Faraday定律可知，鋼筋銹蝕質(zhì)量與腐蝕電流密度有關(guān)，即

(3)

式中：Δm在時間t內(nèi)腐蝕損失的質(zhì)量；icorr為腐蝕電流密度；A為電化學(xué)測試的錨索表面積；M為鐵的摩爾質(zhì)量；t為腐蝕時間；n為鐵腐蝕損失電子數(shù)；F法為法拉第常數(shù)。

Qt(tcr)=Qcr。

(4)

式中：tcr為銹蝕開裂時間；Qcr為噴射混凝土保護層開裂時的銹蝕量；Qt為隨時間t變化的銹蝕質(zhì)量損失。

夏寧[33]通過建立錨桿不均勻銹蝕的動態(tài)輪廓線模型模擬了銹脹開裂過程，確定了臨界銹蝕量。趙羽習(xí)等[34]研究了鋼筋銹脹腐蝕機理，建立了一系列鋼筋銹蝕深度計算模型，確定了銹脹開裂時間，并指出鋼筋混凝土界面粘結(jié)強度的大幅降低比鋼筋橫截面的減少更加危險。

Maaddawy等[35]通過考察銹蝕產(chǎn)物造成的鋼筋質(zhì)量損失和徑向力之間的關(guān)系建立了從開始腐蝕到腐蝕開裂的時變模型。李富民等[36]探討了腐蝕鋼絞線與混凝土長期粘結(jié)蠕變性能的關(guān)系，得到了預(yù)應(yīng)力下粘結(jié)滑移時變曲線，分析認為腐蝕引起銹脹開裂前后粘結(jié)強度存在明顯差異，開裂前粘結(jié)強度增大，開裂后粘結(jié)強度退化，然而預(yù)應(yīng)力以及錨固承載力并不會因長期粘結(jié)蠕變而損失。

因此，判斷缺陷預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)銹脹開裂的響應(yīng)信號，研究銹蝕脹裂發(fā)展過程與形貌特征，分析銹脹力時變規(guī)律，建立錨固體不均勻銹脹模型是必須進行的課題。通過開展錨固體拉拔試驗，研究銹脹對錨固體粘結(jié)性能的影響對深入探究腐蝕后預(yù)應(yīng)力錨固體性能退化具有深遠意義。

2.4 預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕評估與健康診斷

從定性與定量的角度分析預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)的腐蝕程度有助于客觀地評估結(jié)構(gòu)耐久性、預(yù)測其剩余壽命，腐蝕指標(biāo)的確定和評估方法的適當(dāng)選取是腐蝕評估的關(guān)鍵。預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)在服役過程中，采用精確、高效的手段對其進行健康診斷是當(dāng)今研究的熱點之一。

2.4.1 腐蝕評估指標(biāo)

評估指標(biāo)的合理選取意味著更精確地評判腐蝕損傷程度，從而為預(yù)測工程突然破壞取得先機，防患于未然。當(dāng)前，腐蝕評估指標(biāo)主要如表1所示。

表1腐蝕評估指標(biāo)及其適用性
Table1Corrosionevaluationindicatorsandapplicability

腐蝕評估指標(biāo)平均腐蝕速率瞬時腐蝕速率腐蝕程度質(zhì)量損失率√×√變形特征××√最大腐蝕深度××√保護層裂縫寬度××√力學(xué)指標(biāo)(斷裂荷載、伸長率、彈性模量、抗壓強度、極限抗拔力)××√腐蝕電流密度×√√

注：√ 表示適用，× 表示不適用

可見所有指標(biāo)都可以用作評估腐蝕程度，然而這只是定性估計，況且多數(shù)指標(biāo)并不能反映鋼筋瞬時腐蝕速率，對預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)的腐蝕評估帶來一定困難。Zhu等[37]基于線性偏振原理得出腐蝕電流密度，對鋼筋腐蝕率做出評估，結(jié)果如表2所示。

表2 鋼筋腐蝕狀態(tài)與腐蝕電流密度關(guān)系[37]Table 2 Relation between corrosion current densityand steel corrosion status[37]

2.4.2 腐蝕評估方法

影響腐蝕評估的因素十分眾多，且相互之間的關(guān)系并不明確，加之結(jié)構(gòu)損傷程度的判定具有隨機性和模糊性，于是將鋼筋腐蝕看作是一種關(guān)于時間與空間的概率性質(zhì)的隨機場問題是合理的。王曉舟[38]基于現(xiàn)有等級模糊綜合評判理論，提出了多層次混凝土耐久性評估模型。陳奕奇等[39]將物元分析理論引入層次分析法，建立巖土錨固結(jié)構(gòu)腐蝕程度的多層次評估模型。

2.4.3 錨固結(jié)構(gòu)健康診斷手段

電化學(xué)方法、聲波法正發(fā)展成為錨固結(jié)構(gòu)腐蝕診斷的重要手段。董澤華等[25]通過應(yīng)用絲束電極(WBE)與電化學(xué)阻抗譜(EIS)研究碳化混凝土腐蝕液中碳鋼局部腐蝕特征，指出EIS難以反映局部腐蝕在空間上的不均勻性，而基于電位/電流掃描技術(shù)的局部腐蝕因子(localized corrosion factor, LF)可以定量表征腐蝕不均勻性。方靈毅[40]應(yīng)用電阻法測定錨筋的腐蝕速度和材料厚度變化，通過理論分析與現(xiàn)場試驗比較證明該方法是可行性的。 Ramadan等[41]利用電化學(xué)測量、電鏡掃描(SEM)及聲發(fā)射(AE)技術(shù)研究了浸泡于Cl-,SO42-,SCN-混合腐蝕液中的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中高強度筋的SCC行為，并通過聲波記錄下從裂紋萌生到裂紋擴展再到鋼筋斷裂的整個過程。Aggelis等[42]通過對預(yù)應(yīng)力錨索錨頭部的彈性波進行數(shù)值模擬，提出了一種快速的鋼絞線預(yù)應(yīng)力無損監(jiān)測方法。

采用質(zhì)量與幾何指標(biāo)描述錨固結(jié)構(gòu)腐蝕程度破壞了預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)，使得試驗結(jié)果存在較大偏差，精確度低；電化學(xué)測試可以測定材料瞬時腐蝕速率，然而較難反映局部腐蝕在空間上的不均勻性。因此，采用合理的指標(biāo)與手段有效地評估預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)耐久性，實時作出健康診斷顯得尤為重要。

3 結(jié)論與展望

本文對預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕損傷和健康診斷研究現(xiàn)狀進行了概括，歸納了預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕損傷的關(guān)鍵科學(xué)問題，包括：腐蝕要素與力學(xué)要素聯(lián)合作用下預(yù)應(yīng)力錨筋的損傷機制與失效機理，腐蝕條件下缺陷預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)性能退化規(guī)律，以及預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕損傷診斷與評估方法。

預(yù)應(yīng)力巖土錨固結(jié)構(gòu)腐蝕損傷與健康診斷研究理論體系并不完整，試驗內(nèi)容相對比較豐富。已取得成果大部分是建立在普通鋼筋混凝土層面上考慮問題，而造成錨固類結(jié)構(gòu)腐蝕的環(huán)境是巖土介質(zhì)及地下水中的侵蝕介質(zhì)、雙金屬作用以及地層中的雜散電流，不能將預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕損傷與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等同。為此，筆者認為主要可歸結(jié)為以下5個方面作為進一步工作來展開研究：

(1) 預(yù)應(yīng)力對錨固結(jié)構(gòu)的腐蝕影響不容忽視，探究多因素模擬環(huán)境(特別是滲流環(huán)境)下的預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕損傷機制是全面分析預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)耐久性的基石，必須緊貼工程實際。

(2)侵蝕性離子的遷移、擴散機制與銹脹開裂過程密切相關(guān)，影響離子擴散的因素眾多，探究離子擴散與保護層裂隙特征之間的關(guān)系有助于了解錨筋表面的腐蝕行為。

(3) 微觀角度研究預(yù)應(yīng)力錨筋/砂漿復(fù)雜界面處點蝕發(fā)生發(fā)展過程及腐蝕產(chǎn)物對點蝕形核和生長影響機制不僅需要先進設(shè)備支撐，更需要電化學(xué)理論解釋，分析受力條件下蝕坑內(nèi)溶液pH值、離子擴散、鹽膜、鈍化膜破損對點蝕生長的影響目前來看是一大難題。

(4)含缺陷預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)在圍巖約束及變化荷載作用下發(fā)生不均勻腐蝕后，錨固體粘結(jié)強度變化規(guī)律直接反映系統(tǒng)安全性，拉拔過程中錨筋強度衰減及其對圍巖加固作用的弱化值得深入探討。

(5)當(dāng)今用于對預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕評估的指標(biāo)魚龍混雜，適用瞬時腐蝕速率的方法少之又少，多年服役后，預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)腐蝕程度該用哪種指標(biāo)評價、何種手段監(jiān)測是預(yù)測預(yù)應(yīng)力錨固結(jié)構(gòu)剩余壽命的又一難題。

(編輯：劉運飛)