鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕原理的研究

耿 濤

（中外建華誠工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030003）

1 鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕原理

近年來，在鋼筋混凝土建筑中出現(xiàn)了許多質(zhì)量事故。鋼筋腐蝕極大損害了結(jié)構(gòu)的耐久性與承載力。使國家每年背負(fù)沉重的經(jīng)濟(jì)損負(fù)擔(dān)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的硬化，會生成水化反應(yīng)，使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成了許多堿性物質(zhì)，增高了PH 值，鋼筋與堿性物質(zhì)會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，開始鈍化，時間長了，就會出現(xiàn)腐蝕。混凝土孔隙里屬于堿度比較高的一種Ca（OH）2飽和溶液，pH 值在12.5 左右，因為混凝土里還包含了比較少的Na2O、K2O 等，因此其本身的pH 值則會超出13?；炷林行曰钿摻钗恢玫膒H 值有所減弱，或者是濃度較為充分的游離Cl－擴(kuò)散至鋼筋表面令鈍化膜出現(xiàn)溶解的情況。脫鈍之后混凝土里鋼筋會出現(xiàn)一個電化學(xué)的過程，在陽極區(qū)出現(xiàn)一種氧化的發(fā)應(yīng)：Fe－2eFe2+；在陰極區(qū)出現(xiàn)一種還原的反應(yīng)：O2+2H2O+4e4OH－。陽極區(qū)釋放的電子則會運用鋼筋朝著陰極區(qū)進(jìn)行流動，并且會出現(xiàn)Fe2+朝著周圍進(jìn)行遷移與擴(kuò)散，并且與陰極區(qū)出現(xiàn)一種OH－的反應(yīng)，然后生成Fe（OH）2。

2 鋼筋腐蝕機(jī)理檢測

2.1 物理學(xué)檢測

1） 電阻探針法，電阻探針法和鋼筋一樣材質(zhì)的電阻一同放置在混凝土中，利用平衡電橋，對探針電阻實施測量，因為探針電阻與電針截面積二者間是一種反比關(guān)系，基于此，通過電阻的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楦g深度，以實現(xiàn)檢測。電阻探頭法于上世紀(jì)二十年代被歐美等一些國家所使用，該方法的應(yīng)用，混凝土澆筑開始前，預(yù)先填埋探頭，當(dāng)鋼筋腐蝕比較均勻時,適宜使用這種方法，當(dāng)鋼筋產(chǎn)生局部腐蝕，并不能通過加速方式實現(xiàn)檢測的目的。

2） 聲波發(fā)射法。聲波發(fā)射法憑借混凝土中鋼筋在混凝土腐蝕中生成的內(nèi)力，使附近混凝土脹開，通過聲波釋放一部分能量，然后利用聲發(fā)射探頭，測定發(fā)聲所處區(qū)域及強(qiáng)度。這種方法有很大缺陷，對其余聲波的干擾并不能有效規(guī)避，對鋼筋腐蝕活性高低與聲發(fā)射之間關(guān)系的構(gòu)建是非常困難的。

2.2 電化學(xué)檢測

1） 交流阻抗法，在應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的這種方法，交流阻抗法所堅持的原則即，對電極施加交流電壓、電流，探究其信號，依照響應(yīng)程度對電極反應(yīng)數(shù)據(jù)實施計算。通常交流阻抗法應(yīng)用于鋼筋混凝土腐蝕度中。交流阻抗法的應(yīng)用，將腐蝕機(jī)制的有關(guān)信息給呈現(xiàn)出來，測定出腐蝕速度，為使信息更準(zhǔn)確，要拓寬測算范圍，尤其鋼筋混凝土的腐蝕速度的測定更是如此，信息數(shù)據(jù)所處的頻區(qū)越低，越重要。

2） 鋼筋腐蝕綜合評估法，該方法適用于現(xiàn)場實施測量的化學(xué)要素中，而化學(xué)藥物包括混凝土電阻率與腐蝕電流，以此對鋼筋腐蝕情況實施診斷。根據(jù)鋼筋腐蝕情況不同，可分為下面兩種情況：一種情況為鋼筋己腐蝕，另一種情況是鋼筋未腐蝕。利用判別分析法，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。變量選定與鋼筋腐蝕關(guān)系緊密的現(xiàn)場容易測定的電化學(xué)要素，構(gòu)建判別函數(shù)，緊接著通過判別準(zhǔn)則與判別函數(shù)，實現(xiàn)最終的分類。

3） 恒電量試驗方法，恒電量試驗方法最早出現(xiàn)在鋼筋混凝土腐蝕的研究中，上世紀(jì)八十年代末期，為獲得大量精確的數(shù)據(jù)，部分研究學(xué)者把恒電量試驗方法用作激勵信號，對衰減曲線實施分析。恒電量試驗方法具有微弱的電信號，同時兼有瞬間性，此外，測量表現(xiàn)出衰減變化，其能夠迅速精準(zhǔn)地測定出鋼筋瞬間腐蝕速度。

2.3 EIR 綜合評估方案

為了滿足鋼筋腐蝕實際檢測工作的要求，必須進(jìn)行鋼筋腐蝕綜合評價法的應(yīng)用，這種評價方法有三個重要組成部分，分別是電阻率化學(xué)、腐蝕電流密度狀況、鋼筋自然腐蝕電位狀況，這種鋼筋腐蝕評估方法被稱為EIR 檢測方法，這種方法具備良好的工作效益。判別分析模式是多元統(tǒng)計分析的重要組成部分，EIR 評估體系實現(xiàn)對判別分析法的有效使用，通過對數(shù)學(xué)模型的建立，進(jìn)行鋼筋腐蝕狀況信息數(shù)據(jù)的收集，進(jìn)行鋼筋腐蝕及未腐蝕狀況的劃分，分別將其歸于第一類、第二類，通過對現(xiàn)場電化學(xué)三要素的分析，進(jìn)行三元變量的確定，再進(jìn)行三元判別函數(shù)的建立，將個體帶入相應(yīng)的判別準(zhǔn)則，做好最終分類工作，通過對相關(guān)統(tǒng)計計算模式的應(yīng)用，進(jìn)行鋼筋腐蝕狀態(tài)的評價，這需要進(jìn)行混凝土電阻率、腐蝕電流、腐蝕電位等影響條件的多元化分析，通過對EIR 綜合評估法的應(yīng)用，可以確保混凝土鋼筋腐蝕檢測效益的提升，這需要靈活應(yīng)用EIR 綜合評估法的判別函數(shù)，進(jìn)行鋼筋腐蝕檢測結(jié)果的優(yōu)化。

2.4 銹蝕鋼筋的疲勞性能

當(dāng)前隨著混凝土建筑結(jié)構(gòu)的老齡化以及使用環(huán)境的不斷惡化，有很多銹蝕鋼筋混凝土橋梁急切需要對其自身的安全性進(jìn)行評價除此之外還需要對剩余的疲勞壽命給予適當(dāng)?shù)念A(yù)測，而對于銹蝕鋼筋其自身的疲勞性能進(jìn)行研究是準(zhǔn)延長荷載下銹蝕混凝土構(gòu)件使用壽命的一個基礎(chǔ)。有相關(guān)的研究人員在具體橋梁退化下的老化構(gòu)件里截取銹蝕鋼筋去給予了疲勞的試驗。試驗結(jié)果顯示出，在鋼筋出現(xiàn)銹蝕之后，因為其自身有效的截面積降低和屈服強(qiáng)度以及變形能力減弱等多種因素的制約，其自身的疲勞強(qiáng)度有顯著的減弱。

3 結(jié)語

為了滿足現(xiàn)階段橋梁混凝土實際工作的要求，必須進(jìn)行鋼筋混凝土腐蝕發(fā)展?fàn)顩r的正確性評估，從而做好公路橋梁結(jié)構(gòu)使用壽命的評價工作，進(jìn)行混凝土耐久性的分析，優(yōu)化鋼筋腐蝕的檢測方案，從而提升公路橋梁工程的整體運作效益。