基于火灾后钢筋混凝土修复技术研究

■陈国良 ■连云港苏锦混凝土制品有限公司，江苏 连云港 222000

火害对钢筋混凝土的损伤表现在两个方面，其一是当混凝土中性化深度超过钢筋保护层厚度时，钢筋失去碱性环境的保护致使钢筋的锈蚀速度加快，其二表现混凝土结构更变得疏松、开裂、剥裂、混凝土结构整体强度的降低。因此对于火害损伤钢筋混凝土的修复分为两个步骤，首先是钢筋周围混凝土的碱性环境的恢复，其次是混凝土强度的提高。

电化学处理用于恢复混凝土内钢筋周围碱性即称为电化学再碱化，主要是在置于混凝土构件表面上的外部电极和钢筋之间通一直流电，钢筋作为阴极，外部电极作为阳极，和其间的碱性电解质共同构成回路，对钢筋进行阴极极化在整个系统中进行电化学反应。电化学再碱化成功与否主要取决于再碱化后钢筋周围的氢氧根的浓度，即钢筋周围的酸碱度。本研究主要建立以控制再碱化后钢筋周围溶液的酸碱度为目标的模式。

1 研究方法

在再碱化处理不同的阶段，主要由混凝土孔隙率、中性化深度、水泥及集料种类、外加电压大小等因素来决定钢筋周围的氢氧根浓度增高，钢筋钝化膜的重新形式。混凝土再碱化的控制主要控制外加的电流密度和通电时间，依据试验条件和现象提出以下假设和推断后进行:第一，碱化过程中电流在与电解质接触的混凝土表面上均匀分布;第二，钢筋混凝土构筑物火灾前的碳化和火灾造成的碳化相比可以忽略;第三，电解液中仅考虑人为加入的电解质离子，忽略其他离子的导电性能;第四，电解后停留在钢筋周围的氢氧根均匀分布在火灾后中性化的混凝土保护层内。

如果确定了k 值，则可以根据再碱化后要达到的要求来选择外加电流密度和通电时间。在本研究中以实验室根据GB50010 -2000 混凝土结构设计规范要求，制作C20 及C50 分别为普通强度试件及高强度试件两个强度等级的钢筋混凝土构件，两种钢筋混凝土于火害前的酸碱度分别为12.5 及11.2。依模拟火灾现场按照ISO834 的模拟火害钢筋混拟土后，进行再碱化技术的修复。本试验假设再碱化技术可恢复火害后的钢筋混凝土至火害前的碱性环境。电流密度j 为1.0A/m2，通电时间为6.05 ×105秒，钢筋混凝土的降伏强度为225MPa。由实验火害后普通强度钢筋混凝土强度为13.5MPa，中性化深度为20.8mm，推估普通强度钢筋混凝土的孔隙率参数的k 值为6.3 ×10-4。火害后高强度钢筋混凝土强度为33.1MPa，中性化深度为19.2mm，推估高强度钢筋混拟土的k 值为2.5 ×10-5。由上述试验所得k 值可分别作为火害普通强度和高强钢筋混凝土孔隙率的建议参数值。

2 火灾后钢筋混凝土碱性修复技术应用

根据上述电化学再碱化的试验研究结果，应用于本研究模拟实际火害后钢筋混凝土利用再碱化法修复钢筋混凝土碱性环境的操作步骤，以呈现再碱化技术酸碱度控制模式的实用性。火灾后采用中性化–电化学法检测钢筋混凝土的损伤深度，进而判断火灾是否对钢筋造成了损伤。本试验由实验火害后普通强度及高强度的钢筋混凝土中性化深度分别为20.8mm 及19.2mm，一般钢筋混凝土于中性化深度约为20mm 即显示对钢筋造成了损伤，因此后续可选择再碱化法修复损伤钢筋混凝土结构。

选择再碱化后的酸碱度以回复火害前混凝土的碱性环境的要求，结合混凝土的中性化深度和结构的实际强度，依据前面试验估计孔隙率的参数K 值。本普通强度的钢筋混凝土电流密度为1.0A/m2，通电时间需达约7 天，藉由模式预测再碱化的酸碱度为12.5，实际以酸碱度计测得再碱化火害后钢筋普通强度混凝土的酸碱度为12.0。高强度钢筋混凝土通以电流密度j 为1.0A/m2，通电时间需达约7 天，藉由模式预测再碱化的酸碱度为11.2，经由酸碱度计测得火害后高强度钢筋混凝土的酸碱度为11.2。由结果可发现本实验所应用的模拟火害后钢筋混凝土之酸碱度，利用模式所得预测值及实际值都相当接近。

3 结论

当钢筋混凝土结构体遭受火灾损伤时，可利用再碱化技术修复因高温下由于逐渐的碳化，导致混凝土碱度变低，发生混凝土中钢筋的腐蚀及保护层的劣化。火害对钢筋混凝土的损伤表现当混凝土中性化深度超过钢筋保护层厚度时，钢筋失去碱性环境的保护致使钢筋的锈蚀速度加快。因此对于火害损伤钢筋混凝土的修复是利用钢筋周围混凝土的碱性环境的恢复，利用本酸碱度控制模式的建立，可有助于再碱化技术应用于修复火害后的钢筋混凝土电化学表征值的预估。

［1］傅传国，王广勇，王玉镯.火灾作用下钢筋混凝土框架节点温度场分析［J］.山东建筑大学学报.2009(01).

［2］郑永乾，韩林海.火灾下梁柱连接节点力学性能研究［J］.钢结构.2007(01).