三门县城1-C3地块拆迁安置房工程结构构件钢筋锈蚀原因分析

华 嘉,李林靓,黄红喜

(浙江中技建设工程检测有限公司，浙江 杭州 311112)

1 工程概况

三门县城1-C3地块拆迁安置房工程地点在浙江省台州市三门县环城中路近平海路。该建筑为框剪结构,总建筑面积约40 000 m2,采用钻孔灌注桩基础,两层地下室,两层裙房,其上为2幢20层办公楼,目前主体结构已完成大部分。由于工程中断多年,为规范工程质量管理,确定已建部分结构安全性, 并为后续施工做准备,三门县城市基础设施建设投资有限公司委托笔者单位对房屋进行结构安全鉴定。检测过程中发现外露未浇筑节点钢筋锈蚀及1层和2层多处梁底存在主筋箍筋露筋,并且钢筋锈蚀。为明确钢筋锈蚀原因,针对该工程进行了相关实验检测,经过分析后,为下一步处理提供依据。

2 钢筋锈蚀对混凝土构件影响的分析

2.1 截面性能损伤

1)混凝土中钢筋锈蚀以后其锈蚀体积为钢筋原有体积的2～2.5倍,因而会向四周膨胀。从而在交界面上产生锈膨胀力,混凝土沿着锈蚀钢筋纵向涨裂,加速裂缝增大。本工程中梁底裂缝与钢筋锈蚀发展因此原因而造成[1]。

2)相关科研单位对钢筋不同的间距,不同的锈蚀程度进行抗弯试验发现,随着锈蚀程度的增加,对钢筋抗弯构件的承载力、延性、屈服强度、刚度均有较大影响。

2.2 金属锈蚀的原因

1)对于该工程裸露钢筋的锈蚀原因,主要是节点未浇筑混凝土导致钢筋暴露在空气中,与空气中含有的酸性气体引起化学反应产生锈蚀。其化学腐蚀机理为金属在酸性环境下与酸发生化学反应溶解为盐类,并产生少量氢气。化学式如下：

Fe+2H+→Fe+2+H2↑

二价铁离子最后被氧化成三价铁离子,最后形成三氧化二铁和四氧化三铁,即为铁锈的主要成分,并且由此体积膨胀,导致混凝土开裂,如上文所述。

2)金属腐蚀的另一个原因为电化学腐蚀,即在电介质中金属与介质接触导致表面形成了大量的短路微电池,进而引起电化学腐蚀。化学式如下：

阳极反应Fe-2e→Fe+2,阴极反应O2+2H2O+4e→4OH-Fe+2+2OH-→Fe(OH)2→Fe2O3、Fe3O4

3)部分梁底则因保护层厚度不足,导致局部钢筋外露产生锈蚀。因保护层厚度不足导致钢筋与混凝土粘结性能降低,并且随着锈蚀程度的增加，粘结强度将有大幅下降,进一步加速锈蚀。

4)因施工过程振捣不够密实导致混凝土内部存在氧气和水分流通的通道，为腐蚀提供了条件。并且现场环境临近瓯江入海口，空气中氯离子等有害杂质含量较高。上述条件共同作用加速了混凝土构件中钢筋的锈蚀。

3 本工程钢筋锈蚀检测及原因分析

进场后笔者怀疑部分未浇筑完整构件与钢筋外露构件因空气中氯离子含量较大导致钢筋锈蚀。

3.1 试验方案

1)首先测定锈蚀构件的pH值,若pH值较低则利于破坏金属表面的钝化膜加速锈蚀。

2)测定混凝土构件不同深度的氯离子含量,以确定氯离子的引入是原材料缺陷引起的还是外部环境引起的。如表层氯离子含量高于内层,则可判断氯离子由外部渗入。

3)对其锈蚀构件测定碳化深度。当碳化深度、环境温湿度、外界环境氯离子含量、施工质量(混凝土密实度)等原因共同作用于构件上时,则该构件腐蚀应最为严重。

4)使用非金属超声仪检测锈蚀构件的混凝土情况,验证上文猜测是否存在混凝土损伤或密实度较差构件锈蚀情况严重。

3.2 检测结果

现场检测后构件的锈蚀情况主要表现为部分梁底主筋箍筋露筋,锈蚀部位长度为梁的跨度,部分未浇筑节点的外露钢筋均已锈蚀。钢筋的锈蚀深度约为0.4～1.7 mm,具体情况见图1、图2和表1。

图1 梁底露筋锈蚀情况 图2 未浇筑节点锈蚀情况

构件序号pH值内部pH值表面表面氯离子含量/%内部氯离子含量/%碳化深度/mm混凝土缺陷情况构件位置钢筋锈蚀深度/mm110.76.70.1830.0526密实度较好房屋内部0.7210.25.10.2290.0418密实度较好房屋内部0.6310.43.60.2960.11321轻微不密实房屋外侧1.74114.30.2700.09724轻微不密实房屋外侧1.5510.960.2540.06610密实度较好房屋内部0.9610.540.2480.08115轻微不密实房屋内部1.2710.150.2170.04712密实度较好房屋内部0.881270.1940.0607密实度较好房屋内部0.4

3.3 检测结论

1)现场pH值检测结果构件内部均为10以上,故而构件内部呈碱性。金属表面钝化膜未遭严重破坏,内部金属的锈蚀作用得到抑制。构件表面部分检测结果降到了pH4以下(构件3、构件6),呈酸性严重破坏了钝化膜的完整性,导致构件表面的金属发生电化学反应,形成红锈(三氧化二铁)和黑锈(四氧化三铁)。由此可推断出构件外部锈蚀情况较内部严重,现场检测结果符合推断。

2)氯离子含量的检测结果为构件表面氯离子含量均为0.2%左右,内部氯离子含量为0.04%～0.1%。由此可推断构件所处的外部环境氯离子含量较高,并且部分构件可能施工时振捣不够密实,导致氯离子随缺陷渗入构件内部。故表面露筋的构件表面箍筋锈蚀情况应稍好于主筋,个别存在缺陷的构件(构件3、构件4、构件6)主筋也同样存在较严重锈蚀现象。

3)现场实测碳化深度均大于6 mm,部分构件的检测结果达到20 mm以上,已经超过了梁的设计保护层厚度。由于碳化检测结果不理想,成为加速锈蚀作用的不利条件。

4)混凝土缺陷的检测结果较为理想,除个别构件外(构件3、构件4、构件6),混凝土构件基本未发现明显缺陷,密实度较好。结论为多数锈蚀构件浇捣质量较好,密实度不存在问题,对氯离子渗入钢筋内部起到抑制作用。个别构件(构件3、构件4、构件6)存在细微缺陷导致氯离子渗入,检测结果与氯离子含量检测结果相符,验证推断正确。

5)钢筋锈蚀的锈蚀情况与构件碳化深度、内外氯离子含量、内外pH值、混凝土的浇捣质量等因素密切相关。若上述因素均有利于锈蚀的发展则该构件理论上应该锈蚀情况最为严重。而上述因素又与构件本身所处环境相关联,结合该工程所处环境为三门县河流边缘并且濒临入海口,空气中水气及氯离子含量较大,对建筑物较为不利,倘若构件浇捣过程中存在缺陷导致密实度不好,并且构件(构件3、构件4)暴露在外的话,会使各项外部因素均处于有利于锈蚀发展的情况,加速锈蚀。

4 处理意见

由于本次检测抽检范围较小，应该进一步扩大检查范围。再次检测,分析结果是否与本次推断一致。

对已经锈蚀的构件进行加固防锈处理,对尚未锈蚀的构件进行全面检查防止出现新的锈蚀情况。

[1] 洪乃丰.混凝土中钢筋腐蚀与防护技术(2):混凝土对钢筋的保护及钢筋腐蚀的电化学性质[J].工业建筑,1999(9):5861.