建筑混凝土钢筋锈蚀原因及检测分析

2020-02-16万能

江西建材 2020年8期

关键词：检测法碳化电阻率

万能

南昌科禹工程质量检测有限公司，江西南昌 330046

0 引言

混凝土材料因坚固耐用、可塑性强、造价低廉等优势在现代建筑体系内被广泛应用，钢筋作为混凝土结构建筑的核心构成部分，若其在使用过程中发生锈蚀必然会给建筑安全造成不利影响，需要对钢筋锈蚀原因及检测技术做分析总结。

1 建筑混凝土钢筋锈蚀原因

建筑混凝土钢筋锈蚀原因可分为内因和外因。其中，内因主要包括混凝土类型、结构裂缝、碱度、外加剂添加、保护层厚度、强度等级等因素的影响；外因则为环境因子的作用，如不良介质接触、温湿度、冰冻等。

总结以往工程案例中钢筋构件锈蚀的原因，主要有以下几点：第一，混凝土碳化。混凝土表层材料中氢氧化钙碱性溶液不断吸收空气中二氧化碳，发生化学反应形成碳酸钙，碳化后的混凝土材料pH值逐渐降低且向内部发展，若碳化深度超出保护层厚度，就可能破坏钢筋构件表层的钝化膜，引发钢筋锈蚀［1］。第二，氯离子作用。外部环境中的氯离子渗透到混凝土内部并与钢筋构件发生直接或间接接触，因混凝土包裹性降低及钢筋钝化导致钢筋锈蚀。第三，混凝土体本身存在质量缺陷，如最常见的开裂现象，使得内部钢筋直接暴露在空气内而发生锈蚀。混凝土裂缝与材料水灰比、振捣施工、混凝土浇筑等均存在一定关联，因混凝土施工质量缺陷产生麻面、漏筋等问题，加快钢筋锈蚀。

2 建筑混凝土钢筋锈蚀检测

2.1 电化学检测

电化学检测为混凝土钢筋锈蚀检测的常用方式，本文主要介绍两种基于电化学原理的无损检测技术。

2.1.1 混凝土电阻率检测法

混凝土电阻率检测法的原理为：水泥浆空隙液内，离子流动过程会发生电解，即混凝土所具备的导电性。电阻率检测通过2电极完成，其中1个电极为钢筋构件，检测过程进行外部加压，获取实时电流参数，可计算混凝土电阻。依照操作方式不同，可将混凝土电阻率检测法分为四探针法、两级法、圆盘法等。以四探针法为例，若检测出的混凝土电阻率＞20Ω·m，可判断为低速率锈蚀；若电阻率在10～20Ω·m，可判断为中、低速率锈蚀；若电阻率在5～10Ω·m，可判断为高速率锈蚀；若电阻率低于5Ω·m，说明钢筋锈蚀速率已非常高。

混凝土电阻率检测方法虽然具备操作简单、适用范围广等优势，但其检测过程易受到周围环境的干扰，获得的数据离散性较强，可将其与其他检测技术结合使用。

2.1.2 半电池检测法

半电池检测法可对钢筋锈蚀程度做量化分析，在目前的建筑混凝土质量检测中被频繁应用，且已经构建起相对成熟的检测标准。半电池检测系统内设置2个电极，测量电极间电位差即可对钢筋锈蚀程度做分析评价。该检测方法的主要工具有恒电位参比电极、连接线、高输入电阻伏特表等。

现阶段，半电池检测法主要遵循两类检测标准。一是中国国家标准化管理委员会颁布的《全钒液流电池系统测试方法》GB/T 33339-2016：若结果＞-200mV，锈蚀概率为5%；若结果在-200～-350mV之间，锈蚀概率为50%；若结果＜-350，锈蚀概率在90%。二是国家能源局颁布的《全钒液流电池电极测试方法》NB/T 42082-2016：若结果＞-250mV，判定为未锈蚀；若结果在-200～-400mV之间，判定为可能锈蚀；若结果＜-400mV，判定为锈蚀。

半电池检测法检测过程不破坏原本的混凝土结构，且钢筋锈蚀程度可被量化观测，但该检测方法仅可确定钢筋锈蚀位置，为无法得到钢筋锈蚀速率信息。

2.2 物理检测

2.2.1 射线检测法

射线检测为一类常用的混凝土钢筋锈蚀检测技术，其通过拍摄混凝土内部钢筋构件的X或γ 射线图像，以直观观测钢筋锈蚀情况。实际检测中多将该技术与红外热象法结合应用，采集混凝土表面温度信息，以判断钢筋构件锈蚀的具体位置。射线检测最大的缺陷在于检测过程可能对操作人员人身健康造成威胁，随着检测技术的研究创新，该技术在实际工作中的应用比例也越来越低。

2.2.2 声发射检测法

声发射检测法为一种新型的混凝土钢筋锈蚀无损检测技术。声发射原本为一种常见的物理现象，建筑混凝土结构使用过程中，受复杂因素的影响，材料内部被破坏并释放出带有能量的弹性波，该弹性波传递至材料表面引发表面位移。使用专门的声发射探头，可准确监测该过程产生的机械振动，并将其转化为电信号，通过放大处理后记录为可被直接观测的检测结果。

建筑混凝土结构内部，钢筋锈蚀的状态、位置、程度均处于不断变化的状态，受保护层的干扰，信号源传递过程相对复杂，若混凝土保护层尚未出现胀裂，会给其钢筋锈蚀检测带来较大难度。而采用声发射检测法，可动态化监测混凝土材料变化，准确找出材料内部质量缺陷及能量释放信号，进而在短时间内准确定位质量缺陷发生位置。

2.3 检测案例

某框架剪力墙结构建筑层数14，现已使用12年，结构检测中发现其地下室剪力墙柱结构发生严重的混凝土开裂、钢筋构件锈蚀问题，对锈蚀原因做深入分析。

建筑仍在试用期年内，且使用环境无异常，因此可基本排除以上两项因素对钢筋锈蚀的影响。进行混凝土强度检测，锈胀开裂结构的混凝土强度在39.8MPa，未发生锈蚀位置的强度在42.1MPa，二者差距不大，可排除混凝土密实度引发锈蚀的原因。另外，氯离子含量检测结果在0.083%＜0.15%，也符合要求。经综合分析，认为钢筋锈蚀的原因为构件质量缺陷，长期受外部环境影响导致混凝土碳化，引发开裂及锈蚀问题。