建材检测中混凝土钢筋腐蚀的检测要点

王冠军

0 引言

钢筋混凝土是现代建设行业中最为重要的施工材料，表现出高强度、造价低、耐气候强等优势，是当前海工、公路桥梁、基础建筑等施工期间常设置的建筑结构。但市场中，销售的钢筋在质量方面有明显差距，当工程建设时应用的钢筋质量不符合标准，极易引发钢筋腐蚀问题。严重影响混凝土结构整体耐久性与稳定性，既不利于建设行业以及社会经济的发展与进步，还会对国民生命及财产安全构成威胁。据统计，我国因钢筋腐蚀导致的经济损失占国民生产总值的3%，这就需要实际施工时注重钢筋腐蚀情况的跟踪检测，并采用现代化检测方法，确保检测结果，为混凝土钢筋的修复提供数据参考，以保证建设工程整体稳定。

1 混凝土钢筋腐蚀诱因研究

1.1 自身因素

钢筋生产加工期间，极易发生组织不均匀、化学成分偏析等问题，而钢筋布设作业结束后，还会受外围混凝土的影响，从而出现钝化膜不连续现象。各类问题的存在都会使钢筋内部生成电位差，导致钢筋局部腐蚀。此外，钢筋通常由碳、铁、锰等大量元素组成，并以不同形态存在，比如固溶体形态、化合物形态等，与此同时，还会产生多数晶界面，在相互作用下，生成可腐蚀钢筋的微电池，与阴、阳极构成闭合回路，而钢筋作为金属导体，也参与到反应中，从而被腐蚀。此外，设计混凝土结构时，未结合现场实际进行，且没有在施工期间落实质量控制工作，导致钢筋受力不均匀，致使钢筋表面被污染，加快钢筋腐蚀速率。

1.2 混凝土碳化

空气中含有的CO会在外力作用下渗透进结构内部，与混凝土中的Ca（OH）相互反应，得到碳酸钙物质。当前，工业行业发展迅速，带来可观经济效益的同时也对生态环境构成严重威胁，有害物质的过度排放提高空气中碳物质浓度，致使CaCO含量不断增多，便会严重破坏混凝土内部碱性环境：当酸碱值低于11.5 时，会使钢筋钝化膜稳定性受到影响；若酸碱值小于9.88，混凝土会被完全碳化，严重破坏钢筋钝化膜，使其裸露于空气中，并与空气中的水分及其他物质发生腐蚀反应。

1.3 有害离子侵蚀

有害离子主要为Cl。通常情况下，为保证混凝土整体性能，会在制作混凝土时加入适量含氯化物的预混合料，比如砂石、早强剂等。当混凝土成型或长时间投入使用后，其表面极易产生裂缝，此时空气中的Cl会顺着裂缝进入混凝土内，并不断渗透与扩散，最终附着于钢筋表面。被Cl侵蚀的部位酸碱值会呈显著下降趋势，又受局部酸化所影响，改变钢筋所处的碱性环境，致使该区域的钝化膜受到严重破坏，并转变为活化态，与尚未完好的钝化膜区域彼此间形成电位差。而此处便作为阳极存在，与氧气和水发生电化学腐蚀反应。在此期间，阳极端的金属铁会被溶解，虽然腐蚀面积较小，但可对钢筋内部构成不良影响，钢筋的腐蚀程度是普通腐蚀情况的10 倍左右，无法保证钢筋整体抗拉以及屈服强度，导致钢筋原本具备的力学性能被破坏，产生极为严重的腐蚀现象。此外，钢筋表面析出的Fe（OH）会和混凝土孔隙液中含有的氧气和水发生反应，从而生成Fe（OH）（铁锈），在钢筋表面形成疏松多孔的海绵状锈层，增大钢筋整体体积至原来的3 倍左右。当腐蚀产物生成量逐渐增多时，被腐蚀区域的钢筋会影响附近混凝土稳定性，且随着腐蚀区域面积的不断扩大，极易造成混凝土开裂、脱落等问题，加速钢筋腐蚀，还会对钢筋整体承载能力造成严重影响。

2 混凝土钢筋腐蚀破损与分析检测要点

破损检测的操作原理是破坏混凝土结构，对钢筋的完好程度进行直接观察，检测流程简单，但破损检测实施的前提是损伤结构，因此，这一检测技术仅适用于检测钢筋腐蚀严重的工程中。比如，项目建设期间，受钢筋腐蚀的影响，引发混凝土裂缝或空鼓等现象，由于结构已不具备修复价值，此时便可应用破损检测方法，定量分析混凝土结构内部钢筋腐蚀情况，具体检测流程如下：将适当大小的作用力施加于混凝土外层，当钢筋裸露出来后，可通过直观观察的方法了解钢筋腐蚀情况，再根据施工人员多年检测经验，判定钢筋腐蚀程度。若腐蚀现象较为明显，还需使用重量分析法进行定量分析，即截取部分被腐蚀的钢筋，分析截面积损失率，从而得到钢筋腐蚀率。混凝土工程中破损检测的应用频率较高，而该种检测方法还能起到固定、维护钢筋腐蚀区域的作用，且检测效果显著，但对于检测范围以及数量有较大的限制，不适合在连续检测作业中使用。

经验综合分析法是测量导致钢筋腐蚀的各类因素参数，以此为基础，打造钢筋腐蚀预测模型，包括反应控制模型、电化学模型、经验模型等，从而预测钢筋腐蚀程度。其中，反应控制模型的建设与分析对于检测人员的专业性要求较高，模型具备极强的直观性，但在分析时，忽视对钢筋腐蚀本质的考虑；电化学模型是依托于电化学反应而打造的一种预测模型，涉及的参数较多，增大模型搭建与分析难度；经验模型是利用回归分析法建模，操作简单，使用方便，但预测结果缺乏准确性。分析法检测综合考虑了钢筋混凝土结构所处的外部环境条件与本身参数条件，是一种极具便捷性、经济性的检测技术。但该种检测方法仅可定性分析钢筋腐蚀情况，无法实现对钢筋腐蚀程度的定量评估，因此通常作为辅助性检测技术而使用。

3 混凝土钢筋腐蚀物理学检测要点分析

3.1 涡流检测

涡流检测法是利用电磁感应原理，在待检测的混凝土构件表面设置电磁装置，同混凝土结构内部钢筋进行“信号交流”，诱导钢筋形成感应涡流。钢筋腐蚀现象越明显，钢筋截面积则越小，钢筋周边的磁场会出现较大变化，此时，检测人员借助钢筋内感应涡流与励磁电流彼此间展现出的相位关系，确定钢筋截面积损失率。涡流检测可实现大范围检测，且检测工艺简单，只需执行一次检测工作，便可了解整个混凝土结构内部钢筋腐蚀情况。

3.2 声发射检测

混凝土钢筋腐蚀过程中会产生内力，导致钢筋周围的混凝土结构膨胀，又在彼此间影响下，迫使钢筋生成内张力，极易引发混凝土开裂。若不及时处理，部分能量会以声波的形态传递到外界，而声发射检测便是基于这一特征，将声波探头定位发射器安装于混凝土裂缝处，以此检测得到发射强度，再根据检测结果判断钢筋腐蚀程度。但该种检测方法表现出多种不足，比如，极易受外界声波的影响，无法保证检测结果的真实性。

3.3 电阻探针检测

电阻探针检测原理是制作与钢筋材料相一致的电阻探针，保持探针长度不变，当钢筋截面积不断减小时，电阻值会逐渐增大，此时只需对探针电阻改变数值进行检测与分析，便可得出钢筋腐蚀深度。检测过程中，需严格按照要求将探针埋设于混凝土中，依托于电桥原理，合理调节探针两端电压数值，计算探针电阻值，从而了解钢筋腐蚀情况。电阻探针检测可保证检测结果的精准性，且不需投入过高的检测成本，同时还可对不同类型混凝土钢筋腐蚀情况进行检测，因此这一检测方法应用频率较高。但前期准备工作较多，极大程度地影响检测效率，需结合具体检测要求判定是否运用。

此外，电阻探头检测法也是常用的钢筋腐蚀检测技术之一。20 世纪初便在一些西方国家广泛传播与应用，检测原理同电阻探针法类似，需先将探头埋设于混凝土中，从而达到钢筋腐蚀情况检测目的。但这一检测方法具有局限性，仅可对混凝土内部结构腐蚀均匀的钢筋进行检测，若只是出现小区域腐蚀，便无法检测钢筋腐蚀速率。与此同时，表征钢筋腐蚀的腐蚀极化电流与混凝土电阻率彼此间未构建明确的关系方程或关系曲线，因此只可定性检测钢筋腐蚀速度。

3.4 光纤传感检测

光纤传感检测法属于新兴的钢筋腐蚀检测技术，由于光纤本身具备极强的抗电磁干扰能力，且还表现出耐高温、质量轻等特点，可放置于混凝土内部结构中，极具应用价值。随着科技的不断进步与混凝土钢筋腐蚀检测要求的逐渐增多，科研人员研发出强耐腐蚀性的光纤传感器，并提出一种借用金属膜局部替代光波导传感器的思路，以此采集到金属腐蚀的所有参数。在此期间，如果将多个测试光纤钢筋腐蚀用的传感器紧贴钢筋布设，再利用光时域反射手段，可实现对大规模混凝土材料结构中多个点的钢筋腐蚀情况以及具体分布进行检测，极大程度地提高检测效率。这种检测方法可保证敏感膜被腐蚀之前便可检测到光信号，做好信号的汇总与分析工作，完成光纤传感器的制作，再将其埋设于混凝土中，实时收集敏感膜腐蚀程度，以此为依据，对钢筋腐蚀程度进行判断。通过大量实践应用与创新研究，光纤传感检测能够实时在线监测钢筋腐蚀情况，与传统检测方法相比，可从根本上减少检测设备的维护成本，还可大幅提高检测效率，并保证检测结果的精准性。

4 混凝土钢筋腐蚀电化学检测要点分析

4.1 线性极化检测

线性极化法又称为极化电阻法，该类检测方法的理论基础可追溯于1938 年，现如今，线性极化检测技术得以优化与完善，是近年来测定钢筋腐蚀速度时应用最为频繁的技术类型之一。检测原理如下：利用已知的腐蚀率与极化曲线在自由腐蚀电位中斜率的相关性，根据双电极或三电极系统检测材料与环境耦合准确的腐蚀率，从而实现对钢筋腐蚀速率的检测。线性极化检测技术表现出检测便捷性、结果精准性等优势。现如今，英国已研制出程式化线性极化检测工具，可直接应用于现场混凝土钢筋腐蚀情况检测工作中，但无法实现对钢筋电阻数值的检测。此外，由于钢筋电位小，所对应的极化电流也较小，无法保证混凝土孔隙溶液欧姆压降检测结果的精准性。这就需要注重检测仪器的优化与改良，适当补偿欧姆压降，以此提高测量精度。此外，要想确保所得到的线性极化检测结果真实性、可靠性，就需了解钢筋表面积，因此，该种检测技术通常应用于新建工程已知面积的预埋钢筋日常检测作业中。

4.2 交流阻抗检测

交流阻抗法属于暂态频谱分析技术，将不同频率且较小振幅的交流电（＜10mV）输送进钢筋内部，紧接着对电流、电压的响应情况进行分析，从而判定出交流阻抗与频率存在的联系。这一检测技术可借助等效电路综合分析钢筋腐蚀期间生成的电化学阻抗信息，为钢筋腐蚀速率的确定提供数据。当前，该种检测技术因其易操作性、简便性等优势，而被广泛应用于实际生产检测活动中，既可以直观呈现出与钢筋腐蚀机制有关的信息，还可实现对钢筋腐蚀速率的定量检测。但为获得更为准确的测量信息，需保证检测范围的广泛性，尤其是检测钢筋腐蚀速度时，应确保低频区域的数据信息真实。交流阻抗法具体应用时，消耗的检测时间较长，需进行多次测算，增多检测工作量。与此同时，该种检测技术的实现需依托于大量测算仪器，造价较高，因此，为避免仪器出现不必要的损坏，通常会设置在专门打造的检测实验室中，无法实现对钢筋腐蚀情况的现场测算。

此外，混凝土电阻率检测法也可实现对钢筋腐蚀情况的检测。离子在阴极和阳极之间的转移速率受混凝土电阻所影响，从而导致钢筋腐蚀。通常来说，钢筋腐蚀速率与混凝土电阻率成反比。检测原理如下：将电极放置于混凝土表面，向其内部输送已知电流，以此检测混凝土内部的电位分布情况。电阻率检测法适用范围广，检测设备成本投入较低，但易受环境影响，导致检测数据离散型较高。

4.3 恒电流实验检测

恒电流试验检测方法于20 世纪80 年代中后期开始应用于混凝土钢筋腐蚀检测作业中，一些研究人员将该种检测技术作为激励信号，以此分析钢筋锈蚀过程中发出的衰减曲线走势，并对钢筋腐蚀程度进行判断。由于这类来自电化学技术的电信号极其微弱，且可能在瞬间消失，再加之这类变化呈持续衰减状态，因此恒电流试验检测技术能够精准并快速测量钢筋瞬间的腐蚀速率。一般来说，钢筋腐蚀可细分为电化学腐蚀、化学腐蚀，这就需要检测人员工作时，应对两种腐蚀情况进行综合考量，实际判别时主要是通过测量有无电流产生为依据。由于电化学反应中各类物质较活泼，各类反应离子能够以定向流动的方式在水溶液中运动，是电流产生的根本条件。而化学腐蚀则是各类物质直接同钢筋发生反应。

4.4 钢筋腐蚀综合评估

钢筋腐蚀综合评估可实现现场测量，其检测原理与交流阻抗检测技术相反，利用多元统计分析，打造相应的数据模型，并根据三维辨别的函数科学划分所检测到的数据类别，再统计分析具体数值以此判断钢筋腐蚀情况。检测过程中，工作人员可以通过分析各类参数，如电流、电位、电阻率等来确定钢筋整体状况。其中，依托于电位参数的检测方法又叫做自然电位法，利用电化学腐蚀原理，将半电池装置（参比电极）设置于混凝土构件表面，对装置与钢筋彼此间产生的电位差进行测量，从而确定钢筋的腐蚀程度。自然电位检测技术操作简单、效率高，检测过程中不会干扰混凝土中钢筋腐蚀体系，还能达到连续检测、实时跟踪检测目的，适用于现场检测与实验室测量作业中。但该种检测方法仅可定性分析钢筋腐蚀情况，且自然电位检测中的参比电极需同混凝土中钢筋形成电流回路，这就需要始终保证混凝土整体湿润或表面有导电性覆盖层，才可发挥出技术应用价值。钢筋腐蚀综合评估优势在于可避免不同因素对检测结果的干扰，同时又表现出可拓展性的特点，能够实时比较评估结果与钢筋腐蚀有关的各类因素，以此增强检测结果的可靠性、精准性。

5 结语

综上所述，建材检测期间，针对混凝土钢筋腐蚀情况的检测技术多种多样，为充分发挥各类检测技术应用优势，就需工作人员根据实际情况以及检测要求科学选用相适应的检测方法，确保检测结果准确的同时，满足建设工程钢筋完好性检测需求。在此期间，还需明确不同检测方法的操作原理，并根据各类技术存在的缺陷适当加以改良和优化，以此提高钢筋腐蚀检测效率。