钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的检测与评估
2015-06-01
1 钢筋锈蚀检测技术现状
1.1 混凝土破型检测
这种检测方法最直观和准确，即将检测部位的保护层凿除，量取钢筋锈蚀后实际锈后直径，必要时可将部分钢筋截断带回实验室检测。这种方法的缺点是费时、费力，对建筑物或结构构件会造成一定程度的破坏。
1.2 钢筋锈蚀电位、电阻评定方法
正常情况下，混凝土内钢筋表面的钝化膜是完好的，此时钢筋的电动势与处于腐蚀状态下钢筋的电动势是不同的。钢筋锈蚀的点化学反应过程与带电离子通过混凝土内部微孔液体的运动有关。离子的同方向运动使混凝土成为电导体，通过测量其导电性（或电阻），就可以判断出腐蚀电流流动的难易性，进而可以判断出保护层下钢筋的锈蚀状况。
目前，在我国一般使用的是用半电池法测定混凝土的电位来判断钢筋锈蚀状况。由于电阻率法判断很模糊，在我国很少采用，英国曾制定出测混凝土电阻率的方法，根据所测混凝土电阻率判断钢筋锈蚀状况的标准见表1。
由于锈蚀电位、电阻的测量受混凝土种类、干湿度、氯盐等内掺剂含量等多种现场因素及操作人员技能的影响较大，因此判别比较笼统，虽属定量测量，但只能做定性判断。
2 锈蚀检测技术研究
2.1 半电池电位法检测技术
在前文中已经提到，鉴于电阻率法检测技术过于粗糙，我国很少使用。而半电池电位法相对来讲，略显精细一些，国内应用较广，但这种方法受现场影响因素太多，而且其影响有轻有重，故与现场人员经验是否丰富密切相关。本文就不同的混凝土干湿度、混凝土强度等试件结合GXY-1A型钢筋锈蚀测量仪进行了一些试验。
G X Y-1A型钢筋锈蚀测量仪是以8031单片机为核心部件，集数据采集、存储、分析、绘图、打印为一体的多功能化仪器。其主要性能指标如下：
测量范围：显示±1999mV，存储±999mV;
准确度：优于0.5%±1mV;
分辨率：1mV;
输入阻抗：1012Ω;
显示：2×16字符液晶显示;
输出：标准打印机并行口，可扩充R S-232串行口，序列输出和矩阵输出并存;
探头：(钢/硫酸铜)半电池电极，湿度系数0.9mV/℃;
环境条件：温度0℃～40℃，相对湿度85%。
该仪器测试混凝土内钢筋锈蚀电位的示意图见图1。
2.2 试验结果及分析
2.2.1 自然锈蚀与通电锈蚀的异同
大气条件下，当混凝土保护层完全碳化、p H降至9.5时，钢筋表面的钝化膜遭到破坏，钢筋就会锈蚀。锈蚀随着混凝土碳化深度的增加而逐步推进。而反阴极保护法的通电锈蚀表明，锈蚀是沿着钢筋周表面同时出现的，另外在大气条件下，钢筋锈蚀的生成物（主要为铁的氧化物）会造成3～4倍的体积膨胀，胀裂混凝土保护层，但通电锈蚀的结果没有观察到这种情况，因此在相同的锈蚀率下，自然锈蚀与通电锈蚀所造成的钢筋与混凝土的粘结力的丧失程度是不一样的。
2.2.2 钢筋锈蚀程度分析
钢筋锈蚀程度判别方法一般有失重法、截面损失法等。6组试件经过通电后，最大失重率为2.06%，小于10%，属低度锈蚀在自然状态、饱水状态和锈后饱水状态的电位值处理，虽然钢筋都属于低度锈蚀，但在混凝土处于饱水状态下，锈蚀电位的检测均值却达到-682.6mV（平均系数0.168），远低于-350mV和-400mV，判断钢筋锈蚀度应属于严重锈蚀。以上矛盾来源于钢筋锈蚀的评判方法。由前文所述，由于电锈蚀是全表面锈蚀，故锈蚀率为100%，那么，检测到的检测值很高也就可以理解了。
2.2.3 混凝土含水量对锈蚀电位检测值的影响
在钢筋未锈蚀而试件混凝土为自然风干状态时，锈蚀电位均值为-112.4mV（离差系数0.176），在c a s e2时，锈蚀电位均值减至-273.5mV（离差系数0.280），照此数据判断，c a s e1时钢筋处于低度锈蚀，而在c a s e2时，钢筋却处于中等锈蚀状态，这显然是不符合实际情况的，因此混凝土含水状态对锈蚀电位测量的影响是不可忽视的。实际检测时应加以鉴别修正。
2.2.4 混凝土强度对锈蚀电位检测值的影响
在相同状态下，混凝土强度为C25时的锈蚀电位检测值大于混凝土强度C20时的锈蚀电位检测值，并在通电饱和状态下,其变化幅度最大。因此，在使用G X Y-1A检测钢筋锈蚀度时，混凝土强度的影响不能忽视。
2.3 检测保护层中铁离子含量确定钢筋锈蚀度技术研究
研究表明，钢筋锈蚀后，锈蚀产物多以氧化铁、氯化铁、硫酸铁等铁盐的形式存在，且以氧化铁最多。当混凝土保护层受雨水浸润或处于其他潮湿环境中时，钢筋的锈蚀产物就会通过混凝土的微细孔隙从内到外渗透。根据扩散规律，当扩散达到稳定后，扩散物质在扩散介质中存在按一定的梯度分布，对于同种强度和类别及处于相同环境下的混凝土，我们认为在保护层上离钢筋相同距离位置上的铁离子含量（开裂边缘除外）与钢筋锈蚀度间是有一定关系的，本文做了相关试验。
所用试样是从室内外选取的试件上取下的，选用的试件的钢筋分为未锈、低度锈蚀、高度锈蚀、严重锈蚀四个不同级别，试样从离钢筋5～8m m位置的保护层里取出。试样共制备了两批，第一组为室内，第二组为室外。由于室内锈蚀试样产物主要是F e2O3，故这里仅测试了Fe2O3含量。两批试验的结果见表2。
从表中结果可以看到，两组试样Fe2O3的含量明显地随钢筋锈蚀度的变化而呈现规律性的变化，但第二组试样的氧化铁含量明显偏高。分析其原因，一是由于第一组在室内操作，在取样过程中锈蚀产物未曾掉进试样内，而第二组试样是在室外久置的建筑物上取样，工地操作不便，锈胀产物可能部分污染了试样，而取样人员可能还未发觉；二是水泥自身的品质差异也有一定的影响。这一事实告诉我们，通过检测混凝土保护层中铁离子含量来判断钢筋的锈蚀状况是可行的，对于不同的工地可先选取几个典型部分测其铁离子含量并破型检验对照，然后，其他大量检测就不必破型检验。当然，这种方法在操作中要求选取的样品应与钢筋的距离相同，同时不能污染了试样，否则可能会出现误判。
3 钢筋锈蚀情况检测的综合方法
通过以上几种对钢筋锈蚀检测方法的比较、试验，笔者认为，对一般钢筋混凝土结构，钢筋锈蚀情况的检测，即以外观目视普测和用锈蚀仪有选择地面测辅以典型断面破型点测，具体操作如下：首先对整个结构物构件外观进行目测观察，并根据保护层外表面的锈蚀和剥蚀状况初步判断钢筋的锈蚀状况。然后根据目测结果，选择部分构件用锈蚀仪检测钢筋锈蚀电位，并选取典型面破型检验，进一步精确判断钢筋的锈蚀级别。但用锈蚀仪检测的锈蚀电位在不同的工地环境要做不同的修正，因此有关检测人员的经验积累是必要的。
