梁應(yīng)壯 李玉山

【摘? 要】論文從鋼筋結(jié)構(gòu)特性、混凝土裂縫、混凝土碳化、銹蝕機(jī)理等方面分析影響混凝土鋼筋銹蝕的主要原因，詳細(xì)論述了電化學(xué)檢測(cè)方法、物理檢測(cè)方法及綜合分析法的具體應(yīng)用，最后提出預(yù)防與控制混凝土鋼筋銹蝕的措施。

【Abstract】This paper analyzes the main reasons that affect the corrosion of concrete reinforcement from the aspects of reinforcement structure characteristic， concrete crack， concrete carbonization and corrosion mechanism， discusses the specific application of electrochemical detection method， physical detection method and comprehensive analysis method in detail， and finally puts forward the measures to prevent and control the corrosion of concrete reinforcement.

【關(guān)鍵詞】混凝土;鋼筋;銹蝕檢測(cè);技術(shù)

【Keywords】concrete; reinforcement; corrosion detection; technology

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU375? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）10-0170-03

1 引言

銹蝕的混凝土鋼筋不僅會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性造成不良影響，也會(huì)使得建筑外觀的美觀性受到損壞，科學(xué)檢測(cè)混凝土鋼筋的銹蝕情況，不僅在于了解并把握混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)的質(zhì)量性能情況，也為建筑物的安全性、穩(wěn)固性提供了必要保障。

2 影響建筑混凝土鋼筋銹蝕的主要原因

2.1 鋼筋結(jié)構(gòu)特性

近年來(lái)，混凝土、鋼筋在建筑工程項(xiàng)目的建設(shè)施工中得到廣泛使用，此類(lèi)材料中含有大量的鐵、碳等常見(jiàn)元素，還包含晶界面等。在鋼筋結(jié)構(gòu)中，此類(lèi)物質(zhì)的存在形式多種多樣，大多為化合物、固溶體亦或是機(jī)械混合物等。元素和晶界面共存時(shí)，會(huì)形成陰極與陽(yáng)極，通過(guò)相互作用構(gòu)成數(shù)量較多的腐蝕電池，長(zhǎng)此以往，直接影響混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與性能，導(dǎo)致其發(fā)生嚴(yán)重的銹蝕問(wèn)題。

2.2 混凝土裂縫

建筑混凝土工程的施工工作內(nèi)容較為繁雜，涉及工序多，無(wú)論是常規(guī)的配料與運(yùn)輸，還是現(xiàn)場(chǎng)施工階段的澆筑、振搗及養(yǎng)護(hù)作業(yè)，都離不開(kāi)嚴(yán)格有效的質(zhì)量控制。如若在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)階段，施工人員沒(méi)有嚴(yán)格有效地把控混凝土的澆筑操作、振搗技術(shù)不規(guī)范，亦或是沒(méi)有采取科學(xué)有效的養(yǎng)護(hù)措施，均會(huì)在不同程度上增加混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的概率，使其發(fā)生漏筋、裂縫、蜂窩麻面等缺陷問(wèn)題，這也是使得鋼筋銹蝕速度大幅加快、加重混凝土鋼筋銹蝕程度的關(guān)鍵因素[1]。

2.3 混凝土碳化

混凝土內(nèi)部含有一定的堿性物質(zhì)，當(dāng)其與空氣接觸時(shí)，便會(huì)與其中的CO2等侵蝕性氣體形成化學(xué)作用，進(jìn)而大幅降低混凝土的pH值，這是混凝土碳化的基本原理。若混凝土碳化程度過(guò)高，大大超過(guò)了鋼筋自身保護(hù)層的防護(hù)強(qiáng)度，則會(huì)使得混凝土鋼筋的保護(hù)層逐漸失效，成為混凝土鋼筋出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象的誘導(dǎo)因素。

2.4 鋼筋銹蝕機(jī)理

混凝土和鋼筋是組成建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要原材料，在水泥發(fā)生水化作用的過(guò)程中，會(huì)伴隨有大量的氫氧化鈣固體產(chǎn)生，受其堿性特征的影響，整個(gè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的pH值會(huì)逐步提高，當(dāng)長(zhǎng)期處于堿性環(huán)境條件下時(shí)，鋼筋進(jìn)入鈍化狀態(tài)的速度會(huì)大幅加快，這便是導(dǎo)致鋼筋逐漸發(fā)生銹蝕的主要原因。要保障建筑工程的施工安全，確保建筑主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還需對(duì)混凝土鋼筋檢測(cè)作業(yè)的嚴(yán)格落實(shí)提高重視。

2.5 化學(xué)銹蝕

化學(xué)腐蝕是建筑工程混凝土鋼筋出現(xiàn)銹蝕的一種常見(jiàn)原因，發(fā)生此種腐蝕現(xiàn)象的主要原因是一些干燥性氣體、非電解溶液與鋼筋材料相接觸，進(jìn)而逐漸引發(fā)了純化學(xué)銹蝕現(xiàn)象。當(dāng)建筑中的混凝土鋼筋處于不斷銹蝕的變化過(guò)程中時(shí)，部分氧化物會(huì)逐漸生成并積累在鋼筋表面，若是再疊加相應(yīng)的干燥環(huán)境條件，且受到高溫因素的直接影響，干燥氣體或非電解質(zhì)溶液與鋼筋材料間的反應(yīng)速率會(huì)進(jìn)一步加快，且銹蝕的速率大幅提高，程度逐步加深。除此以外，在周邊環(huán)境條件的配合作用下，鋼筋銹蝕便擁有了更好的外部條件。

2.6 電化學(xué)銹蝕

若混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間處于濕潤(rùn)的環(huán)境下，亦或是周邊有水的存在，則電化學(xué)銹蝕則可能是導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象的主要原因，若是其中再有氯鹽滲入，則其具體情況也會(huì)在不同程度上發(fā)生相應(yīng)變化。當(dāng)混凝土內(nèi)進(jìn)入氯鹽時(shí)，其會(huì)在鈍化膜上逐漸集中并吸附在一起，這會(huì)使得鋼筋銹蝕的pH值大幅降低。調(diào)查并研究相關(guān)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼筋表面受到酸化作用時(shí)，其pH值會(huì)變小，且呈現(xiàn)出酸性特點(diǎn)。若鋼筋的鈍化膜上有裂縫出現(xiàn)，則氯離子很可能會(huì)隨著縫隙逐漸滲入，長(zhǎng)此以往，鋼筋表面便會(huì)受到愈發(fā)嚴(yán)重的腐蝕作用。除此以外，在氧氣、水等其他環(huán)境因素的干擾與影響下，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上形成的電化學(xué)腐蝕過(guò)程的速度會(huì)大幅提高，進(jìn)而威脅到建筑主體的安全性與穩(wěn)定性。

鋼筋混凝土上存在裂縫，亦或是整體密實(shí)度不足，是導(dǎo)致其容易遭到銹蝕的主要原因。通常情況下，這主要與建筑工程施工建設(shè)質(zhì)量不佳有關(guān)，尤其是在混凝土工程的現(xiàn)場(chǎng)施工階段，由于使用構(gòu)件的品質(zhì)性能不達(dá)標(biāo)，水泥材料的實(shí)際用量過(guò)少，都可能導(dǎo)致混凝土上形成裂縫，進(jìn)而加快鋼筋的銹蝕速度。除此以外，無(wú)論是混凝土振搗不當(dāng)，還是所用混凝土材料的水灰比配合比不合理，都會(huì)在很大程度上影響到鋼筋混凝土最終的澆筑效果，甚至導(dǎo)致出現(xiàn)蜂窩、漏筋、麻面等問(wèn)題，進(jìn)而明顯加重鋼筋受銹蝕影響的程度。

3 建材檢測(cè)中混凝土鋼筋銹蝕檢測(cè)方法

3.1 電化學(xué)檢測(cè)方法

建材檢測(cè)工作中，電化學(xué)檢測(cè)是一種較為常見(jiàn)的技術(shù)方法，也適用于檢測(cè)混凝土鋼筋的銹蝕情況，在實(shí)際進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)的階段內(nèi)，可以按照形式的不同將其分為5種方法：一是恒電流實(shí)驗(yàn)檢測(cè)法;二是鋼筋銹蝕評(píng)估檢測(cè)法;三是交流阻抗檢測(cè)法;四是電阻探針?lè)?五是電阻探頭法。

①恒電流實(shí)驗(yàn)檢測(cè)法。這種檢測(cè)技術(shù)主要依托于相關(guān)的激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)媒介獲取衰減曲線(xiàn)，技術(shù)人員可以分析衰減曲線(xiàn)的特點(diǎn)，對(duì)混凝土鋼筋的真實(shí)銹蝕情況予以評(píng)估和明確，這樣即可了解到結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋是否銹蝕，掌握有關(guān)信息。與其他檢測(cè)方法相比，操作簡(jiǎn)單是恒電流實(shí)驗(yàn)檢測(cè)法的主要特點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，其也會(huì)體現(xiàn)出一些缺陷與不足，例如，激勵(lì)信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)直接影響到衰減曲線(xiàn)的獲取，在相對(duì)較短的檢測(cè)時(shí)間內(nèi)，對(duì)操作人員的技術(shù)水平具有較高要求。速度快、結(jié)果精準(zhǔn)是這種技術(shù)方法的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。

②鋼筋銹蝕評(píng)估檢測(cè)法。在大部分建筑工程施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)，這種檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用也是較為常見(jiàn)的。其主要依托于多元的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)，搭建系統(tǒng)性的數(shù)學(xué)模型，借助于獲取的三元函數(shù)，精準(zhǔn)檢測(cè)并系統(tǒng)分析混凝土鋼筋的銹蝕情況，專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)是此種檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)，能夠獲得可靠性更高、準(zhǔn)確度更高的檢測(cè)結(jié)果[2]。

③交流阻抗檢測(cè)法。現(xiàn)階段，檢測(cè)混凝土鋼筋等重要建材的過(guò)程中，逐步引入了對(duì)這種檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。相比于其他檢測(cè)方法，這種檢測(cè)形式的優(yōu)勢(shì)更為突出，不僅原理簡(jiǎn)單，也易于操作。除了能夠科學(xué)精準(zhǔn)地檢測(cè)到混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的具體銹蝕程度，還可以準(zhǔn)確地掌握有關(guān)鋼筋銹蝕速率的信息數(shù)據(jù)，大幅提高了鋼筋銹蝕檢測(cè)的精度水平。在這種檢測(cè)方法實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，工作人員普遍需要組織開(kāi)展多次重復(fù)的檢測(cè)工作，一定程度上加重了檢測(cè)工作任務(wù)。

④電阻探針?lè)āＷ鳛橐环N方便快捷的物理檢測(cè)手段，電阻探針?lè)ㄔ诨炷龄摻钿P蝕檢測(cè)中的應(yīng)用較為常見(jiàn)，其主要是選用適宜的電阻探針，在確保其與鋼筋材質(zhì)相一致的情況下，將其向混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部予以深入，然后依托于平衡電橋測(cè)量探針的電阻，整合出探針電阻與截面面積間的反比例關(guān)系，對(duì)于檢測(cè)人員來(lái)說(shuō)，只需掌握并獲取電阻變化的具體情況以及整個(gè)過(guò)程，便可以得知鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)遭銹蝕部分深度變化的實(shí)際情況。電阻探針?lè)ǖ牟僮鞣奖悖?jiǎn)單快捷，對(duì)混凝土鋼筋銹蝕情況的檢測(cè)具有較高的準(zhǔn)確性與真實(shí)性。

⑤電阻探頭法。電阻探頭法在混凝土鋼筋銹蝕檢測(cè)中的應(yīng)用具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展歷史，且在建筑產(chǎn)業(yè)的最初發(fā)展階段得到廣泛傳播，其主要是在組織開(kāi)展?jié)仓炷恋氖┕すぷ髑埃瑢⑦x好的探頭預(yù)先埋設(shè)在適宜的位置上，在完成澆筑與振搗等一系列操作作業(yè)后，再對(duì)鋼筋混凝土在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的銹蝕情況進(jìn)行檢測(cè)。通常情況下，若鋼筋遭到銹蝕的程度、位置等較為均勻，則可以在實(shí)際施工過(guò)程中優(yōu)先考慮采用此種檢測(cè)方法，也可以獲得較好的檢測(cè)結(jié)果。但一般情況下，建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象的區(qū)域較為集中，或是面積較小，若將電阻探頭法應(yīng)用到大范圍的腐蝕檢測(cè)工作中，則難以精準(zhǔn)有效地檢測(cè)出具體、真實(shí)的腐蝕情況，這也是限制電阻探頭法在鋼筋銹蝕檢測(cè)工作中適用范圍的主要因素。

3.2 物理檢測(cè)方法

檢測(cè)混凝土鋼筋建材的銹蝕情況，也可以運(yùn)用到物理檢測(cè)技術(shù)，此類(lèi)方法主要分為3種具體形式：一是光纖傳感檢測(cè)法;二是電阻探針檢測(cè)法;三是聲波發(fā)射檢測(cè)法。

①光纖傳感檢測(cè)技術(shù)。這種檢測(cè)技術(shù)較為先進(jìn)，涉及對(duì)光纖傳感器的使用，在相關(guān)檢測(cè)工作的開(kāi)展過(guò)程中，可以對(duì)光纖傳感器自身的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)加以靈活運(yùn)用，發(fā)揮其有效抵抗電磁干擾的作用，獲取精準(zhǔn)可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，進(jìn)而幫助工作人員了解到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋的實(shí)際銹蝕程度。無(wú)論是輕便的質(zhì)量，還是耐高溫性能，都為光線(xiàn)傳感器的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)作業(yè)提供極大的便利條件。與此同時(shí)，相比于其他檢測(cè)方法，這種傳感技術(shù)的功能效用更趨于多樣化，例如，其可以借助于光時(shí)域反射的多點(diǎn)檢測(cè)，將混凝土鋼筋各部分銹蝕的細(xì)節(jié)情況直觀地展現(xiàn)出來(lái)，為檢測(cè)人員提供更詳細(xì)全面的數(shù)據(jù)信息。若想掌握混凝土鋼筋細(xì)節(jié)部分的具體銹蝕狀況，可以通過(guò)分析敏感膜予以深入了解。較高的檢測(cè)效率、較低的費(fèi)用成本，都是光纖傳感檢測(cè)技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，這使得其在施工檢測(cè)作業(yè)中的適用范圍得以進(jìn)一步拓寬（見(jiàn)圖1）[3]。

②電阻探針檢測(cè)技術(shù)。選取與混凝土鋼筋材質(zhì)一樣的電阻探針，然后將其埋入混凝土中，利用電橋原理，測(cè)算埋入探針的電阻值，便可以對(duì)混凝土鋼筋銹蝕情況予以推斷和評(píng)估，這是電阻探針檢測(cè)法的基本原理。在實(shí)際應(yīng)用電阻探針檢測(cè)技術(shù)的階段內(nèi)，往往會(huì)受到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)其他元素的影響，使得探針測(cè)算出的電阻值結(jié)果準(zhǔn)確性不足。與其他檢測(cè)方式相比較，這種技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性較高，不會(huì)造成過(guò)多的成本支出，便于檢測(cè)人員操作。

③聲波發(fā)射檢測(cè)技術(shù)。這種方法主要依靠對(duì)混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力變化的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋銹蝕程度的精準(zhǔn)判斷。在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，當(dāng)鋼筋出現(xiàn)銹蝕狀況時(shí)，會(huì)隨之形成一定的應(yīng)力作用，這也是使得混凝土出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象的主要因素。由鋼筋銹蝕產(chǎn)生的應(yīng)力不僅會(huì)四散，還會(huì)向聲波形式予以轉(zhuǎn)化。檢測(cè)人員通過(guò)檢測(cè)內(nèi)部聲波情況，了解具體的發(fā)出位置，掌握其具體的強(qiáng)度大小，即可對(duì)混凝土鋼筋的銹蝕程度加以評(píng)估。一般情況下，在實(shí)際應(yīng)用這種檢測(cè)方法的過(guò)程中，多會(huì)通過(guò)混凝土裂縫處，檢測(cè)鋼筋銹蝕程度的深淺，進(jìn)而對(duì)形成銹蝕的實(shí)際位置進(jìn)行鎖定（見(jiàn)圖2）。

3.3 鋼筋銹蝕綜合分析法

以混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)的綜合因素為基礎(chǔ)，綜合分析鋼筋銹蝕情況，是綜合分析法的基本概念。通常情況下，其主要關(guān)注于影響混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)的直接因素與間接因素，與其他專(zhuān)業(yè)性的技術(shù)方法相比，這種檢測(cè)方式更依賴(lài)于外部環(huán)境下的主觀判斷，檢測(cè)人員在利用綜合分析法的過(guò)程中，必然需要與以往的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。由此可見(jiàn)，鋼筋銹蝕綜合分析法對(duì)工作人員的素質(zhì)水平、個(gè)人能力以及經(jīng)驗(yàn)是否豐富具有嚴(yán)格要求。在實(shí)際檢測(cè)與判斷混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的具體腐蝕情況時(shí)，應(yīng)對(duì)以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不斷總結(jié)，確保綜合分析結(jié)果的準(zhǔn)確性與科學(xué)性，為后續(xù)的施工工作提供有價(jià)值的參考依據(jù)。將綜合檢測(cè)分析法運(yùn)用到實(shí)際檢測(cè)工作中，還需密切貼合混凝土鋼筋銹蝕情況檢測(cè)工作的規(guī)范要求與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保技術(shù)方法的選用能夠獲取真實(shí)有效的結(jié)果，也為技術(shù)人員對(duì)鋼筋結(jié)構(gòu)實(shí)際銹蝕情況等分析提供便利條件。無(wú)論是選用物理檢測(cè)技術(shù)，還是電化學(xué)檢測(cè)法，均應(yīng)與混凝土工程施工的質(zhì)量要求與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相適宜，契合實(shí)際檢測(cè)工作的技術(shù)條件與實(shí)踐環(huán)境。

4 預(yù)防與控制混凝土鋼筋銹蝕的措施

4.1 把握鋼筋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，選擇適宜的施工技術(shù)

碳和鐵是組成混凝土中鋼筋材料的主要成分，與此同時(shí)，其與其他類(lèi)型的大量元素共存，當(dāng)其共同處于混合物狀態(tài)時(shí)，會(huì)逐漸形成化合物、固溶體等多樣化的混合物，并同時(shí)存在于鋼筋結(jié)構(gòu)中。由于元素在混合體中的占比不同，因此會(huì)逐漸形成各種各樣的缺陷或晶界面，當(dāng)鋼筋遭受腐蝕，或處于銹蝕過(guò)程中時(shí)，鋼材表面的晶界面、不同成分間便會(huì)逐步構(gòu)成不同的電化學(xué)行為，即微電池，陽(yáng)極與陰極間相互連通，從而構(gòu)成并支持著鋼筋的整個(gè)腐蝕過(guò)程。因此可見(jiàn)，在建筑工程施工中，要避免鋼筋結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕或銹蝕現(xiàn)象，還需對(duì)整個(gè)鋼筋混凝土的質(zhì)量情況予以嚴(yán)格把控，選擇適宜有效的技術(shù)工藝，提升建筑混凝土結(jié)構(gòu)的性能水平，降低其出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象的概率。

4.2 避免混凝土鋼筋保護(hù)層遭到破壞

混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)在氣體、環(huán)境等多方面因素的作用下容易出現(xiàn)碳化反應(yīng)，時(shí)間越長(zhǎng)，鋼筋保護(hù)層遭到破壞的程度就越深，要避免鋼筋因氧化膜遭到破損進(jìn)而出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，在實(shí)際施工中還需加強(qiáng)對(duì)鋼筋材料質(zhì)量情況的管理與保護(hù)，做好日常管理工作，營(yíng)造干燥適宜的施工環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

分析檢測(cè)混凝土鋼筋銹蝕情況的方法，不僅可以提高現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)作業(yè)的技術(shù)水平，也是推動(dòng)此類(lèi)檢測(cè)工作規(guī)范化、高效化、精準(zhǔn)化發(fā)展的必要路徑。在組織開(kāi)展檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕情況的過(guò)程中，操作人員需選擇適宜的技術(shù)方法，規(guī)范整個(gè)檢測(cè)流程的操作，確保獲取準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)結(jié)果。

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