水工混凝土中鋼筋銹蝕檢測技術(shù)及應(yīng)用

水工混凝土中鋼筋銹蝕檢測技術(shù)及應(yīng)用
摘要：水工混凝土中鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一個重要問題，也是水工建筑物安全鑒定過程中經(jīng)常遇到的問題。結(jié)合工程結(jié)構(gòu)安全檢測實踐，介紹了運(yùn)用半電池電位法對水工混凝土中鋼筋銹蝕進(jìn)行檢測的原理、方法、評價準(zhǔn)則及應(yīng)用效果，并對提高混凝土中鋼筋銹蝕檢測的可靠性進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)半電池電位法鋼筋銹蝕評價準(zhǔn)則可靠性
1　鋼筋銹蝕對結(jié)構(gòu)的影響
　　水工混凝土中鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一個重要問題，也是水工建筑物安全鑒定過程中經(jīng)常遇到的問題。多年來，許多水利工程由于耐久性不良引起的工程損壞事例不斷發(fā)生，由此帶來的工程損失和處理費(fèi)用也迅速增加，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失已不可忽視。在水工建筑物安全鑒定過程中，常遇到大壩、水閘、渡槽、橋梁等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因鋼筋銹蝕引起的混凝土膨脹開裂，混凝土保護(hù)層脫落的現(xiàn)象很多，使得結(jié)構(gòu)承載力下降，有些危及安全，必須引起高度重視。
　　鋼筋銹蝕對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能的影響主要體現(xiàn)在三方面。其一，鋼筋銹蝕直接使鋼筋截面減小，從而使鋼筋的承載力下降，極限延伸率減少；其二，鋼筋銹蝕產(chǎn)生的體積比銹蝕前的體積大得多（一般可達(dá)2～3倍），體積膨脹壓力使鋼筋外圍混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，發(fā)生順筋開裂，使結(jié)構(gòu)耐久性降低；其三，鋼筋銹蝕使鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力下降。因此，鋼筋銹蝕對結(jié)構(gòu)的承載力和適用性都造成了嚴(yán)重影響，由此帶來的維修與加固費(fèi)用也是相當(dāng)昂貴的。為此，結(jié)合水工建筑物安全檢測實踐，開展了水工混凝土中鋼筋銹蝕檢測技術(shù)及應(yīng)用研究，目的是為水工建筑物的安全評價提供科學(xué)的依據(jù)。
2　檢測原理及方法
　　2.1　檢測原理
　　關(guān)于混凝土中鋼筋銹蝕狀態(tài)的無損檢測，目前，國內(nèi)外只能進(jìn)行定性測量，常用的方法是半電池電位法。鋼筋在混凝土中銹蝕是一種電化學(xué)過程。此時，在鋼筋表面形成陽極區(qū)和陰極區(qū)。在這些具有不同電位的區(qū)域之間，混凝土的內(nèi)部將產(chǎn)生電流。鋼筋和混凝土的電學(xué)活性可以看作是半個弱電池組，鋼的作用是一個電極，而混凝土是電解質(zhì)，這就是半電池電位檢測法的名稱來由。
　　半電池電位法是利用“Cu＋CuSO4飽和溶液”形成的半電池與“鋼筋＋混凝土”形成為半電池構(gòu)成一個全電池系統(tǒng)。由于“Cu＋CuSO4飽和溶液”的電位值相對恒定，而混凝土中鋼筋因銹蝕產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)將引起全電池的變化。因此，電位值可以評估鋼筋銹蝕狀態(tài)。
　　2.2　檢測方法
　　檢測前，首先配制Cu＋CuSO4飽和溶液。半電池電位法的原理要求混凝土成為電解質(zhì)，因此必須對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行預(yù)先潤濕。采用95ml家用液體清潔劑加上19L飲用水充分混合構(gòu)成的液體潤濕海綿和混凝土結(jié)構(gòu)表面。檢測時，保持混凝土濕潤，但表面不存有自由水。
　　將CANIN鋼筋銹蝕測定儀的一端與混凝土表面接觸，另一端與鋼筋相連，當(dāng)鋼筋露出結(jié)構(gòu)以外時，可以方便地直接連接。否則，需要首先利用鋼筋定位儀的無損檢測方法確定一根鋼筋的位置，然后鑿除鋼筋保護(hù)層部分的混凝土，使鋼筋外露，再進(jìn)行連接。連接時要求打磨鋼筋表面，除去銹斑。根據(jù)半電池電位法的測試原理，為了保證電路閉合以及鋼筋的電阻足夠小，測試前應(yīng)該使用電壓表檢查測試區(qū)內(nèi)任意兩根鋼筋之間的電阻小于1.
　　檢測時，根據(jù)用鋼筋定位儀測定的鋼筋分布確定測線及測點(diǎn)，測點(diǎn)的間距為10～20cm.用CANIN鋼筋銹蝕測定儀逐個讀取每條測線上各測點(diǎn)的電位值，在至少觀察5min時，電位讀數(shù)保持穩(wěn)定浮動不超過±0.02V時，即認(rèn)為電位穩(wěn)定，可以記錄測點(diǎn)電位。
3　評價準(zhǔn)則
　　根據(jù)美國標(biāo)準(zhǔn)《混凝土中鋼筋的半電池電位實驗標(biāo)準(zhǔn)》（ANSI／ASMC76－80）和交通部公路研究院、中國建筑科學(xué)研究院等單位的研究成果以及大量的現(xiàn)場直觀檢查驗證情況，混凝土中鋼筋銹蝕狀態(tài)判據(jù)如下：
　　（1）電位＞－150mV時，鋼筋狀態(tài)完好。
4　應(yīng)用實例
　　幾年來，在水利工程結(jié)構(gòu)安全無損檢測中，應(yīng)用CANIN鋼筋銹蝕測定儀分別對華新套閘、新港水閘、前衛(wèi)水閘、創(chuàng)建水閘、朱泖河套閘、大浦閘、小礫山排灌站等工程混凝土中鋼筋銹蝕狀態(tài)進(jìn)行了無損檢測?，F(xiàn)將混凝土中鋼筋銹蝕所處狀態(tài)幾種典型的檢測結(jié)果分別介紹如下。
　　4.1　處于完好狀態(tài)的鋼筋
　　朱泖河套閘下閘首左中墩上游面混凝土鋼筋銹蝕電位測試結(jié)果見表1.在檢測結(jié)構(gòu)表面抽檢了28個測點(diǎn)，電位范圍－22mV～－136mV，平均電位－65.9mV，鋼筋處于完好狀態(tài)。測試后對某一檢測點(diǎn)進(jìn)行了鑿除對比檢查，檢查結(jié)果為鋼筋狀態(tài)完好，未銹蝕。
　　4.2　處于局部銹蝕、全面銹蝕狀態(tài)的鋼筋
　　華新套閘上閘首左下游門槽下游面混凝土鋼筋銹蝕電位測試結(jié)果見表2.在檢測結(jié)構(gòu)表面抽檢了27個測點(diǎn)，電位范圍－150mV～－257mV，平均電位－195mV，鋼筋基本處于局部銹蝕狀態(tài)，部分處于全部銹蝕狀態(tài)。測試結(jié)果與現(xiàn)場實測的混凝土碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度變化規(guī)律基本一致，即混凝土碳化深度越深，鋼筋保護(hù)層厚度越薄，則混凝土鋼筋銹蝕電位負(fù)值越大。
　　4.3處于全面銹蝕、嚴(yán)重銹蝕狀態(tài)的鋼筋
　　新港水閘右橋面板底部下游側(cè)混凝土鋼筋銹蝕電位測試結(jié)果見表3.在檢測結(jié)構(gòu)表面抽檢了21個測點(diǎn)，電位范圍－202mV～－335mV，平均電位－259.3mV，鋼筋基本處于全面銹蝕狀態(tài)，局部處于嚴(yán)重銹蝕狀態(tài)。在鋼筋處于嚴(yán)重銹蝕狀態(tài)的地方混凝土表面疏松開裂，混凝土保護(hù)層很容易地剝落，打開混凝土保護(hù)層，里面鋼筋銹蝕十分嚴(yán)重，鋼筋銹蝕層較厚且容易剝落，經(jīng)測量計算鋼筋的有效截面積只為原始截面積的60％左右，將嚴(yán)重地危及結(jié)構(gòu)的安全。
5　幾點(diǎn)討論
　　半電池電位法在檢測水工混凝土鋼筋銹蝕狀態(tài)已獲得了廣泛的應(yīng)用，但要運(yùn)用該方法很好地解決工程中的實際問題，還必須努力提高半電池電位法檢測混凝土鋼筋銹蝕狀態(tài)的可靠性。結(jié)合工程安全檢測實踐作幾點(diǎn)探討。
　　（1）半電池電位法檢測混凝土鋼筋銹蝕狀態(tài)時，檢測的結(jié)構(gòu)，半電池電位才會隨著潤濕程度逐漸穩(wěn)定下來。為了加強(qiáng)潤濕劑的滲透效果，縮短潤濕結(jié)構(gòu)所需要的時間，采用少量家用液體清潔劑加飲用水的混合液潤濕結(jié)構(gòu)效果較好，僅需約15min時間就可以達(dá)到電位穩(wěn)定。
　?。?）應(yīng)結(jié)合工程安全檢測，開展對比檢查分析。將鋼筋銹蝕狀態(tài)檢測結(jié)果與混凝土碳化深度檢測及鋼筋保護(hù)層厚度檢測結(jié)果進(jìn)行對比分析，從中找出相關(guān)關(guān)系。同時對少量測點(diǎn)鑿除對比檢查，積累經(jīng)驗，從而提高評價鋼筋銹蝕狀態(tài)的可靠性。