第五节--结构混凝土中钢筋锈蚀状态的检测(1).ppt

1、第五节混凝土中钢筋的腐蚀与检验在美国，仅由融雪剂引起的钢-混凝土桥梁的腐蚀损失每年就达32.51亿美元，而在英国，由腐蚀引起的钢-混凝土桥梁的年修复费用高达200亿英镑。日本约有21.4座钢-混凝土桥梁被钢筋腐蚀损坏。截至2002年底，仅在中国公路上就有9597座危桥，实际年维修费用为38亿元。有37000多座钢-混凝土铁路桥，其中20座存在钢筋腐蚀问题。钢筋腐蚀的巨大危害和日益严重的情况大大出乎人们的意料！钢筋混凝土结构的腐蚀正引起全世界的关注！1.钢筋腐蚀在混凝土中的危害，钢筋腐蚀已成为混凝土结构耐久性失效的主要因素。1985年，美国各种腐蚀造成的损失达1680亿美元，钢筋腐蚀约占40%；

2、20世纪90年代初，在美国的575，000座钢筋混凝土桥梁中，有1/4是由于钢筋锈蚀而通车的，其中1%(约5，000座)已经关闭，仅维护费用就高达900亿美元。1980年，我国交通部门对华南地区的18个码头进行了调查，发现其中80%以上的码头在不到20年的时间里发生了严重或更严重的钢筋腐蚀破坏；在中国北方，北京西直门的旧立交桥仅运营了18年就被拆除并重建。沈阳市文化路立交桥经过13年的运营，因钢筋锈蚀而严重损坏，哈大高速公路混凝土经过5年的施工，钢筋严重开裂剥落。影响结构寿命的第一个主要因素。1998年，美国国内生产总值为879万亿元，直接经济损失为0.276万亿元，占3.1%。(1)钢筋的腐

3、蚀机理、原电池的反应原理、电池腐蚀的必要条件：1)阴极、阳极和电位差；2)离子通道(电解质)；3)电子路径。强化微孔腐蚀，阳极反应：Fe-2e=Fe(氧化反应)，阴极反应：O22H2O 4e4oh-(还原反应)，综合反应：2fe2o 2H2O=2fe(oh)2(带电流)Fe(oh)2o 2H2OFe(oh)3fe2o 3H2O(生锈)，阴极，化学保护：在高碱性环境中(由于氢氧化钠、氢氧化钾、甲烷等的存在)。在孔隙溶液中，酸碱度大于12.5)，阳极产生的氢氧化铁被氧化形成氢氧化铁(净化膜):氢氧化铁O2-氢氧化铁H2O(致密保护层)、钢筋钝化层、两个临界值：酸碱度=9.88，混凝土的中和导致腐蚀

4、(pH10.5)，由钢筋腐蚀引起的裂缝，混凝土的碳化和钢筋的腐蚀，由氯化物盐(cl-/oh-0.6)引起的钢筋腐蚀，以及cl-在钢筋腐蚀中的作用，氯离子是一种非常强的阳极活性剂。在水泥的浸出液中，即使其酸碱度仍然很高(例如高达13)，只要有浓度为46毫克/升的氯离子，就足以破坏钢筋的钝化膜。Fe22Cl-4H2O-FeCl 2 . 4H2O FeCl 2 . 4H2O-铁(oh)22Cl-2H2O氯离子不构成腐蚀产物，并且不在腐蚀中消耗，但是作为促进腐蚀的中间产物，它将在腐蚀中起催化作用。海水侵蚀、氯离子侵蚀、海水飞溅区混凝土的氯离子侵蚀，飞溅区下部暴露在氯化物中，易变成阳极区，上部溶有较多的

5、氧气，易变成阴极区；飞溅区的混凝土是湿的，并含有渗透的电解质，这使得很容易形成良好的导电路径；飞溅区的干湿循环和海风的风干使氯离子更容易通过毛细作用进入混凝土。钢筋混凝土的腐蚀破坏机理、钢筋锈蚀的膨胀压力和膨胀破坏；(2)钢筋混凝土腐蚀破坏特征、开裂、剥落、混凝土沿钢筋分层、钢筋截面损失：局部腐蚀为主，均匀腐蚀较少。钢筋应力腐蚀断裂：应力腐蚀相互促进的结果。钢筋腐蚀过程分为四个阶段：1)腐蚀潜伏期T0，2)腐蚀发展期1，3)腐蚀损伤期T2，4)腐蚀危险期T3。T0T1T2T3 .(3)钢钡的影响因素开裂造成钢筋预应力损失、开裂、水等离子进入、箱梁开裂、后果、保护层过薄、钢筋腐蚀、混凝土液相酸碱

6、度：pH10、钢筋腐蚀率很小；当酸碱度为4时，钢筋的腐蚀速率急剧增加。不同的水泥品种和矿物掺合料，不同碱度的混凝土，不同的碳化，不同的钢筋保护。粉煤灰可以减少混凝土的氯离子扩散。混凝土、预应力混凝土的l-含量：氯离子总量不超过0.06%(水泥质量)；普通混凝土：氯离子总量不得超过0.10%(水泥质量)。水：200350毫克/升；海砂：小于0.06%；外加剂：防冻剂和早强剂。环境条件：氯盐、湿度、冷热交替、干湿变化。当构件的使用环境非常干燥(湿度40%)或完全处于水中时，钢筋的腐蚀非常缓慢，几乎不会发生。(4)钢筋腐蚀的预防措施，混凝土表面处理钢筋涂层的电化学保护方法，1)混凝土表面处理，普通水

7、泥砂浆层：520毫米厚，减缓碳化，用于轻、弱侵蚀环境；在聚合物改性水泥砂浆层中，聚合物以乳液的形式加入水泥砂浆中，提高砂浆层的密实度和附着力；主要类型有：丙烯酸乳液、己烯树脂和环氧树脂乳液；主要用于盐环境下的：海洋、盐碱地、冰盐推广工程。表面渗透防水涂料是在混凝土表面涂有渗透涂层材料。这些渗透的物质可以与混凝土成分发生化学反应，堵塞孔隙，或者聚合形成连续的疏水膜；典型代表应该属于有机硅材料，如烷基烷氧基硅烷等。防水、透气，用于防止混凝土在轻度腐蚀环境中“老化”，如碳化和中和。表面涂层沥青和煤焦油：用于地下工程，具有良好的防水防腐性能，价格低廉。油漆：耐碱性和弹性。一般来说，它不能建造在潮湿的基

8、础上，这是容易老化和不耐用的。防水涂料：能有效防止水和蒸汽进入混凝土，防止和减缓钢筋混凝土的腐蚀。树脂涂料：环氧树脂、己烯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯等。可用作混凝土的表面涂层。环氧树脂基涂料具有更好的防护性能和耐久性，可用于严重的腐蚀环境。2)缓蚀剂是一种能够抑制或减少混凝土中钢筋腐蚀的添加剂。它可分为三类：阳极型防锈剂、阴极型防锈剂和综合型防锈剂。最常用的阳极类型：它主要作用于阳极区域，提高钝化膜对氯离子的渗透性，抑制阳极过程对钢材的腐蚀。氧化，如亚硝酸盐、铬酸盐、硼酸盐等。氧化铁的破坏-NO2-氧化铁NOCL-与亚硝酸盐的成膜共存。当NO2-的量大于氯离子的量时，可以防止钢筋的腐蚀。阴极型：

9、主要作用于阴极区，其主要机理是这些物质大部分是表面活性物质，它们选择性吸附在阴极区形成吸附膜，从而阻止或减缓电化学反应的阴极过程。钢棒涂层(环氧树脂涂层钢棒):钢棒涂有粘性环氧涂层，该涂层与钢棒紧密结合，防止阳极反应。环氧涂层钢筋的研究起源于美国。联邦高速公路(FHWA)在20世纪70年代初开始开发环氧涂层钢筋。1973年首次应用于桥面，其应用范围不断扩大，并制定了相关标准。随后，其他国家和地区也在开发和应用环氧涂层钢筋技术。在海洋环境中，使用防冰盐等强腐蚀条件下，使用环氧涂层钢筋是推荐的措施之一，其中一些是首选。主要技术特征：涂料生产：环氧涂层钢筋在工厂采用静电粉末喷涂。它能保证涂层与基体增

10、强体之间良好的附着力，良好的抗拉和抗弯性能，在90弯曲时无裂纹，这是其它涂层难以达到的。环氧涂层钢筋与混凝土之间的结合力最小由于环氧树脂粉末涂料具有较高的化学稳定性和耐腐蚀性，膜层具有不渗透性，可防止水、氧和氯盐等腐蚀介质与钢筋接触；弹性和摩擦阻力都很好。近年来，中国建设部也制定了环氧涂层钢筋的产品标准，并开始有一些工程应用实例。使用时，应注意问题：以确保钢筋表面环氧涂层的完整性，无孔洞、损伤或太薄的薄膜；在运输、装卸过程中，应保证钢筋表面的环氧涂层最大限度不被碰伤或划伤；施工过程中，人员和机械不得碰撞、划伤或损坏钢筋表面的环氧涂层。环氧涂层钢筋的价格比普通钢筋更贵。在国外，增加的成本可能占项

11、目总成本的1%和2%。电化学保护法：根据腐蚀电池的原理，钢条被强制变成原电池的阴极，并被保护免受腐蚀。混凝土中钢筋阴极保护示意图(一)外加电流法；牺牲阳极法1-混凝土；2-钢筋(阴极)；3-铸铁阳极；4- DC电源；5-水；6-镁阳极，使用中应注意的问题：结构阴极保护措施的先决条件是混凝土中的所有钢筋必须电气连接，否则将导致“杂散电流”腐蚀。电解液在大气环境中的导电性：导电涂层。施工中严格避免阴极和阳极短路和开路。在整个使用期间，所有设备都应得到维护并保证正常工作。直接修复法清除受损混凝土或锈蚀钢筋，钢筋表面除锈，防锈；通过表面处理进行除尘和加湿：新混凝土层的修补：普通水泥或聚合物混凝土。(5

12、)钢筋腐蚀补救措施中的主要问题是：无法清除侵入钢筋混凝土深度的氯离子；施工工艺复杂，新老混凝土粘结力差。在外加电场的作用下，电化学除氯防锈法：是一种将钢筋混凝土中的氯盐释放出来，使钢筋再次钝化的混凝土结构无损修复技术，自20世纪90年代以来，已在北美、英国、德国、瑞士、日本和中东等20多个国家和地区得到应用，总应用面积约20万平方米。其他阴离子如羟基-、SO42-、NO2-(如使用Ca2(NO2)2作为缓蚀剂时)也同时排出，这可能导致一些CSH和硫铝酸盐水化产物的分解，从而导致混凝土内部孔隙结构的粗化；同时，大量富含钠、钙、铁和钙的水化产物聚集在钢筋与混凝土的界面上，可能导致或加速碱-集料反应

13、的破坏。在外加电场的作用下，混凝土中钢筋的阴极极化反应产生大量氢气，可能导致钢筋的抗拉强度和延性降低，并发生“氢致脆性断裂”。(6)混凝土钢筋腐蚀检测技术，直接测量法：损伤检测法分析推测法：基于材料、环境和荷载综合因素的分析无损检测法：电化学法、物理法等。半电池电位通过测量硫酸铜参比电极和钢筋混凝土电极之间的电位差，可以确定钢筋的腐蚀状态。测量钢筋不同部位的电极电位，电位差越大，腐蚀速度越快。测试仪器、测量技术要点、测量面积和位置：测量面积不应大于5m，测量点应划分成网格，网格大小为100mm100mm500mm500mm，网格节点为潜在测量点，每种情况下的测量面积不应少于3个；测量区域内的测

14、点数量不应少于20个，测点与构件边缘的距离应大于5半电池测试仪的另一端与混凝土表面接触：测点处的混凝土表面应平整、干净、无涂层、浮浆、污垢或灰尘等。试验区域的混凝土应提前充分浸泡，以确保电气连接垫和混凝土表面之间的良好耦合，并且在试验期间混凝土应保持湿润。测量技术点、钢筋切割、电位测试、测量技术点、测量点电位应进行测试，电位读数的变化不得超过2mV，同一测量点和同一参比电极的重复读数之差不得超过10mV。同一测量点和不同参比电极的重复读数之差不得超过20毫伏。应避免各种外部因素造成的电流影响，当环境温度超过(225)时，应记录环境温度，并作如下温度修正。根据公路桥梁承载力检验评定规则(JTGT

15、J21-2011)，采用关键点和电化学方法来判断腐蚀的概率，而不是腐蚀的实际状态。电化学方法用于测量腐蚀电位。一方面，测量中有许多影响因素，另一方面，腐蚀电位不是唯一的表征因素。应采用其他方法和因素进行综合分析，并用凿子法进行验证。电化学方法用于测量生锈状态的概率，但不能判断生锈速度或生锈率。锈蚀率可以反映锈蚀后的有效截面积，锈蚀速度可以反映锈蚀后的使用寿命。案例分析：北京二环路西北角西直门立交桥旧桥现象西直门立交桥旧桥于1978年12月开工，1980年12月竣工。经过一段时间的使用，桥梁的混凝土部分出现了不同程度的裂缝。1999年3月，由于各种原因，一些旧桥被拆除和重建。测试旧桥东南引桥桥面

16、和桥基中的K2O 3含量。氯离子浓度呈明显的梯度分布，表面氯离子浓度分别为0.150.094和0.15。离地表1cm处氯离子浓度急剧增加，分别为0.300.18和0.78。Cl-浓度在12厘米处达到最高值，然后随着与表面距离的增加而降低到0.1左右。混凝土的粗骨料和细骨料都含有一定量的活性成分，这可能导致碱骨料。Na2O的碱含量为0.3%和3.6kg/m3，可形成碱集料反应的条件。冬季和夏季的气候变化。20世纪80年代北京每年除冰盐用量为400600吨，主要用于长安街和城市立交桥。西直门立交桥旧桥混凝土中氯离子主要来源于融雪剂氯化钠。混凝土表面的氯含量低于离表面12厘米处的氯含量，这是由于表面被雨水冲走，一些氯溶于雨水中而流失。当氯离子超过最大限值时，会破坏钢筋的钝化膜，腐蚀钢筋，腐蚀产物体积膨胀，导致钢筋开裂和保护膜脱落。混凝土的粗骨料和细骨料都含有一定量的活性成分，这可能导致碱骨料。北京北四环路建设桥防撞墩修复实例盐冻融。建新桥是北京北四环换乘路上的一座大桥。该桥自使用以来，受到汽车尾气中二氧化硫等有害气体和冬季融雪用融雪盐中氯离子等大量有害离子的侵蚀，导致大量钢筋腐蚀和防撞墩保护层开裂。一、材料、钢防护剂