混凝土中鋼筋銹蝕的檢測方法及技術(shù)應(yīng)用探討

一、 鋼筋銹蝕機(jī)理

鋼筋混凝土中鋼筋發(fā)生銹蝕主要是電化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。混凝土澆注后，水泥的水化反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)堿環(huán)境，鋼筋會在該環(huán)境中發(fā)生氧化反應(yīng)（又稱鈍化反應(yīng)），從而在鋼筋的外表面產(chǎn)生一層致密的氧化層，就是常說的鈍化膜。完整的鈍化膜能夠?qū)摻詈屯獠凯h(huán)境隔離開來，阻止鋼筋的銹蝕。

當(dāng)混凝土受外力破壞或化學(xué)侵蝕造成鈍化膜局部消失時(shí)，失去保護(hù)的鋼筋在具有氧氣和水的環(huán)境中就會逐漸發(fā)生銹蝕。主要有以下幾種常見的因素：

1、   氯化物

氯化物滲透到鋼筋表面后，C1-的局部酸化作用使鋼筋表面PH值下降，導(dǎo)致鈍化膜的破壞。

2、   酸性環(huán)境

混凝土處于酸性環(huán)境中時(shí)，離子滲透作用會逐漸改變鋼筋周圍的PH環(huán)境，當(dāng)PH值低于10的時(shí)候，鈍化膜被加速破壞，銹蝕發(fā)生。

3、   碳化

混凝土碳化反映是環(huán)境氣體中的二氧化碳向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，當(dāng)混凝土中含有水分時(shí)，產(chǎn)生酸性環(huán)境，造成銹蝕發(fā)生的可能。

4、   應(yīng)力

一般混凝土構(gòu)件都是用來承受壓力、拉力、剪切力等力的作用。當(dāng)應(yīng)力作用使鋼筋表面發(fā)生裂紋，就會導(dǎo)致鈍化膜的破壞，而且鋼筋周圍沒有從新產(chǎn)生鈍化膜的強(qiáng)堿環(huán)境時(shí)，鋼筋失去保護(hù)，會加速鋼筋的銹蝕。

二、  鋼筋銹蝕檢測技術(shù)

長期以來，國內(nèi)外一直都在研究鋼筋銹蝕檢測的方法，目前主要有以下幾種：

1、   電化學(xué)法

電化學(xué)法是根據(jù)鋼筋銹蝕的電化學(xué)特性，通過一定的檢測方法來測定電參數(shù)，總結(jié)不同銹蝕情況下相應(yīng)的規(guī)律，從而確定鋼筋的銹蝕程度或速度。目前該類方法主要有自然電位法、交流阻抗法、線性極化法、混凝土表面電阻率法、恒電量法、電化學(xué)噪聲法等。

1.1    自然電位法

自然電位法是現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的鋼筋銹蝕檢測方法。把鋼筋混凝土作為電極，通過測量鋼筋電極和參考電極的相當(dāng)電勢來判斷鋼筋的銹蝕情況。

自然電位法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單、操作方便。缺點(diǎn)是只能定性的判定鋼筋銹蝕的可能程度，不能定量測量鋼筋銹蝕比例；在混凝土表面有絕緣體覆蓋或不能用水浸潤的情況下不能使用該種方法進(jìn)行測試。

1.2    交流阻抗法

交流阻抗法是對混凝土構(gòu)件施加一個(gè)小的交流信號，通過測量和對比輸入與輸出信號振幅及相位之間的關(guān)系來判斷混凝土電極體系的性質(zhì)。它不僅可以確定出電極的各種電化學(xué)參數(shù)，而且可以確定出電化學(xué)反映的控制步驟。通過交流阻抗譜隨時(shí)間的演變也可以研究電極過程的變化規(guī)律。該方法的缺點(diǎn)是，測量時(shí)間較長，儀器設(shè)備也比較昂貴，對低速率銹蝕體系需要低頻交流信號，測量也有一定的困難；分析方法復(fù)雜，測量的阻抗譜與構(gòu)件的幾何尺寸有關(guān)，不適合現(xiàn)場測試。

1.3    線性極化法

線性極化法以過電位很小時(shí)（<10mV）過電位與極化電流呈線性關(guān)系作為理論依據(jù)。通過向測量區(qū)域施加一個(gè)小電流，測量該電流引起的電位變化，電位變化量與電流之比稱為極化電阻，極化電阻與銹蝕電流成反比。因此測定出極化電阻可以求得極化電流，根據(jù)法拉第定律可以將極化電流轉(zhuǎn)換為鋼筋的損失量。該方法測量方便快捷、測試精度較高。缺點(diǎn)是：現(xiàn)場構(gòu)件的計(jì)算系數(shù)不容易準(zhǔn)確測定；線性極化測量是建立在已知測量范圍的基礎(chǔ)上，由于測量時(shí)輸入信號會發(fā)生側(cè)向擴(kuò)散，很難準(zhǔn)確界定測量范圍的大?。粌x器精度要求很高。

1.4    混凝土表面電阻率法

鋼筋銹蝕發(fā)生時(shí)，會產(chǎn)生電子的遷移，從而在混凝土表面發(fā)生電子分布差異，通過測量混凝土表面的電阻率分布情況判斷鋼筋的銹蝕可能性。該方法受混凝土表面水分含量和化學(xué)成分的影響。

2、   物理法

主要是通過測定與鋼筋銹蝕相關(guān)的電阻、電磁、熱傳導(dǎo)、聲波傳播等物理特性的變化來反映鋼筋的銹蝕狀況。常用方法有電阻棒法、渦流探測法、射線法、聲發(fā)射探測法等。該類方法的優(yōu)點(diǎn)是操作方便，受環(huán)境的影響較小。缺點(diǎn)是容易受到混凝土中其它損傷因素的干擾；而且建立物理測定指標(biāo)和鋼筋銹蝕量之間的對應(yīng)關(guān)系比較困難。物理法目前主要處于理論研究階段，未見用于現(xiàn)場檢測。

三、  半電池自然電位法檢測的優(yōu)點(diǎn)

位于離子環(huán)境中的鋼筋可以視為一個(gè)電極，銹蝕反應(yīng)發(fā)生后，鋼筋電極的電勢發(fā)生變化，電位大小直接反映鋼筋銹蝕情況。*，電池是一個(gè)陰極和一個(gè)陽極構(gòu)成，鋼筋電極只具有電池的一半特征，所以被稱為半電池。在混凝土表面放置一個(gè)電勢恒定的參考電極（硫酸銅電極或氯化銀電極），和鋼筋電極構(gòu)成一個(gè)電池體，就可以通過測定鋼筋電極和參考電極之間的相對電勢差得到鋼筋電極的電位分布情況?？偨Y(jié)電位分布和鋼筋銹蝕間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，就可以通過電位測量結(jié)果判定鋼筋銹蝕情況。

該方法操作簡單、測試速度快，便于連續(xù)測量和長時(shí)間跟蹤，在各國應(yīng)用都比較廣泛，也是目前國內(nèi)使用多的測試方法。

四、  半電池自然電位法的應(yīng)用

依據(jù)GB/T50344-2004《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的電化學(xué)測定方法（自然電位法），北京盛世偉業(yè)研制出的鋼筋銹蝕檢測設(shè)備“SW-3D鋼筋銹蝕檢測儀”，采用極化電極原理，通過銅/硫酸銅參考電極來測量混凝土表面電位，利用通用的自然電位法判定鋼筋銹蝕程度；

該產(chǎn)品具有圖形化測試界面，測量直觀、便捷；自動對測量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，幫助用戶判定等特點(diǎn)。技術(shù)指標(biāo)與國外同類儀器相當(dāng)：測量范圍±1000mv，分辨率1mV。

其主要性能特點(diǎn)如下：

1.        操作簡便，測試結(jié)果以數(shù)字或圖形方式顯示；

2.        測點(diǎn)讀數(shù)快速而穩(wěn)定，電位讀數(shù)變動不超過2mv；

3.        鋼筋銹蝕程度分9級灰度或色彩顯示；

4.        繪制電位等值線圖，等值線差值可設(shè)置（50mv～100mv）；

5.        強(qiáng)大的專業(yè)分析處理軟件，可自動生成檢測報(bào)告初稿。