混凝土鋼筋銹蝕原因及檢測分析

鄭世杰

健研檢測集團有限公司 福建廈門 361101

鋼筋混凝土因其抗壓強度較高、耐久實用、整體性好等優點被應用在土木建設、港口工程與橋梁工程施工。但是鋼筋混凝土也擁有抗裂性不足、自重力較大和鋼筋銹蝕等缺陷，通常會對建筑結構穩固性形成危害，從而產生非常大的經濟損失。因此，施工部門需要高度重視鋼筋混凝土的結構安全性和結構耐久性，及時進行維修和加固，確保鋼筋混凝土不會出現質量問題[1]。

1 鋼筋銹蝕的機理

一般來說，鋼筋的銹蝕從本質上說是鋼筋與周圍環境或介質發生的化學或電化學作用而引起的破壞，鋼筋銹蝕會使鋼筋截面積減小，銹蝕后會形成或大或小的蝕坑或銹斑，從而引起應力過于集中，使結構失效加快。鋼筋銹蝕所生成的鐵銹會膨脹，造成混凝土出現膨脹裂紋，嚴重的會造成鋼筋與混凝土之間黏結力喪失，而加重結構破壞。根據被銹蝕原理的不同，可以將鋼筋銹蝕分成化學銹蝕和電化學銹蝕兩種類型。

鋼筋的化學銹蝕是指鋼筋與非電解質之間通過直接接觸發生的化學反應，該反應屬于氧化還原過程。例如鋼材在干燥環境中能直接被氧化形成鐵的氧化物，化學銹蝕速度較慢。當鋼材處于潮濕環境或有鹽溶液存在的情況下時，此時則發生電化學銹蝕，電化學銹蝕被認為是鋼材銹蝕的最主要的一種形式。電化學銹蝕的原理是鋼筋與電解質作為兩個電極，組成銹蝕原電池，通過電子傳遞完成電化學反應使鋼筋銹蝕。根據銹蝕電池構成的形式不同，又分為組分電池與濃差電池。組分電池是兩類活性不同的金屬組成，濃差電池是混合物中溶解離子的濃度差不同而形成的電池[2]。

2 混凝土鋼筋銹蝕檢測

2.1 電化學檢測

電化學檢測為混凝土鋼筋銹蝕檢測的常用方式，本文主要介紹兩種基于電化學原理的無損檢測技術。

2.1.1 混凝土電阻率檢測法

混凝土電阻率檢測法的原理為：水泥漿空隙液內，離子流動過程會發生電解，即混凝土所具備的導電性。電阻率檢測通過2 電極完成，其中1 個電極為鋼筋構件，檢測過程進行外部加壓，獲取實時電流參數，可計算混凝土電阻。依照操作方式不同，可將混凝土電阻率檢測法分為四探針法、兩級法、圓盤法等。以四探針法為例，若檢測出的混凝土電阻率＞20Ω·m，可判斷為低速率銹蝕；若電阻率在10-20Ω·m，可判斷為中、低速率銹蝕；若電阻率在5-10Ω·m，可判斷為高速率銹蝕；若電阻率低于5Ω·m，說明鋼筋銹蝕速率已非常高。混凝土電阻率檢測方法雖然具備操作簡單、適用范圍廣等優勢，但其檢測過程易受到周圍環境的干擾，獲得的數據離散性較強，可將其與其他檢測技術結合使用。

2.1.2 半電池檢測法

半電池檢測法可對鋼筋銹蝕程度做量化分析，在目前的建筑混凝土質量檢測中被頻繁應用，且已經構建起相對成熟的檢測標準。半電池檢測系統內設置2 個電極，測量電極間電位差即可對鋼筋銹蝕程度做分析評價。該檢測方法的主要工具有恒電位參比電極、連接線、高輸入電阻伏特表等。

現階段，半電池檢測法主要遵循兩類檢測標準。一是中國國家標準化管理委員會頒布的《全釩液流電池系統測試方法》GB/T33339-2016：若結果＞-200mV，銹蝕概率為5%；若結果在-200--350mV 之間，銹蝕概率為50%；若結果＜-350，銹蝕概率在90%。二是國家能源局頒布的《全釩液流電池電極測試方法》NB/T42082-2016：若結果＞-250mV，判定為未銹蝕；若結果在-200--400mV 之間，判定為可能銹蝕；若結果＜-400mV，判定為銹蝕。半電池檢測法檢測過程不破壞原本的混凝土結構，且鋼筋銹蝕程度可被量化觀測，但該檢測方法僅可確定鋼筋銹蝕位置，為無法得到鋼筋銹蝕速率信息[3]。

2.2 物理檢測

2.2.1 射線檢測法

射線檢測為一類常用的混凝土鋼筋銹蝕檢測技術，其通過拍攝混凝土內部鋼筋構件的X 或γ 射線圖像，以直觀觀測鋼筋銹蝕情況。實際檢測中多將該技術與紅外熱象法結合應用，采集混凝土表面溫度信息，以判斷鋼筋構件銹蝕的具體位置。射線檢測最大的缺陷在于檢測過程可能對操作人員人身健康造成威脅，隨著檢測技術的研究創新，該技術在實際工作中的應用比例也越來越低。

2.2.2 聲發射檢測法

聲發射檢測法為一種新型的混凝土鋼筋銹蝕無損檢測技術。聲發射原本為一種常見的物理現象，建筑混凝土結構使用過程中，受復雜因素的影響，材料內部被破壞并釋放出帶有能量的彈性波，該彈性波傳遞至材料表面引發表面位移。使用專門的聲發射探頭，可準確監測該過程產生的機械振動，并將其轉化為電信號，通過放大處理后記錄為可被直接觀測的檢測結果。

采用聲發射檢測法，可動態化監測混凝土材料變化，準確找出材料內部質量缺陷及能量釋放信號，進而在短時間內準確定位質量缺陷發生位置。

2.3 檢測案例

某框架剪力墻結構建筑層數14，現已使用12 年，結構檢測中發現其地下室剪力墻柱結構發生嚴重的混凝土開裂、鋼筋構件銹蝕問題，對銹蝕原因做深入分析。建筑仍在試用期年內，且使用環境無異常，因此可基本排除以上兩項因素對鋼筋銹蝕的影響。進行混凝土強度檢測，銹脹開裂結構的混凝土強度在39.8MPa，未發生銹蝕位置的強度在42.1MPa，二者差距不大，可排除混凝土密實度引發銹蝕的原因。另外，氯離子含量檢測結果在0.083%＜0.15%，也符合要求。經綜合分析，認為鋼筋銹蝕的原因為構件質量缺陷，長期受外部環境影響導致混凝土碳化，引發開裂及銹蝕問題。

3 結語

混凝土材料因堅固耐用、可塑性強、造價低廉等優勢在現代建筑體系內被廣泛應用，鋼筋作為混凝土結構建筑的核心構成部分，若其在使用過程中發生銹蝕必然會給建筑安全造成不利影響，需要對鋼筋銹蝕原因及檢測技術做分析總結。