冬期施工高层结构混凝土中钢筋锈蚀分析.pdf
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1、11 l 8 建 筑 技 术 Ar c hi t e c t ur e Te c hn o l o g y 第 4 1 卷第 1 2期 2 0 1 0 年 1 2月 V0 1 41 No 1 2 De c 2 01 0 冬期施工高层结构混凝土中钢筋锈蚀分析 巴松涛,徐 勃,李建民,徐宏峰 ( 河南省建筑科学研究院 , 4 5 0 0 5 3 ,郑州 I) 摘要 : 对冬 期施 工中掺 用氯盐 类防冻 剂 的某 高层 混凝土 结构 , 分析其 钢筋锈 蚀 的主因是掺 用氯 盐 类防冻剂不当, 氯离子含量超过限值所致 ; 次因则是干湿循环 、 雨水浇淋及覆雪结冰 、 酸雨、 冻融循环、 施 工质量
2、缺陷等因素的加剧作用。对混凝土耐久性的评价, 应是基于相关因素的综合评价 。为保持结构混 凝土的耐久性 在设计条件满足的同时, 施工质量的严格控制显得尤为重要。 关键词: 冬期施工; 防冻剂; 钢筋锈蚀 中图分 类号 : T U 5 0 3 文献标 志码 : A 文章 编号 : 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 0 ) 1 2 1 1 1 8 0 5 CORRoS I ON ANALYS I S 0F REBAR I N CONCRETE OF TALL BUI LDI NG DI 7 RI NG W I NTER CoNSTRI CT1 0N B A So n g t a o,
3、XU B o ,L i J i a n -mi n ,XU Ho n g - f e n g ( He n a n P r o v i n c i a l Ac a d e m y o f B u i l d i n g R e s e a r c h , 4 5 0 0 5 3 , Z h e n g z h o u ,C h i n a ) Abs t r a c t : Th e ma i n r e a s o n o f r e b a r C O I T O S i o n i n c o nc r e t e wi t h t h e c h l o r i ne s a l t
4、 a n t i f r e e z e o f a c e r t a i n t a l l b u i l d i n g d u r i n g wi n t e r c o n s t r u c t i o n , t h a t i s ,i mp r o p e r l l s e t h e c h l o r i n e s a h a n t i f r e e z e a n d e x c e s s i v e c h l o r i d e i o n c o n t e nt i n c o n c r e t e An d t he mi n o r r e
5、a s o n i S t ha t a c c e l e r a t e e f f e c t i s br o u g h t by s o n l e f a c t o r s a s f o l l o ws ,d r y d a mp a l t e r na t i o n ,r a i n wa t e r ,c o v e r s n o w& i c e o v e r ,a c i d r a i n ,f r e e z e t ha w a l t e r n a t i o n ,c o n s t ruc t i o n q u a l i t y d i s
6、 f i g u r e me n t a n d S O o n T h e r e f o r e ,a c o mp o s i t i v e o p i n i o n s h o u l d b e d e a l t wi f h c o r r e l a t i v e f a c t o r s f o r du r a b i l i t y o f c o nc r e t e s t ruc t u r e I n o r d e r t o h o l d d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e s t ru c t u r
7、e , s t r i c t c o n t r o l c o ns t r u c t i o n q u a l i t y l o o k s e s p e c i a l l y i mp o r t a n c e wh i l e t h e d e s i g n c o n d i t i o n i s s a t i s f i e d Ke v W O r ds :wi n t e r c o n s t ru c t i o n;a n t i f r e e z e ;r e b a r c o rro s i o n 某 工程 原 设计建 筑 面积 为 1 5
8、 2 9 7 3 3 m ( 含裙 房 ) , 框架剪力墙结构, 地下1 层 , 地上1 5 层 , 筏形基础 , 建筑 抗震设防烈度为7 度,混凝土抗压强度设计等级为: 基 础底板 、 墙 、 柱 、 板及标高在2 3 8 2 0m( 7 层顶 ) 以下 的 梁、 板 、 柱均为C 3 5 ; 标高在2 3 8 2 0 m以上的梁、 板、 柱均 为C 3 0 ; 过粱 、 构造柱 、 压顶粱 、 圈梁 为C 2 0 。设计及施 工 日期为上 世纪 9 0 年代 中期 。 结构主体 完 工后 停工 , 裙房 尚未施工 , 已建建筑面积为1 4 9 9 3 6 m 。 。该工程无监理 单位 实施
9、监理 。 1 续建时结构质量状况 停 工1 0 年后 , 本工程恢复 续建 , 续 建 前对 结构 质量 状况进行 了调查 。 ( 1 )调查发现 , 本工程地下室、 一层、 十二层、 十三 层及十四层混凝土构件均出现不同程度的沿主筋方向 的裂缝 、 保护层胀裂、 保护层局部脱落及钢筋锈蚀等现 收稿日期 : 2 0 1 0 0 8 1 7 基金项目: 国家科技支撑计 lJ ( 2 0 0 6 B A J 0 3 A1 0 1 河 南省重大公益性科研 项 目( 8 1 1 0 9 1 2 6 0 0 ) 作者简介 : 巴g ( 1 9 6 8 一 ) , 男 , 回族 , 河 南郑州人 , 教授
10、级 高工 , 博 士 , e ma i l : b a s o n g t a o 1 6 3 c o rn 象。从局部分布看, 以结构构件过雨水 、 冰雪部分最为 严重 ; 从楼层分布看 , 以地下室和十三层最为严重。这 种构件 多数表现 为沿主筋方 向的混凝土保护层胀裂 , 敲击有空鼓声 ,剔除保护层后发现构件主筋及箍筋均 出现锈蚀现象 且部分构件钢筋锈蚀严重。 混凝土表面 蜂窝 、 露筋现象严重的构件 , 钢筋严重锈蚀; 混凝土保 护层厚度过小的构件 , 钢筋锈蚀。图1 为地下室某剪力 墙 , 其保护层混凝土胀裂, 钢筋严重锈蚀; 图2 为一层某 柱 , 其混凝土保护层厚度过小 , 箍筋
11、外露 , 主筋锈蚀 ; 图 3 为十三层某梁 其表面呈现锈斑 , 混凝土保护层厚度 过小 , 沿主筋方向裂缝 , 主筋严重锈蚀。 图1 地下室剪力墙钢筋锈蚀情况 2 0 1 0年 l 2月 巴松涛 , 等 : 冬期施工高层结构混凝土中钢筋锈蚀分析 l l 1 9 图 2 一层柱钢筋锈 蚀情况 图3 十三层 梁钢筋锈蚀情况 ( 2 )抽检地下室及上部主体结构剪力墙 、 柱 、 粱 、 板等混凝土构件5 4 1 个 , 地下室 少数柱 、 墙的混凝土强 度检测推定值低于设计强度等级C 3 5 的标准值 ,最小 值为3 2 MP a ;一层构件混凝土强度检测推定值的最小 值为3 6 MP a :十二
12、层构件混凝土强度检测推定值的最 小值为3 1 MP a ;十三层构件混凝土强度检测推定值的 最小值为3 3 MP a : 十四层有少数柱、 墙 的混凝土强度检 测推定值低 于设计强度等级C 2 0 的标准值 ,最小值为 1 8 MP a , 多数的柱 、 少数的墙和梁混凝土强度检测推定 值 大 于3 0 MP a ,板 混 凝土 强 度检 测 推定 值 均 大 于 3 5 MP a ; 其他均满足设计要求。 ( 3 )基础筏板混凝土芯样抗压强度实测值满足设 计 要求 。 ( 4 )抽查混凝土结构构件的构造连接 , 未发现异 常现象。 ( 5 )剪力墙 、 柱 、 梁 、 板等混凝土构件的结构尺
13、寸 抽查结果表明满足设计要求。 ( 6 )本 工 程 结 构 平 面 与 原 设 计 图 纸 存 在 差 别 , 所抽检 的混凝土构件钢 筋布 置与原设计图纸也存在 差别 。 ( 7 )调查施工 目志发现 , 本工程地下室 、 一层 、 十 二层 、 十三层及十四层的局部施工时适逢冬季 , 现场搅 拌的混凝土中掺用了防冻剂 。 2 钢筋锈蚀原 因 2 1氯 离子含 量超 限是本 工程 钢筋锈 蚀 的主 因 混 凝土 中钢 筋锈蚀 的原 因有 两种 ,一种 由混凝 土 碳 化 引起 ,其机理 是空 气 中的二 氧化碳 通过 混 凝土 孔 隙或裂纹渗入 , 与其中溶解的碱性物质起化学反应 , 从
14、而导致混凝ip H 值降低至一定值以下 , 使钢筋钝化膜 破损 以致钢 筋锈 蚀 ; 另一种 是氯 离子侵 蚀 , 机 理是 混凝 土孔 隙或裂 纹 中的氯 离子含 量超 过临界 值后 ,钢 筋钝 化膜发生局部破坏 , 构成了一个电化学过程的小阳极 , 而 未发 生破坏 的钢 筋钝 化膜部 分 ,构成 了这个 电化 学 过程的大阴极 , 这样的锈蚀电池 , 会使钢筋锈蚀加重。 本工程出现不同程度的沿主筋方向的裂缝 、保护 层混凝土的胀裂与局部脱落 、钢筋锈蚀等现象的混凝 土构件 , 分布在地下室 、 一层 、 十二层 、 十三层及十四 层 , 其中以地下室和十三层最为严重 , 具备了由于氯离
15、子侵蚀致使钢筋锈蚀的表观特征 : 另外 , 锈蚀钢筋所在 楼层 的混凝土构件 , 由于处于冬期施工, 掺用了含氯离 子 防冻 剂的现 场拌和 混凝 土浇 筑 ; 工程 闲 置期 间 , 没 有 粉刷层的结构构件混凝土,直接裸露于四季气候交替 的 大 气环 境 , 按 现 行 规 范 L 1 , 所 处 环 境 应属 二 ( b ) 类耐 久性环境。这种环境下最低混凝土强度等级应在C 3 0 以上, 最大氯离子含量为0 2 。取样测试结果表明 , 所 抽构件混凝土中均含有氯化物 ,地下室部分结构构件 的混凝土氯离子含量最高达0 4 9 ,十三层部分结构 构件混凝土氯离子含量最高达 1 5 3 ;
16、锈蚀钢筋所在 楼层的混凝土氯离子含量均不满足规范 要求。 十三层 构件 混凝 土 中的氯 离子含量 为 各楼层 中最 高 , 使混凝土中钢筋锈蚀现 象表现 为严重等级 ( 图3 ) ; 一 层 、 十二层 、 十四层局部构件 , 混凝土中水分、 氯离子 含量或不及地下室, 或不及十三层 , 混凝土中钢筋锈蚀 现象为一般等级( 图4 ) 。 图 4十四层剪力墙钢筋锈蚀情况 混凝土构件锈蚀钢筋损失率实测结果显示 ,钢筋 直径损失率最高达1 0 0 ( 图1 ) 。非冬期施工的楼层结 构构件混凝土虽有些许碳化 ,但基本未发现钢筋锈蚀 现 象 。 该工程冬期施工时掺用的混凝土防冻剂含有氯离 子侵蚀 ,
17、 应为钢筋锈蚀的主要原因。 锈蚀的钢筋遇水后 吸水膨胀 , 也使保护层混凝土劣化 , 表现 为胀裂、 剥落 等现 象 。 l 1 2 0 建筑技术 第 4 1卷第 1 2期 2 。 2干湿循环等 因素是本 工程钢筋 锈蚀 的次 因 2 2 1 千 湿循 环 的 加剧 作 用 该工程闲置期间, 门窗未安装, 预留洞等裸露 , 对 雨水等 无遮挡 。图5 为 当年1 月对结 构质量 进行现 场调 查时 , 地下室顶板结露与钢筋锈蚀情况, 当时地下室积 水深度 近2 0 e m, 抽 水后 方 可进 入 调查 ; 混凝 土 处于 千 湿循环的交替作用下 , 3 tl , tJ 了钢筋的锈蚀。 图 5
18、 地下室顶板钢 筋锈蚀与结露情况 2 2 2混凝 土水泥浆 劣化的加 剧作用 对结构构件混凝土中钢筋锈蚀状况调查发现 , 部 分构件混凝土在沿主筋方向裂缝的同时还伴有泛霜现 象( 图6 a ) , 除去混凝士表层后( 图6 b ) , 发现钢筋锈蚀较 严 重 , 混凝 截 面损 失更大 , 其 原因如 下。 盘 幽 图 6 一层梁混凝土胀裂及钢筋锈蚀情况 ( a )表丽泛霜的胀裂混凝土; ( b )除去胀裂混凝土后钢筋锈蚀情况 ( 1 )过雨 水 的构件 混凝 土 , 水分 在 混凝 土 中或 渗 入或渗出, 使混凝土水泥浆中的可溶性物质( 如C a ( o ) : 等) 向表层迁移 , 迁移
19、至表面的这类碱类 , 与空气中的 二氧化碳及水分发生反应生成碳酸盐等,成为在混凝 土表面不易被雨水冲走的覆着沉淀 ,其色泽上在结构 构件 混凝土 表面 表现 为泛霜 。 ( 2 )本工程 的冬期施工结构部分, 浇筑的混凝土 添加了含有氯离子的防冻剂,会使混凝土中的可溶性 物质增加 ,为表面泛 霜 的覆着沉淀物 质更 多形成 提供 了条件 。 ( 3 )酸雨的影响。 由于工业生产、 民用生活燃烧煤 炭 排放 的二氧化硫 、燃 烧石 油及汽车尾 气排放 氮 氧化 物 等的存在 , 形成酸 雨渗入混凝 土 中 , 与碱性物 质 反应 后 随水分 向混凝土 表面迁移 并覆着 沉淀 , 出现 混凝 士
20、表面 泛霜现 象 。 ( 4 )混凝土表面覆着沉淀 白色物质的析出, 表明 混凝土水泥浆中的可溶性物质的溶出,使其多孔性增 加 、 孔隙率增大、 抗渗性降低 , 加剧了混凝土中孔隙和 微 裂缝 的连 通 ; 随着 水分 、 氧 气及 二 氧化 碳等 气体 、 侵 蚀离子等对混凝土渗透能力的增强 ,连通的孔隙和微 裂缝逐步成为网络 ,促使混凝士处于各种物理和化学 反应所 致 的劣化过程 中 ,按钢 筋混凝 土结构 劣化损 伤 整体模型4 , 5 J 成为连通网络的孔隙和微裂缝为其所需 三个方面之一 , 从而使氯离子的迁移更便利 , 加剧了混 凝土 的劣化及钢 筋 的锈 蚀 。 另 外 ,冻融循
21、环对本 工程 的混凝土 劣化和钢 筋锈 蚀的加剧 作用 也不可忽视 。本工程所 在地 气温最 低 月 为1 月, 平均一 1 6 C 左右 , 在此气候条件下, 遭受雨水浇 淋 、 结露 、 冰雪覆盖 的各类结构构件混凝土 , 有1 0 年左 右的时间处于冻融循环侵扰中,使这类混凝土中的水 泥浆劣化损伤 , 孔隙率增大 , 抗渗性降低 , 钢筋混凝土 结构劣化损伤整体模型中所需的孔隙和微裂缝进一步 连通 , 加剧了混凝土的劣化及钢筋的锈蚀 。 2 2 3施 工质 量控 制 不到位 图3 中混凝土表面钢筋锈蚀的斑迹 。 表现出部分构 件混凝土保护层厚度过小等现象。 抽检结果表明, 混凝 土保 护
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