钢筋混凝土腐蚀行为及检测方法论述.pdf
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1、广东建材2023年第8期0 引言钢筋混凝土是当下最常见的建筑材料,并以不同形式被广泛应用在生活的各个领域。目前的混凝土种类也相当多,混凝土的性能也在不断提升,如轻质高强混凝土,珊瑚礁砂混凝土等1。钢筋作为钢筋混凝土中不可或缺的组分,不仅可以提高混凝土抵抗外力对其进行破坏的能力,而且可以降低由于混凝土收缩带来的收缩应力而造成开裂2。由于钢筋锈蚀直接或间接带来的损失及安全问题已成为国际上一个重点及难点问题。至2002年,美国每年因结构工程中钢筋锈蚀产生的直接经济损失约83亿美元,而间接损失则为直接损失的数倍,不仅如此,用在设备及工程中的维护修复等费用更是巨大。至1998年,美国花费在各种腐蚀防护所
2、消耗高达2500亿美元;加拿大的设备工程花费更大,很多工程结构已经发生破坏,如果要全部维修甚至更换则是一笔巨额的开销,至少要花费5000亿美元3。新时代的当下,随着西部开发战略及海洋工程战略的深入,混凝土的耐久性要求将受到严重的考验,重大工程的服役寿命提出更高的要求,由此在极端环境下钢筋混凝土的耐久性问题日益突出并亟需解决。1 钢筋混凝土腐蚀过程及机理混凝土材料是一种碱性较高的多孔材料,空隙溶液的pH值为13左右4。钢筋在高碱性的环境下,表层会因氧化反应而生成一层致密的氧化膜5。氧化膜的存在使得钢筋基体与外界的环境隔离开,不仅如此,钝化膜的半导体特性也增大了金属的腐蚀阻抗,有效减缓了电化学腐蚀
3、6。氧化膜对于钢筋的保护至关重要,其稳定性可直接反映钢筋的耐腐蚀性能,所以对于钝化膜的研究有助于理解钢筋的腐蚀机理。混凝土为多孔材料。在极端环境下,腐蚀离子会通过渗透吸附等方式进入混凝土内部,并到达钢筋表面。二氧化碳进入混凝土结构中与混凝土孔溶液发生碳化反应,降低孔溶液的pH,在钢筋表面发生局部腐蚀7。CO2+OH-CO32-+H2O与此同时,氯离子的渗透则可以破坏钢筋表面的钝化膜结构,形成局部点蚀。点蚀的发生形成腐蚀原电池,加速钢筋的进一步腐蚀。具体的腐蚀化学反应如下18:阳极反应:FeFe2+2e-阴极反应:2e-+H2O+1/2O22OH-钢筋的腐蚀并不能直接导致混凝土结构的破坏,而是由
4、于腐蚀产物的体积膨胀性导致的。由于腐蚀产物的体积膨胀,导致混凝土与钢筋的界面脱离、剥落,严重的则引起混凝土的开裂。由图2可知,反应生成Fe(OH)3 3H2O钢筋混凝土腐蚀行为及检测方法论述邢 涛 陆加越 郭 飞 余兰清(1 江苏苏博特新材料股份有限公司;2 高性能土木工程材料国家重点实验)【摘要】本文阐述了钢筋混凝土腐蚀问题的相关研究,论述了钢筋混凝土腐蚀的危害、钢筋锈蚀的影响因素、腐蚀发生的过程及机理以及腐蚀检测方法。根据现有的研究结果提出关于腐蚀类型界定及钢筋钝化膜形成理论方面存在的不足。分析了钢筋混凝土电化学腐蚀监测方面的优势及不足,并针对电化学交流阻抗谱测试法的研究方向及应用提出了展
5、望。【关键词】钢筋锈蚀,钢筋钝化膜,电化学腐蚀监测,交流阻抗谱法图1 钢筋腐蚀机理图质量控制与检测-40广东建材2023年第8期的体积为原铁基体体积的6倍左右。不仅如此,Fe(OH)33H2O具有疏松多孔结构,其体积在后期的发展中会进一步增大,甚至达到原来的10倍。这种情况,使得混凝土结构中,混凝土与刚进的界面区的体积将增大610倍,当由腐蚀产物体积膨胀带来的膨胀应力大于混凝土的抗拉强度时,混凝土结构将会在界面区产生裂纹造成混凝土的开裂和剥落,最终破坏混凝土的结构。2 钢筋混凝土腐蚀的影响因素影响钢筋混凝土结构破坏的因素有很多种,如混凝土结构的密实度,混凝土保护层厚度,钢筋混凝土中钢筋的耐腐蚀
6、性能和钝化性能,环境中氯离子、硫酸根、氧气等腐蚀离子的浓度,外界的湿度、温度等。根据目前的研究现状统计,氯离子浓度、混凝土的保护层最为重要的两种。在海洋环境下,钢筋的腐蚀主要取决于氯离子的作用。文献8中钝化膜吸附理论认为钢筋钝化膜处于溶解平衡状态,Cl-对钝化膜的破坏则是通过在钝化膜形成过程中争先与铁离子结合,使得钢筋表面无法形成致密的钝化膜,随着外界氯离子浓度的增大,氯离子与铁离子吸附结合能力增大,使得铁离子与氧气难以形成钝化膜,进而使得钝化膜局部产生缺陷,引起钢筋局部腐蚀。此时裸露出的钢筋基体作为阳极,未破坏部分的钝化膜作为阴极,形成大阴极小阳极的腐蚀电池,加速钢筋的腐蚀进程。在混凝土结构
7、中,氯离子则可以通过多种方式侵入混凝土结构中,如扩散作用,毛细吸附作用、渗透作用等,当混凝土内部钢筋表面氯离子浓度达到临界氯离子浓度时,氯离子开始对钢筋进行腐蚀,其中临界氯离子浓度可作为比较金属耐蚀性的一个标准。混凝土保护层是指在混凝土结构中,钢筋表面到混凝土试件表面的介质层,其作用不仅在于提供混凝土力学支撑,更在于保护钢筋不受外界腐蚀离子的侵蚀。混凝土保护层厚度和孔隙率对混凝土腐蚀速率影响极为重要,保护层厚度越大不仅可以提供较大的介质电阻,而且可以延长氧气、二氧化碳、水以及腐蚀离子的传输通道。而且保护层厚度直接影响混凝土介质与钢筋表面粘结强度,有文献表明,保护层厚度越大,混凝土层与钢筋表面结
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