混凝土中鋼筋銹蝕的檢測(cè)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?；炷翝沧⒑?，水泥的水化反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)堿環(huán)境，鋼筋會(huì)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(shuō)的鈍化膜。完整的鈍化膜能夠?qū)摻詈屯獠凯h(huán)境隔離開(kāi)來(lái)，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(huì)逐漸發(fā)生銹蝕。主要有以下幾種常見(jiàn)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(huì)逐漸改變鋼筋周?chē)腜H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(lái)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(huì)導(dǎo)致鈍化膜的破壞，而且鋼筋周?chē)鷽](méi)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(huì)加速鋼筋的銹蝕。

二、  鋼筋銹蝕檢測(cè)技術(shù)

長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外一直都在研究鋼筋銹蝕檢測(cè)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(guò)一定的檢測(cè)方法來(lái)測(cè)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(lèi)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(cè)方法。把鋼筋混凝土作為電極，通過(guò)測(cè)量鋼筋電極和參考電極的相當(dāng)電勢(shì)來(lái)判斷鋼筋的銹蝕情況。

自然電位法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)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(cè)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(rùn)的情況下不能使用該種方法進(jìn)行測(cè)試。

1.2    交流阻抗法

交流阻抗法是對(duì)混凝土構(gòu)件施加一個(gè)小的交流信號(hào)，通過(guò)測(cè)量和對(duì)比輸入與輸出信號(hào)振幅及相位之間的關(guān)系來(lái)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(guò)交流阻抗譜隨時(shí)間的演變也可以研究電極過(guò)程的變化規(guī)律。該方法的缺點(diǎn)是，測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，儀器設(shè)備也比較昂貴，對(duì)低速率銹蝕體系需要低頻交流信號(hào)，測(cè)量也有一定的困難；分析方法復(fù)雜，測(cè)量的阻抗譜與構(gòu)件的幾何尺寸有關(guān)，不適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

1.3    線性極化法

線性極化法以過(guò)電位很小時(shí)（<10mV）過(guò)電位與極化電流呈線性關(guān)系作為理論依據(jù)。通過(guò)向測(cè)量區(qū)域施加一個(gè)小電流，測(cè)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(cè)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(cè)量方便快捷、測(cè)試精度較高。缺點(diǎn)是：現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件的計(jì)算系數(shù)不容易準(zhǔn)確測(cè)定；線性極化測(cè)量是建立在已知測(cè)量范圍的基礎(chǔ)上，由于測(cè)量時(shí)輸入信號(hào)會(huì)發(fā)生側(cè)向擴(kuò)散，很難準(zhǔn)確界定測(cè)量范圍的大??；儀器精度要求很高。

1.4    混凝土表面電阻率法

鋼筋銹蝕發(fā)生時(shí)，會(huì)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(guò)測(cè)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(guò)測(cè)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(lái)反映鋼筋的銹蝕狀況。常用方法有電阻棒法、渦流探測(cè)法、射線法、聲發(fā)射探測(cè)法等。該類(lèi)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(cè)定指標(biāo)和鋼筋銹蝕量之間的對(duì)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(jiàn)用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

三、  半電池自然電位法檢測(cè)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(shì)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(yáng)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(shì)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(guò)測(cè)定鋼筋電極和參考電極之間的相對(duì)電勢(shì)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(guò)電位測(cè)量結(jié)果判定鋼筋銹蝕情況。

該方法操作簡(jiǎn)單、測(cè)試速度快，便于連續(xù)測(cè)量和長(zhǎng)時(shí)間跟蹤，在各國(guó)應(yīng)用都比較廣泛，也是目前國(guó)內(nèi)使用多的測(cè)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(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的電化學(xué)測(cè)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(cè)設(shè)備“SW-3D鋼筋銹蝕檢測(cè)儀”，采用極化電極原理，通過(guò)銅/硫酸銅參考電極來(lái)測(cè)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(cè)試界面，測(cè)量直觀、便捷；自動(dòng)對(duì)測(cè)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(guó)外同類(lèi)儀器相當(dāng)：測(cè)量范圍±1000mv，分辨率1mV。

其主要性能特點(diǎn)如下：

1.        操作簡(jiǎn)便，測(cè)試結(jié)果以數(shù)字或圖形方式顯示；

2.        測(cè)點(diǎn)讀數(shù)快速而穩(wěn)定，電位讀數(shù)變動(dòng)不超過(guò)2mv；

3.        鋼筋銹蝕程度分9級(jí)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(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告初稿。