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1、钢筋锈蚀程度检测1 钢筋的锈蚀与混凝土的耐久性1.1 什么是锈蚀钢筋的锈蚀是指钢筋接触到周围的气体或液体后发生化学反应而使金属（或合金）腐蚀损耗的过程。1.2 原因引起腐蚀的原因包括：电化学腐蚀不纯的金属（或合金）接触到电解质溶液发生原电池反应，比较活泼的金属原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀。过程中伴有电流产生。化学腐蚀金属和接触到的物质（一般为非电解质）直接发生化学反应而发生的腐蚀。过程中没有电流产生。在一般的大气环境下，大部分的金属腐蚀是由于电化学原因引起的。1.3 钢筋锈蚀的危害（1）钢筋锈蚀使钢筋截面削弱，截面承载力降低。（2）钢筋锈蚀使钢筋与混凝土的界面上生成疏松的锈蚀层，锈蚀产物的
2、体积膨胀，破坏了钢筋表面与水泥胶体之间的化学胶着力，影响了混凝土与钢筋的共同工作，导致保护层开裂甚至剥落， 沿钢筋长度出现纵向裂缝，降低外围混凝土对钢筋的约束，削弱甚至破坏钢筋与混凝土的粘接锚固作用，降低了钢筋混凝土构件或结构的承载力和适用性，直接影响了结构的安全性和耐久性。因此了解钢筋锈蚀的影响因素，采取防止钢筋锈蚀的措施，尽早发现和诊断钢筋的锈蚀情况，对于确保钢筋混凝土结构耐久性和安全使用至关重要。2 钢筋锈蚀的机理 钢筋锈蚀是一个电化学过程钢筋腐蚀是由于在混凝土中形成了腐蚀微电池：阳极进行氧化反应的金属，即发生锈蚀的钢筋部位，失去电子，22FeFee阴极进行还原反应，得到电子222HeH
3、和221/ 222OHeH O电解液混凝土的孔溶液，传输电子，使阴极和阳极连接起来。总的表现为腐蚀电池反应，腐蚀发生在电位较低的阳极区，发生腐蚀后生成腐蚀产物（34Fe O等氧化物）的过程为：222()FeOHFe OH22234()24()Fe OHOH OFe OH32322()3Fe OHFe OH O223426()26Fe OHOFe OH O名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 8 页 - - - - - - - - - 混凝土的 高碱性 在钢筋表面
4、形成一层致密的钝化膜，有效的保护钢筋， 所以在 正常情况下混凝土中的钢筋不会锈蚀。 由腐蚀电池的电化学反应过程可以看出，钢筋的锈蚀即腐蚀电池的发生需要三个条件：第一，腐蚀电池阳极和阴极的存在：混凝土中的钢筋为碳素结构钢或结构低合金钢，其化学组成除Fe 外，还含有少量其他金属（Mn 、V、 Ti ）和非金属（ Si 、C、S、P、O、N）元素并形成固熔体、 化合物或机械混合物的形态共存于钢筋结构中；此外还有许多晶界面和缺陷。钢材表面层的不同成分或晶界面之间就构成了钢筋腐蚀过程中的无数微电池（腐蚀电池） ，阳极和阴极反应构成整个腐蚀过程。第二，混凝土保护层被碳化到钢筋表面，失去了对钢筋的保护作用大
5、气中最常见的酸性介质是CO2和 SO2，CO2溶解于混凝土的液相中生成碳酸，与混凝土中的 Ca(OH)2反应生成碳酸盐，这种中和作用降低了混凝土的碱性，使混凝土中性化， 即“碳化” 。当混凝土保护层被碳化到钢筋表面时，失去了对钢筋的保护作用，使得钢筋表面的钝化膜遭破坏而使钢筋处于活化状态，易受 环境中水和氧气的侵蚀产生锈蚀破坏。另外， 当混凝土的裂缝宽度超过一定限值时，将会加速混凝土的碳化，如果含氧水分进入，钢筋就会锈蚀。因此钢筋表面钝化膜的破坏和含氧水分的侵入是造成钢筋锈蚀的基本原因。，第三，钢筋表面必须有电化学反应和离子扩散所需要的水和氧气，钢筋锈蚀反应才可能发生。因此在混凝土中的含氧水分
6、是钢筋发生锈蚀的重要条件。如果混凝土非常致密，水灰比又低，则氧气透入困难，可以使钢筋锈蚀显著减弱。氧化后的铁锈作为腐蚀产物是疏松、多孔、非共格结构，极易透水和渗水，因而无论铁锈多厚都不能保护内部的钢材不继续锈蚀，上述反应将不断进行下去，严重时，体积膨胀，导致沿钢筋长度的混凝土出现纵向裂缝，并使混凝土保护层剥落，习称“暴筋”，从而截面承载力降低， 最终失效。 钢筋锈蚀是一个相当长的过程，首先在裂缝较宽的个别点上“坑蚀” ， 继而逐渐形成“环蚀” ，同时向两边扩展。形成锈蚀面，使钢筋截面削弱。钢筋锈蚀的无损检测方法主要分为三类：综合分析法 、物理检测法、电化学检测法。3、防止金属锈蚀的方法（1）加
7、入铬、镍制成不锈钢（2）金属表面覆盖保护层：油漆，电镀等（3）电化学保护法阴极保护（被保护金属表面产生电子积累）4、电化学法测锈蚀的限制（1）当混凝土表面有介电层或高电阻层，例如防护膜或沥青防护层时，难以适用本方法；（2）在 阴极保护系统中混凝土表面经常出现沥青防护层和（阳极）粉煤灰层，很难采用这种方法进行监测； 对于含有金属涂膜或环氧树脂涂膜钢筋的结构，电位测量的解释还不能确定。5、钢筋锈蚀的综合分析法综合分析法是根据影响钢筋锈蚀的直接或间接因素的测量与分析，综合考虑构件所处的环境条件，定性的推断钢筋的锈蚀程度，这种推断反映的是钢筋锈蚀可能达到的程度，而不是实际测量出锈蚀程度，因而带有一定的
8、主观分析和经验判断成分。综合分析法快速、简单经济，但该方法是一种定性的方法，不能提供定量的评价。（1）根据混凝土碳化深度推定钢筋的锈蚀程度( 安徽省水利科学研究院) ：混凝土碳化后由碱性环境变成中性，丧失了对钢筋的保护作用，导致钢筋表面的钝化层处于不稳定状态，易受环境中水和氧气的侵蚀从而产生锈蚀。以特征 k 值作为表征钢筋锈蚀的因子：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 8 页 - - - - - - - - - K=D/C D_测点中性化深度（碳化深度）， C
9、_测点钢筋保护层厚度。K1 (D1 (DC) 表示该区域混凝土的中性化深度大于钢筋保护层厚度，推定该区域混凝土的中的钢筋处于锈蚀活动状态，K=1 (D=C) 表示该区域混凝土中的钢筋易产生锈蚀活动。（2）裂缝分析法 ：根据构件表面的裂缝分布、宽度判断钢筋的锈蚀程度。中国建筑科学研究院结构所给出了裂缝宽度与钢筋截面损失率之间关系的表达式同济大学给出由钢筋直径和裂缝宽度预测钢筋截面损失率的表达式6、钢筋锈蚀的电化学方法- 半电池电位法电化学检测方法是通过测定钢筋混凝土腐蚀体系的电化学特性来确定混凝土中钢筋的锈蚀程度和锈蚀速度。混凝土中的钢筋锈蚀本身就是一个电化学过程，因此电化学检测法是反映钢筋锈蚀
10、本质的检测技术。具有测试速度快、灵敏度高、可连续跟踪和原位测量等优点，电化学法是检测钢筋锈蚀的主要方法。电化学法主要分为半电池电位法、线性极化电阻法、交流阻抗谱法、恒电流脉冲法等。以下重点介绍半电池电位法。（1） 半电池电位法的原理：半电池电位法是通过测量钢筋的自然腐蚀电位判断钢筋的锈蚀程度。腐蚀电位是钢筋上某区域的混合电位，反映了金属的抗腐蚀能力。混凝土中的钢筋的活化区（阳极区）和钝化区（阴极区）显示出不同的腐蚀电位，钢筋在钝化时，腐蚀电位升高，电位偏正；由钝态转入活化态时，腐蚀电位降低，电位偏负。将混凝土中的钢筋看作是半个电池组，与合适的参比电极（铜 /硫酸铜参考电极或其它参考电极）连通构
11、成一个全电池系统，混凝土是电解质，参比电极的电位值相对恒定，而混凝土中的钢筋因锈蚀程度不同产生不同的腐蚀电位，从而引起全电池电位的变化，根据混凝土中钢筋表面各点的电位评定钢筋的锈蚀状态。半电池电位法不受混凝土构件尺寸和钢筋保护层厚度的限制，与其他非破损或半破损方法结合使用，可以提高可靠性，腐蚀电位的测定仅是对腐蚀的几率判定，尚不能直接给出锈蚀率或锈蚀速度。（2） 半电池电位法的测量仪器半电池电位法钢筋锈蚀仪由铜/ 硫酸铜半电池、 电连接垫、 电压仪和导线构成。用导线把钢筋和电压表一端连通，电压表的另一端与铜/ 硫酸铜参考电极连通，构成测量系统，辅助使用：钢筋位置测定仪KON-XSY 型钢筋锈蚀
12、仪 ( 北京康科瑞公司) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 8 页 - - - - - - - - - 钢筋锈蚀检测仪示意图（3）半电池电位法的测量技术要点 测区与测位：测区面积不宜大于5m*5m ，测区按网格状划分测点，网格尺寸宜为100mm*100mm 500mm*500mm, 网格节点为电位测点，每种条件的测区数量不宜少于3 个；测区中的测点数不宜少于20 个，测点与构件边缘的距离应大于50mm ；半电池测定仪的一端与钢筋连接，若钢筋露在外面，可以方便
13、的连接。否则，需要利用钢筋定位仪确定出一根钢筋的位置，剔除保护层后使钢筋外露，再进行连接。 要求打磨钢筋表面， 除去锈斑，并要保证仪器钢筋连接点处与测点的钢筋连通，使电路闭合，必要时可以用电压表检查测试区内任意两根钢筋之间的电阻值。半电池测定仪的另一端与混凝土表面接触，测点混凝土表面应平整、清洁，无涂料、浮浆、污物或灰尘等；测区混凝土预先充分浸湿 ，保证电连接垫与混凝土表面良好耦合，测试时要求混凝土保持湿润。测试测点的电位，电位读数变动不超过2mV ，同一测点、同一支参考电极重复读数差异不得超过 10mV 。同一测点、不同参考电极重复读数差异不得超过20 mV。应避免外界各种因素产生的电流的影
14、响，环境温度 超出 22 50C时，应记录环境温度，并进行温度修正。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 8 页 - - - - - - - - - （4）锈蚀结果表示方法数据图标图、数据色谱图、电位等值区图等。数值阵列：数据图标图用图标表示各测点数据名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 8 页 - - - - - - - - -
15、 数据色谱图用色谱表示各测点数据等值区色谱图插值法对测点数据细化后，将相同电位的区域用色谱表示名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 8 页 - - - - - - - - - 等值线图插值法对测点数据细化后，将等电位点连线划出等电位线，间隔宜为100mV 模拟色谱将离散的测点数据处理为模拟化的连续数据，用色谱表示（5）半电池电位值评估钢筋锈蚀程度的判据：依据建筑结构检测技术标准 （GB/T 50344-2004 ）序号钢筋电位状况（mV ）钢筋状态1 -350-
16、500 钢筋发生锈蚀的概率为95% 2 -200-350 钢筋发生锈蚀的概率为50% ，可能存在坑蚀现象3 -200 或高于 -200 无锈蚀活动性或锈蚀活动性不确定，锈蚀概率5% 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 8 页 - - - - - - - - - （6） 要点：（1）电化学法判定的是发生锈蚀的概率（可能性），而不是锈蚀的实际状态（2）电化学法测定的是腐蚀电位，一方面测定中影响因素多。另一方面腐蚀电位也不是唯一表征因素，应配合其他方法和因素综合分析
17、，并配合剔凿法验证。（3）电化学法是对锈蚀状态概率的测定，不能判定锈蚀速度或锈蚀率：锈蚀率可以反映锈蚀后的有效截面积锈蚀速度可以反映发生锈蚀后的使用寿命-是设计人员最关心的问题7、不同钢筋锈蚀测试技术的结合使用（ 1）各种方法综合应用：各种钢筋锈蚀的检测技术，都具有各自的特点。但是目前还没有找到一种有效的方法可以既能判断锈蚀的位置，又能准确地判断出锈蚀量的多少，还能建立钢筋锈蚀量和构件承载性能之间的关系，为此，可以综合应用分析法、物理法，电化学方法，确定构件中钢筋的锈蚀程度。 例如， 混凝土电阻率的测定和半电池电位图相结合，将使钢筋的锈蚀检测更加准确。（2）对于无论物理法或电化学法的测试结果，
18、应注意结合其他辅助手段进行综合分析，必要时应结合 剔凿或钻孔检查，在初步检测发现钢筋锈蚀病害较为严重的构件及部位（如边角脱落、顺筋胀裂、表层锈蚀等不同锈蚀程度的代表性部位）选择少量的典型锈蚀部位，进行适当的破损检测对仪器检测的结果加以验证。破损检测加以验证的主要内容：测量具体锈蚀部位的保护层厚度；观察钢筋锈蚀程度、测算出锈蚀面积比；对于全面锈蚀的情况，检测钢筋的截面损失率。（3）同时还应进行相关调查与构筑物施工质量调查，构筑物所处自然环境及运行环境（气温、湿度、氯离子含量等、CO 2 含量等）；混凝土设计指标、原材料及配合比、耐久性指标，保护层厚度等；8、检测报告注意事项（1）检测结论应在半电
19、池法检测结果基础上结合以下情况进行综合分析，给出概率性的判定，尤其是判定锈蚀严重时应注意：碳化深度与保护层厚度构件情况：表面观察，是否有裂缝；混凝土强度；密实度等混凝土构件所处环境条件，是否暴露，气候条件的影响等结合其他检测方法，特别是剔凿法（2）测区检测结果平面图建议从处理软件中选择性复制并粘贴数据列表以及数据图标，或数据色谱图， 或等值区色谱图（3）附原始数据：建议从处理软件中复制并粘贴原始数据的Excel 列表名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 8 页 - - - - - - - - -