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混凝土中钢筋锈蚀的检测方法及技术应用探讨
一、 钢筋锈蚀机理
钢筋混凝土中钢筋发生锈蚀主要是电化学反应的结果。混凝土浇注后,水泥的水化反应产生强碱环境,钢筋会在该环境中发生氧化反应(又称钝化反应),从而在钢筋的外表面产生一层致密的氧化层,就是常说的钝化膜。完整的钝化膜能够将钢筋和外部环境隔离开来,阻止钢筋的锈蚀。
当混凝土受外力破坏或化学侵蚀造成钝化膜局部消失时,失去保护的钢筋在具有氧气和水的环境中就会逐渐发生锈蚀。主要有以下几种常见的因素:
1、   氯化物
氯化物渗透到钢筋表面后,C1-的局部酸化作用使钢筋表面PH值下降,导致钝化膜的破坏。
2、   酸性环境
混凝土处于酸性环境中时,离子渗透作用会逐渐改变钢筋周围的PH环境,当PH值低于10的时候,钝化膜被加速破坏,锈蚀发生。
3、   碳化
混凝土碳化反映是环境气体中的二氧化碳向混凝土内部扩散,当混凝土中含有水分时,产生酸性环境,造成锈蚀发生的可能。
4、   应力
一般混凝土构件都是用来承受压力、拉力、剪切力等力的作用。当应力作用使钢筋表面发生裂纹,就会导致钝化膜的破坏,而且钢筋周围没有从新产生钝化膜的强碱环境时,钢筋失去保护,会加速钢筋的锈蚀。
二、  钢筋锈蚀检测技术
长期以来,国内外一直都在研究钢筋锈蚀检测的方法,目前主要有以下几种:
1、   电化学法
电化学法是根据钢筋锈蚀的电化学特性,通过一定的检测方法来测定电参数,总结不同锈蚀情况下相应的规律,从而确定钢筋的锈蚀程度或速度。目前该类方法主要有自然电位法、交流阻抗法、线性极化法、混凝土表面电阻率法、恒电量法、电化学噪声法等。
1.1    自然电位法
自然电位法是现在应用最广泛的钢筋锈蚀检测方法。把钢筋混凝土作为电极,通过测量钢筋电极和参考电极的相当电势来判断钢筋的锈蚀情况。
自然电位法的优点是设备简单、操作方便。缺点是只能定性的判定钢筋锈蚀的可能程度,不能定量测量钢筋锈蚀比例;在混凝土表面有绝缘体覆盖或不能用水浸润的情况下不能使用该种方法进行测试。
1.2    交流阻抗法
交流阻抗法是对混凝土构件施加一个小的交流信号,通过测量和对比输入与输出信号振幅及相位之间的关系来判断混凝土电极体系的性质。它不仅可以确定出电极的各种电化学参数,而且可以确定出电化学反映的控制步骤。通过交流阻抗谱随时间的演变也可以研究电极过程的变化规律。该方法的缺点是,测量时间较长,仪器设备也比较昂贵,对低速率锈蚀体系需要低频交流信号,测量也有一定的困难;分析方法复杂,测量的阻抗谱与构件的几何尺寸有关,不适合现场测试。
1.3    线性极化法
线性极化法以过电位很小时(<10mV)过电位与极化电流呈线性关系作为理论依据。通过向测量区域施加一个小电流,测量该电流引起的电位变化,电位变化量与电流之比称为极化电阻,极化电阻与锈蚀电流成反比。因此测定出极化电阻可以求得极化电流,根据法拉第定律可以将极化电流转换为钢筋的损失量。该方法测量方便快捷、测试精度较高。缺点是:现场构件的计算系数不容易准确测定;线性极化测量是建立在已知测量范围的基础上,由于测量时输入信号会发生侧向扩散,很难准确界定测量范围的大小;仪器精度要求很高。
1.4    混凝土表面电阻率法
钢筋锈蚀发生时,会产生电子的迁移,从而在混凝土表面发生电子分布差异,通过测量混凝土表面的电阻率分布情况判断钢筋的锈蚀可能性。该方法受混凝土表面水分含量和化学成分的影响。
2、   物理法
主要是通过测定与钢筋锈蚀相关的电阻、电磁、热传导、声波传播等物理特性的变化来反映钢筋的锈蚀状况。常用方法有电阻棒法、涡流探测法、射线法、声发射探测法等。该类方法的优点是操作方便,受环境的影响较小。缺点是容易受到混凝土中其它损伤因素的干扰;而且建立物理测定指标和钢筋锈蚀量之间的对应关系比较困难。物理法目前主要处于理论研究阶段,未见用于现场检测。
三、  半电池自然电位法检测的优点
位于离子环境中的钢筋可以视为一个电极,锈蚀反应发生后,钢筋电极的电势发生变化,电位大小直接反映钢筋锈蚀情况。众所周知,电池是一个阴极和一个阳极构成,钢筋电极只具有电池的一半特征,所以被称为半电池。在混凝土表面放置一个电势恒定的参考电极(硫酸铜电极或氯化银电极),和钢筋电极构成一个电池体,就可以通过测定钢筋电极和参考电极之间的相对电势差得到钢筋电极的电位分布情况。总结电位分布和钢筋锈蚀间的统计规律,就可以通过电位测量结果判定钢筋锈蚀情况。
该方法操作简单、测试速度快,便于连续测量和长时间跟踪,在各国应用都比较广泛,也是目前国内使用最多的测试方法。
四、  半电池自然电位法的应用
依据GB/T50344-2004《建筑结构检测技术标准》中的电化学测定方法(自然电位法),北京盛世伟业研制出的钢筋锈蚀检测专用设备“SW-3D钢筋锈蚀检测仪”,采用极化电极原理,通过铜/硫酸铜参考电极来测量混凝土表面电位,利用通用的自然电位法判定钢筋锈蚀程度;
该产品具有图形化测试界面,测量直观、便捷;自动对测量结果进行统计,帮助用户判定等特点。技术指标与国外同类仪器相当:测量范围±1000mv,分辨率1mV。
其主要性能特点如下:
1.        操作简便,测试结果以数字或图形方式显示;
2.        测点读数快速而稳定,电位读数变动不超过2mv;
3.        钢筋锈蚀程度分9级灰度或色彩显示;
4.        绘制电位等值线图,等值线差值可设置(50mv~100mv);
5.        强大的专业分析处理软件,可自动生成检测报告初稿。
 
 
 
           设置界面                    检测界面                   锈蚀查询
 
    
 
            数据查询                    传输设置                 锈蚀数据阵列
     
   
 
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