钢筋锈蚀检测中新技术和仪器的应用

钢筋锈蚀检测中新技术和仪器的应用耿建辉（工作单位）【摘要】对钢筋锈蚀的检测与评价采用电化学技术制造的钢筋锈蚀检测仪，除具有体积小、重量轻、便于携带、数据处理完全自动化的特点外，其精度也很高。本文详细介绍了现场检测钢筋锈蚀的技术、仪器和检测方法，并给出了定性判定锈蚀状况的划分标准。【关键词】钢筋锈蚀；检测；电化学技术；混凝土结构。Abstract：Arust—detectordesignedwithelectrochemicaltechniquesisadoptedforthedetectionofsteelbarcorrosionanditsgradation.Itishighlyprecisebesidesitsadvantagesofbeingsmallandlightandthecompleteautomationindataprocessing.Adetailedintroductionisgivenhereintermsofthetechnique,instrumentandmethodtodetectthecorrosionon-site,andtheclassifi—cationstandardsdescribingtherustinessarepresented.Keywords：rustinsteelbars;detect;electrochemicaltechniques;concretestructure.前言钢筋的锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和安全性的重要因素。钢筋锈蚀将引起钢筋本身性能的退化，削弱钢筋与混凝土之间的粘结力，从而导致结构性能的退化。在现场对钢筋锈蚀的正确检测与评价，可以对构件的剩余使用寿命和可能的维修提供十分重要的数据和建议。在现有的非破损检测方法中，常用的是分析法和物理法。分析法是根据现场实测的钢筋直径、保护层厚度、混凝土强度、有害离子的侵入深度及其含量、纵向裂缝宽度等数据，综合考虑构件所处的环境情况推断钢筋的锈蚀程度。但这种方法的缺点是缺乏实用的数学模型，离现场检测还有一段距离。物理方法则主要通过测定钢筋锈蚀引起电阻、电磁、热传导、声波传播等物理特性的变化来反映钢筋锈蚀情况，但是由于它受环境影响因素较大，目前尚停留在实验室阶段。笔者认为在对实际结构进行耐久性评定和可靠性鉴定中，应该采用电化学现场检测技术，它是运用电化学技术制造的一种钢筋锈蚀检测仪(以下简称检测仪)，适用于现场检测。这种检测仪具有体积小，重量轻，便于携带，数据处理完全自动化的特点，检测精度与失重法不相上下。一、混凝土中钢筋锈蚀的现场检测1.1检测仪的检测原理检测仪采用了线性极化技术，即直流极化电阻法。在钢筋的锈蚀电动势附近，对待测体系施加小量的极化电流，将会引起电动势的变化。由于极化量很小，故／相当于在锈蚀电势附近的极化曲线斜率，即(1)或等称为极化电阻。在附近，和的关系往往是线性的，即为常数(故称“线性极化法”)。的值通过Stern—Geary常数的常数B与相联系，即(2)根据极化曲线的特征，B值取决于阳极和阴极极化曲线的Tafel线斜率(分别用和表示)。即(3)大量工程实践表明，埋在混凝土中的钢筋处于活态时，B=26mV；处于钝态时，B=52mV。检测仪计算时，采用Stern公式。当钢筋锈蚀状态尚属未知，B值一概用26mV时，检测固有的最大误差为2，在精度容许范围内。检测时的混凝土电阻率公式为2RD(4)其中：R为用传感器不锈钢辅助电极和被测钢筋之间的电阻，kΩ；D为传感器辅助电极的直径，cm。1.2检测仪的检测方法1.2.1检查仪器的工作性能和环境条件要求检测仪中的锈蚀仪正常工作的温度条件为0～50，相对湿度小于80%。当现场条件不满足时，应将锈蚀仪放到温度和湿度合适的环境中去，通过仪器附带的电缆连接锈蚀仪和传感器。当温度低于0时，为防止海绵垫中的水结冰，应用10%～30%的酒精溶液来润湿海绵垫。值得注意的是当混凝土孔隙中的水结冰后，将会导致检测的降低，应根据经验对检测结果进行修正。1.2.2检测位置的选择要求检测位置选择的原则是根据结构的形式和现场的环境选择浓度、碳化深度、保护层厚度等有代表性的地方。若遇到半电池电位或混凝土电阻率过高或过低的地方，应在附近多选择一些位置重点检测。检测仪中的A传感器的最佳检测位置是已知直径的钢筋上方或者是单根钢筋的上方。对于板式构件，根据施工图和钢筋定位仪，可在钢筋位置的表面按大于0.5m间距划分网格，在网格的交叉点上布置检测位置。对于梁柱式构件，可沿梁长和柱高选择检测位置，以便于测出锈蚀情况沿梁长和柱高的变化。1.2.3混凝土表面的处理在检测前，应清除混凝土表面的垃圾和其他杂物，然后用自来水将混凝土的表面润湿，但不能使混凝土中的水达到饱和状态。当混凝土表面局部有缺陷、绝缘层、涂料、岩屑、裂缝、堆积物和保护层剥落等情况时，检测应避开这些位置。1.2.4检测仪和待测结构的联结应用线性极化技术检测时，必须形成回路。检测仪形成回路的方法是将检测仪中的锈蚀仪与作为工作电极的被测钢筋联结起来，或者与被测钢筋相连接的其他钢筋联接起来。在现场可采用如下方法：首先根据图纸或用钢筋定位仪找出钢筋的位置，然后用电钻钻孑L至钢筋表面，以保证被测钢筋和锈蚀仪正确联结。为了保证检测结果的准确性，对于每一测点，至少要暴露出两处钢筋作为工作电极，然后用高阻电压计检测它们之间的电势差，只有在电势差小于1mV的情况下，检测结果才有可靠性，否则，应重新寻找钢筋作为工作电极。对于以下3种情况，应作相应处理。(1)检测角区钢筋时，应多次旋转传感器，使参考电极与混凝土表面完全接触。(2)对于检测的混凝土表面较大时，可将3个参考电极的连线置于被测钢筋的上方。(3)对于壳体或其他形状不规则的结构，应在传感器下垫更多的海绵垫，以保证传感器与混凝土表面完全接触。B传感器检测的位置可选择在A传感器位置附近，但离开A传感器必须有5～10cm，而且应该远离受潮区域。值得注意的是，当使用B传感器时，应该切断与作为工作电极的钢筋的联结，否则会影响结果的准确性和仪器的使用寿命。1.2.5检测仪参数的输入和结果的输出检测仪输入的参数极少，只需输入极化检测范围内钢筋与混凝土接触的表面积S即可。表面积用下面的公式来计算。(5)其中：n为钢筋的层数，n≤2(当钢筋的层数超过3层时，仅考虑2层钢筋的影响)；为被测钢筋的直径，cm(可由图纸或钢筋直径量测仪获得)。检测仪输出的参数有锈蚀率，；锈蚀电动势，mV；混凝土电阻率，kΩ·cm；相对湿度，％；环境温度，℃。二、钢筋锈蚀状况的定性判断标准2.1钢筋锈蚀率用锈蚀电势来判定钢筋的锈蚀率，划分标准如下：一250mV时为不锈蚀；一400mV一250mV时为可能锈蚀；一400mV时为锈蚀。2.2钢筋锈蚀量用锈蚀率可以推断未来钢筋的锈蚀量，划分标准如下：0.2时为低锈蚀率；0.51.0时为中锈蚀率；1.010.0时为高锈蚀率；10.0时为极高锈蚀率。2.3钢筋锈蚀速率用混凝土的电阻率法来判别锈蚀速率的划分标准如下：100kΩ·cm，即使混凝土在高氯含量或已碳化情况下锈蚀速率也极低；50kΩ·cmP100kΩ·cm，钢筋在活化状态下，出现低锈蚀速率；10kΩ·cmP50kΩ·cm，钢筋在活化状态下，出现中锈蚀速率；P10kΩ·cm，电阻率已不再是锈蚀的控制因素。三、结论检测仪在钢筋锈蚀的现场检测中已得到初步的应用。应用结果表明，检测仪的使用不仅简单方便，而且其精度与失重法不相上下。但是也应指出，受其检测原理的限制，检测仪不能表明钢筋是处于坑蚀，还是均匀锈蚀(检测时假定极化范围内的钢筋是均匀锈蚀)，在此方面还需做进一步的研究。参考资料：《混凝土中钢筋检测技术规程》（JGJ/T152-2008）