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摘要:在工程建设中，混凝土钢筋的应用是十分广泛的，但钢筋锈蚀现象也同样引起了人们的关注。钢筋的锈蚀直接影响着钢筋混凝土结构耐久性和安全性，因此，如何确保钢筋锈蚀的检测准确性显得尤为重要。本文就钢筋锈蚀现场检测及判定标准进行探讨。
关键词:混凝土；钢筋锈蚀；检测仪；现场检测；方法；判定标准
在建筑施工行业，混凝土钢筋是用途最广，用量最大的建筑材料之一，但钢筋锈蚀也是一个比较普遍、并且严重威胁结构安全的耐久性问题。因此，通过对钢筋锈蚀的正确检测与评价,使施工方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。建筑工程中常用的检测方法有分析法和物理法，但效果都不理想。而近几年发展的运用电化学技术制造的一种钢筋锈蚀检测仪用于现场检测，具有体积小,重量轻,便于携带,数据处理完全自动化的特点,在检测中取得很好的效果。
1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Ec附近,对待测体系施加小量的极化电流ΔI,将会引起电动势的变化ΔE。由于极化量很小,故ΔI/ΔE相当于在锈蚀电势附近的极化曲线斜率,即
∕（1）
RP或dE∕dI称为极化电阻.在Ec附近,ΔE和ΔI的关系往往是线性的,即dE∕dI为常数(故称“线性极化法”)。RP的值通过Stern-Geary常数的常数B与Ic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kA和kK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Ic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
ρ=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Cl-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,然后用电钻钻孔至钢筋表面,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。
S=10.5π(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)；Di为被测钢筋的直径,cm(可由圖纸或钢筋直径量测仪获得)。
检测仪输出的参数有锈蚀率Ic,μA/cm2；锈蚀电动势Ec,mV；混凝土电阻率ρ,kΩ•cm；相对湿度,%；环境温度,℃。
2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Ec来判定钢筋的锈蚀率,划分标准如下:
Ec>-250mV时为不锈蚀；
-400mV Ec<-400mV时为锈蚀.
2.2钢筋锈蚀量
用锈蚀率Ic可以推断未来钢筋的锈蚀量,划分标准如下:
Ic<0.2μA/cm2时为低锈蚀率；
0.5μA/cm2 1.0μA/cm2 Ic>10.0μA/cm2时为极高锈蚀率.
2.3钢筋锈蚀速率
用混凝土的电阻率法ρ来判别锈蚀速率的划分标准如下:ρ>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•cm<ρ<100kΩ•cm,钢筋在活化状态下,出现低锈蚀速率；
10kΩ•cm<ρ<50kΩ•cm,钢筋在活化状态下,出现中锈蚀速率；
ρ<10kΩ•cm,电阻率已不再是锈蚀的控制因素。
3 结论
总而言之，混凝土钢筋锈蚀对混凝土结构耐久性影响是巨大的。在检测仪已经广泛用于钢筋锈蚀现场检测的同时我们也要了解到该技术也存在一定的局限性，在判断钢筋锈蚀位置及锈蚀量的多少方面还有待改善。因此，在运用检测仪检测钢筋锈蚀时，建议可以综合应用分析法与物理法。
参考文献
[1] 邹黔芳 谢尔秀，混凝土结构钢筋锈蚀检测技术的研究[J].建材与装饰：上旬，2011.09
[2] 张志江，混凝土结构中钢筋锈蚀检测技术探讨[J].中国科技博览，2011.05
[3] 冯瑾，水工混凝土中钢筋锈蚀检测技术及应用研究[J].黑龙江科技信息，2011.17
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词:混凝土；钢筋锈蚀；检测仪；现场检测；方法；判定标准
在建筑施工行业，混凝土钢筋是用途最广，用量最大的建筑材料之一，但钢筋锈蚀也是一个比较普遍、并且严重威胁结构安全的耐久性问题。因此，通过对钢筋锈蚀的正确检测与评价,使施工方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。建筑工程中常用的检测方法有分析法和物理法，但效果都不理想。而近几年发展的运用电化学技术制造的一种钢筋锈蚀检测仪用于现场检测，具有体积小,重量轻,便于携带,数据处理完全自动化的特点,在检测中取得很好的效果。
1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Ec附近,对待测体系施加小量的极化电流ΔI,将会引起电动势的变化ΔE。由于极化量很小,故ΔI/ΔE相当于在锈蚀电势附近的极化曲线斜率,即
∕（1）
RP或dE∕dI称为极化电阻.在Ec附近,ΔE和ΔI的关系往往是线性的,即dE∕dI为常数(故称“线性极化法”)。RP的值通过Stern-Geary常数的常数B与Ic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kA和kK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Ic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
ρ=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Cl-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,然后用电钻钻孔至钢筋表面,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。
S=10.5π(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)；Di为被测钢筋的直径,cm(可由圖纸或钢筋直径量测仪获得)。
检测仪输出的参数有锈蚀率Ic,μA/cm2；锈蚀电动势Ec,mV；混凝土电阻率ρ,kΩ•cm；相对湿度,%；环境温度,℃。
2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Ec来判定钢筋的锈蚀率,划分标准如下:
Ec>-250mV时为不锈蚀；
-400mV
2.2钢筋锈蚀量
用锈蚀率Ic可以推断未来钢筋的锈蚀量,划分标准如下:
Ic<0.2μA/cm2时为低锈蚀率；
0.5μA/cm2
2.3钢筋锈蚀速率
用混凝土的电阻率法ρ来判别锈蚀速率的划分标准如下:ρ>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•cm<ρ<100kΩ•cm,钢筋在活化状态下,出现低锈蚀速率；
10kΩ•cm<ρ<50kΩ•cm,钢筋在活化状态下,出现中锈蚀速率；
ρ<10kΩ•cm,电阻率已不再是锈蚀的控制因素。
3 结论
总而言之，混凝土钢筋锈蚀对混凝土结构耐久性影响是巨大的。在检测仪已经广泛用于钢筋锈蚀现场检测的同时我们也要了解到该技术也存在一定的局限性，在判断钢筋锈蚀位置及锈蚀量的多少方面还有待改善。因此，在运用检测仪检测钢筋锈蚀时，建议可以综合应用分析法与物理法。
参考文献
[1] 邹黔芳 谢尔秀，混凝土结构钢筋锈蚀检测技术的研究[J].建材与装饰：上旬，2011.09
[2] 张志江，混凝土结构中钢筋锈蚀检测技术探讨[J].中国科技博览，2011.05
[3] 冯瑾，水工混凝土中钢筋锈蚀检测技术及应用研究[J].黑龙江科技信息，2011.17
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。