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路桥工程中混凝土钢筋锈蚀检测技术分析韦经纬

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：韦经纬

[导读] 摘要：钢筋锈蚀为铁变为氧化铁的电化学分解过程，其会随着时间的增长而不断恶化，不仅影响钢筋与混凝土或其他物质之间的有效粘结，而且会增加混凝土保护层开裂、剥离、脱落情况的发生概率，进而出现构筑物坍塌、断裂问题。

        海南省交通工程检测中心海南省海口市 570000
        摘要：钢筋锈蚀为铁变为氧化铁的电化学分解过程，其会随着时间的增长而不断恶化，不仅影响钢筋与混凝土或其他物质之间的有效粘结，而且会增加混凝土保护层开裂、剥离、脱落情况的发生概率，进而出现构筑物坍塌、断裂问题。而通过混凝土钢筋锈蚀检测技术的合理应用，可及时判定钢筋锈蚀程度，从而便于钢筋维护措施的合理实施。本文对路桥工程中混凝土钢筋锈蚀检测技术进行分析。
        关键词：路桥工程；混凝土钢筋；锈蚀；检测技术
        1锈蚀检测技术应用
        1.1直流线性极化电阻技术及半电池电位检测技术
        直流线性极化电阻技术主要是一种常用的定量检测钢筋锈蚀程度的技术，其在实际应用过程中首先需利用相应设备在混凝土钢筋内部增加适量的微电化学扰动，如LPR检测设备等；然后利用相关器材对钢筋混凝土内部反弹的信号大小进行测量，以此对钢筋混凝土内部锈蚀情况进行综合分析。直流线性极化电阻技术需要依据腐蚀电流变化情况进行相应数据的计算，一般应控制额外施加电位在20mV之内。在实际应用中直流线性极化电阻测量技术在实施过程中可根据测量需要的不同采用不同的实施方式，如Galwanostatic方法、Potentiostatic方法、Potentiodynamic方法等。通过实施措施的合理应用可有效判定钢筋混凝土锈蚀速率。混凝土钢筋的锈蚀过程本质上就是电化学反应的过程，在电化学反应过程中，钢筋混凝土表面会出现阴极、阳极两种极性区域，而相邻区域不同极性之间的电位差可促使混凝土钢筋内部出现电流变动，进而导致钢筋锈蚀。半电池电位测量技术在实际应用过程中主要通过参考电极的施加，综合比较分析钢筋、参考电极之间的电位差大小进行钢筋锈蚀情况的判定。为了保证混凝土钢筋锈蚀情况判定的准确性，参考电极应尽量使用铜、硫酸铜材质的半电池，且一个保证其与钢筋之间具有相对良好的接触范围、电接触性。
        1.2恒电量法检测技术及有损检测技术
        恒电量法检测技术主要利用较为先进的高科技电子技术，对恒电量环境下锈蚀电极极化电位变动情况的综合评估，其可以有效判定混凝土钢筋在短时期之内的锈蚀速率。恒电量法测量技术具有较精确的测量模式，其不受钢筋混凝土锈蚀体系、锈蚀介质电阻等因素的影响。钢筋膨胀测量技术主要是利用钢筋锈蚀过程中表明氧化物生成导致的体积变化为依据，结合钢筋体积变化数值的综合分析，实时监控钢筋混凝土内部锈蚀进程。钢筋膨胀测量主要以光纤布拉格光栅为主要工具，结合光纤传感器的合理应用，可有效检测钢筋混凝土内部锈蚀速率。有损检测技术主要是将钢筋混凝土结构进行解剖处理，然后便于钢筋锈蚀情况的直接观看、测量、计算，钢筋混凝土锈蚀有损测量技术主要以重力分析的方法对钢筋横截面损失效率、质量损失效率、钢筋锈蚀面积进行逐一估算。混凝土钢筋重力分析法需要将钢筋混凝土结构进行完全破碎，然后将得到的已锈蚀钢筋侵入克拉克–鲁布斯缓冲液中，当钢筋表层锈蚀物完全剥离时可进行钢筋锈蚀物总质量的计算。钢筋混凝土有损检测技术具有检测精确度高、检测结果直观的优良特点，但是由于钢筋有损检测技术对钢筋整体结构的破坏，其仅适用于钢筋锈蚀情况极其严重的锈蚀检测。
        1.3无损检测技术
        现阶段常用的混凝土钢筋无损检测技术主要有涡流检测法、声发射探测法、光纤镀膜传感器技术、自然电位法、安全环检测技术等。其中光纤镀膜传感器技术主要依据电化学技术原理，结合光纤表面附着的沉积碳——碳合金膜，进行光纤传感器的制作。自然电位法主要利用单电机电位、双电机电位梯度过渡情况对钢筋不外露、外露等构件进行锈蚀程度检测。其在应用过程中不会对钢筋锈蚀机构造成加大的影响，且可以保证检测效果的一致性，具有操作简便、性价比高的优良特性；光纤镀膜传感器结构可通过光纤芯内部光纤的散射根据混凝土结构钢筋腐蚀情况的变化进行光纤芯内传输功率的调整，从而在光纤芯内传输光散射作用的影响下，达到混凝土钢筋锈蚀程度的有效评估。

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        镀膜光纤传感器检测技术具有操作便捷、检测精密度高等优良特点，但是由于镀膜附着力受外界影响较大，因此其在实际检测过程中应用程度不高；安全环检测技术主要以微弯效应为依据，通过钢丝安全环的合理应用进行光纤腐蚀传感器的优化。在混凝土内部钢筋腐蚀过程中，其由于内部结构化学反应的不断发生，体积不断增加、密度不断减小，从而促使光纤传感器内部弯曲光纤曲率发生减小情况，以此为判定依据进行钢筋腐蚀情况的评估。安全环检测技术主要以光能量变化情况为依据，其可有效反映钢丝安全环运行状态，进而对钢筋内部锈蚀情况进行预先评估。但是由于钢丝安全环自身的锈蚀情况会影响光纤锈蚀传感器的精准度，因此安全环钢筋检测技术仍缺乏相应的实用价值。涡流检测法主要是将电磁装置合理放置在混凝土结构表面改变以往区域磁场，然后在阶段钢筋达到磁饱和状态后评估钢筋腐蚀后截面积变化，进而计算钢筋锈蚀导致的截面积损失概率。而声发射探测法则主要利用传感器为工具，通过传感器所接收到的钢筋锈蚀所导致的周边混凝土开裂产生的弹性应力波，以判定准确的钢筋锈蚀部位。但是声波发射强度、钢筋锈蚀活性两者之间并没有相对紧密的联系，再加上其他声波对声发射探测的不利影响，声发射探测法并没有相对优良的实用价值。
        1.4混凝土电阻检测技术及交流阻抗谱法
        在钢筋混凝土锈蚀过中，钢筋混凝土表面电流大多以离子形式存在，且电阻率与钢筋锈蚀率成反比，因此通过对电阻率的检测可为混凝土钢筋锈蚀速率判定提供依据，如当混凝土电阻率小于5kΩ•cm时，混凝土钢筋锈蚀速率较高，而当混凝土电阻率大于20kΩ•cm时，混凝土锈蚀速率较低。在混凝土电阻检测技术应用过程中首先应将距离相等一定数量的探讨合理安置在需要测量的设备表面，一般为2个或4个，然后将外侧距离较近的探头通入可变电流，一般应控制可变电流在15Hz之间，最后通过对里侧探头电位差的有效测量，结合探头距离，进行电阻率的计算，进而判定混凝土钢筋内部锈蚀速率。在混凝土电阻率实际检测过程中，钢筋混凝土锈蚀速率与混凝土电阻率之间具有较为紧密的联系，因此可通过交流阻抗技术对内部钢筋锈蚀速率进行准确的判定。
        交流阻抗谱法主要利用交流信号的变化情况对钢筋混凝土表层附着结构进行分析，进而对钢筋混凝土锈蚀速度、锈蚀影响因素、双电层电容、电阻等内容进行分析。在交流阻抗技术实施过程中，首先需根据混凝土钢筋外部特征进行混凝土钢筋简化模型的建立，然后根据频率变化增设一定振幅的正弦波，一般约为8Hz，最后对钢筋混凝土锈蚀程度进行详细判定。需要注意的是，为了保证钢筋锈蚀程度检测的精确度，可根据频率的变化采用不同的计算方法。如在进行低频段钢筋锈蚀程度检测时可采用实际极化电阻的测量方法，而在进行最高频段钢筋锈蚀程度检测时可采用溶液电阻测试方法，在中间频率阶段钢筋锈蚀程度检测时可进行钢筋表面双层电容的测量。
        2锈蚀控制措施
        （1）钢筋自身质量直接影响了钢筋锈蚀速率，因此在钢筋采购过程中应尽量选用特殊材质的钢筋材料。
        （2）在外部环境施工过程中，基准试件的配合比会影响钢筋锈蚀速度，即其他掺入料一定的情况下，在试件掺加适当的矿物质材料，不仅会促使氯离子抵抗能力提升，而且会促使混凝土钢筋强度得到有效的提升。因此在混凝土配比施工过程中，可控制矿渣等掺入料与其他矿物质材料的比例，尽量降低混凝土外加剂、掺和剂的应用程度，降低混凝土内部氯离子含量，保证施工质量。
        （3）混凝土构件制作的规范性与否也直接影响了钢筋锈蚀速率，在实际施工过程中施工人员可在明确水泥等基础配料用量的前提下，依照工程规范进行合理规划设计并利用搅拌机等设备保证混凝土拌合的均匀度，然后在振动压实过程中，应在相关工序操作完毕后进行静置养护处理，一般为1个月左右。
        结束语
        综上所述，钢筋混凝土锈蚀情况的出现，严重影响了路桥工程的安全稳定性。因此在钢筋混凝土施工过程中，施工管理人员应根据钢筋锈蚀检测需求及已有检测设备确定合理的钢筋检测技术应用，然后采取相应的维护措施，在降低钢筋损伤程度的同时，保证钢筋使用性能，为路桥工程的顺利、平稳运行提供保障。
        参考文献：
        [1]姜宏.路桥工程中钢筋混凝土腐蚀及防护探讨[J].全面腐蚀控制，2019（5）：112-113.
        [2]兰博.浅谈混凝土中钢筋锈蚀的检测方法[J].建筑与装饰，2019（1）：：174.