桥梁混凝土中钢筋锈蚀评定方法研究.pdf

2015年10月第10期
城市道桥与防洪
科技研究165
桥梁混凝土中钢筋赟蚀评定方法研究
李艳12
(1.同济大学,上海市200092;2.上海市政工程检测中心有限公司,上海市201114
摘要:阐述了结构混凝土中钢筋锈蚀的原理及无损检测方法,结合《公路桥梁承载能力检测评定规程》( TTG/T T21-2011)对钢
筋锈蚀无损检测方法中综合分析法的评定方法进行研究,利用模糊判断矩阵得出影响钢筋銹蚀的影响因素的权重,并计算钢筋
銹蚀的评定标度,从而对该方法进行了量化。结合具体桥梁实际工程,验证了方法的可行性,为工程实际应用提供参考。
关键词:桥梁结构混凝土;钢筋銹蚀无损检测;综合分析法;模糊判断矩阵;量化研究
中图分类号:U445.73
文献标志码:A
文章编号:1009-7716(2015)10-0165-0
0引言
过程。钢筋腐蚀是由于在混凝土中形成了腐蚀微
电池:阳极是进行氧化反应的金属,即发生锈蚀的
近年来,混凝土结构的耐久性问题成为了结构钢筋部位,失去电子,阴极进行还原反应,得到电
工程学科研究的热点和重点,受到工程界的普遍关子,电解液是混凝土的孔溶液,传输电子,使阴极
注和重视。钢筋锈蚀是耐久性研究中的核心问题,和阳极连接起来
在使用期间对结构进行锈蚀检测、评估,不仅是工
由腐蚀电池的电化学反应过程可以看出,钢
程建设安全的要求,也是结构寿命预测的一个重要筋的锈蚀即腐蚀电池的发生需要三个条件:第一,
环节。
腐蚀电池阳极和阴极的存在;第二,混凝土保护层
钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构性能的影响主要被碳化到钢筋表面,失去了对钢筋的保护作用;第
体现在三方面。其一,钢筋锈蚀直接使钢筋截面减三,钢筋表面必须有电化学反应和离子扩散所需
小,从而使钢筋的承载力下降,极限延伸率减少;要的水和氧气。
其二,钢筋锈蚀产生的体积比锈蚀前的体积大得
混凝土的高碱性在钢筋表面形成一层致密的
多(一般可达2~3倍),体积膨胀压力使钢筋外围钝化膜,有效保护钢筋,所以在正常情况下混凝土
混凝土产生拉应力,发生顺筋开裂,使结构耐久性中的钢筋不会锈蚀。
降低;其三,钢筋锈蚀使钢筋与混凝土之间的粘结
力下降。因此,钢筋锈蚀对结构的承载力和适用2钢筋锈蚀状况无损检测方法
性都造成了严重影响,由此带来的维修与加固费
由钢筋发生锈蚀的原理以及发生锈蚀需要的
用也是相当昂贵的。因此,检测结构混凝土中钢筋三个条件,归纳出钢筋锈蚀的无损检测方法主要分
的锈蚀状况是一项重要的参数
为三类:综合分析法、物理检测法、电化学检测法叫。
本文对结构混凝土钢筋锈蚀无损检测的评定方
综合分析法:根据现场实测的钢筋直径、保护
法进行探讨,针对综合分析法带有一定的主观性,且层厚度、混凝土强度、有害离子的浸人深度及其含
依赖一定的实际工程经验的缺点,提出对其进行量量、纵向裂缝宽度等数据,综合考虑构件所处的环
化的办法,结合具体工程实际,验证方法的可行性,境情况推断钢筋腐蚀程度。
为工程实际中应用提供有实用价值的参考。
物理方法:主要通过测定钢筋引起电阻、电磁、
1钢筋发生锈蚀的原理
热传导、声波传播等物理特性的变化来反映钢筋腐
蚀情况,主要方法有电阻探针法、X光照相法、涡流
钢筋的锈蚀是指钢筋接触到周围的气体或液探测法、射线法、红外线热像法、声发射探测法等
体后发生化学反应而使金属(或合金)腐蚀损耗的目前国内外的物理方法还停留在实验室阶段。
电化学方法:混凝土中钢筋腐蚀是一个电化
收稿日期:2015-05-21
作者简介:李艳(1982-),女,河南遂平人,工程师,从事桥梁检
学过程,电化学测量是反映其本质过程的有力手
测工作。
,与分析法或物理法相比,电化学方法还有测试
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速度快、灵敏度高、可连续跟踪和原位测量等优点,3.2计算各影晌因素的权值
因而电化学检测方法得到了很大的重视和发展。
采用模糊一致矩阵法确定出综合分析法的各
主要方法有半电池电位法、线性极化电阻法、交流种影响因素的权重W,进而得出评定钢筋锈蚀的
阻抗谱法、恒电流脉冲法、扫描参比电极方法等。方法,?。
3综合分析法量化研究
模糊判断矩阵B表示针对上一层某元素,本
层次与之有关元素之间相对重要性的比较,构造
目前检测方法大都只能检测单个方面的因时采用“0-1”"标度法。模糊判断矩阵中隐含了各因
素,检测结果判定的是发生锈蚀的概率(可能性)素指标的权值,B中元素b;与权值W2和W;的关
或速率,而不能定量反映锈蚀后的有效截面积和系为:
发生锈蚀后的使用寿命。往往需要多种方法结合,
b=a(W-W)+0.5
综合各种因素并配合剔凿法验证,分析判断钢筋
权值W;的计算公式为
銹蚀的状况。因此,综合分析法是判断钢筋锈蚀状
况的重要手段。
∑
れ∠xnk=1
综合分析法的优点是快速、经济,而且在桥梁式中:a为满足Qラ“2
的参数
的定期结构检查和特殊检査中,包含了对结构混
凝土周边环境,混凝土质量,碳化深度,保护层厚
根据上述模糊判断矩阵理论和公式,依据大
度、强度,有害离子的含量,纵向裂缝的检查和检量工程实际经验和向专家咨询,判断每个因素对
测,在这些因素检测结果的基础之上,对钢筋锈蚀钢筋锈蚀的重要程度,计算得出表1中所列的判
状况的锈蚀分析就更加方便、快速和经济。
断矩阵及权值W:的计算结果。
综合分析法也有它的缺点,该方法是一种定
表1模糊一致判断矩阵
性的测量方法,对材料损失不能提供定量的评价,
Bb
b
同时,缺乏灵敏度,还带有一定的主观性,依赖
b10.50.50.70.30.20.20.60.12
定的实际工程经验。因此,目前常常作为锈蚀检査
b20.50.50.70.30.20.20.60.12
方法的一种辅助手段。
b30.30.30.50.20.10.10.40.07
基于综合分析法显著的优点和缺点,本文提
出一种对该方法进行定量的办法,克服其不能提
b。0.70.70.80.50.40.40.80.18
供定量评价、主观、依赖经验的缺点,指导没有丰
bs0.80.80.90.60.0.50.90.2
富工程经验的检测人员,应用该方法对桥梁结构
0.80.90.60.50.50.90.21
混凝土中钢筋锈蚀状况进行分析。
b10.40.40.60.20.10.10.50.09
3.1确定影响锈蚀的因素
依据混凝土中钢筋锈蚀发生的机理,结合3.3锈蚀评价方法
公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTGT
首先按照《公路桥梁承载能力检测评定规程》
J21-2011)以及大量工程实践,综合众多影响钢筋
(JTC/TJ21-2011)对桥梁混凝土进行现场检测,根
锈蚀的因素,从其中筛选出影响最大且最常见的据检测结果按表2确定每个锈蚀因素的E值,再
结合模糊判断矩阵计算得出的W:按照表3的公
七种因素,它们分别是:周边环境、混凝土质量
式计算出桥梁结构混凝土钢筋銹蚀评定标度E,最
碳化深度、保护层厚度、强度、有害离子的含量、后由E和E值按表4确定钢筋锈蚀等级