山东华鉴工程检测有限公司
摘要：文章主要针对公路桥梁混凝土中的钢筋受腐蚀的原因进行分析，论述相关检测钢筋混凝土腐蚀的方法，提升相关工程的硬件材料设施，进一步提升工程质量。
关键词：公路桥梁混凝土；钢筋腐蚀检测方法
引言
混凝土材料具有取材方便、抗压强度高、成本较低、可模性好及耐火性好等优点，钢筋有较高的强度、塑性和韧性，钢筋混凝土则结合了混凝土和钢筋各自的优势，被广泛应用于住宅、道路、桥梁和大坝等公共建筑和大型基础设施的建设当中。但是由于材料本身的特性以及其所处环境的复杂性，钢筋混凝土结构在服役期间不可避免地出现各种耐久性问题[5]。
1混凝土钢筋腐蚀的相关原因
有研究表明，在部分的工程当中，混凝土中的钢筋在还未达到设计使用年限时就已经出现了腐蚀等的问题。导致出现问题的原因主要是梁体裂缝、铺装层被破坏等，使得工程质量下降，存在安全隐患。研究发现，造成混凝土强度下降的原因主要是混凝土碳化、钢筋被腐蚀等。上述几类问题出现的根本原因在于自然环境，自然降雨使得雨水、其他有害离子渗入工程结构内部，与钢筋等金属材料产生相关化学反应，导致钢筋受到腐蚀、混凝土碳化。下面进一步探讨公路桥梁混凝土中钢筋腐蚀的具体原因。混凝土在制作过程中运用了大量的石灰和沙石，其中富含大量的氢氧化钙以及少量的钠和钾等其他金属氧化物。混凝土在沙石、石灰成分的影响下，形成了一个较强的碱性环境，在碱性环境的作用条件下，使得混凝土中的钢筋表面能够形成一层致密的钝化膜。这种钝化膜对于混凝土中的钢筋腐蚀是有利的，其能够进一步阻止钢筋混凝土受到外界环境的腐蚀。但由于自然条件或人为因素等其他种种原因。导致外界自然条件中的物质中所富含的氯离子通过混凝土中的气孔，逐步渗入混凝土内部，导致铝离子在混凝土内部大量聚集，渗透到钢筋附近，高含量的氯离子对钢筋表面的钝化膜极为不利，其能够破坏钢筋附近的钝化膜，导致钢筋暴露在易腐蚀的环境中，受到侵蚀。除此之外，在不含有铝离子的条件下，同样存在腐蚀钢筋混凝土的现象。比如在酸性环境条件下，人工施加的除冰剂、酸性降雨或硫化物含量高的地区都会出现酸性环境，导致公路桥梁中的混凝土钢筋受到酸性腐蚀。针对公路桥梁中混凝土钢筋所受到的腐蚀情况，探讨相关的检测方法[4]。
2公路桥梁混凝土中钢筋腐蚀检测方法探讨
2.1分析方案
确定15个墩柱为检测构件，每个墩柱在一个确定位置进行检测，安排3名技术人员用不同的仪器进行检测，共量3次，已知图纸设计保护层为净25mm，允许偏差区间为22~33mm。仪器分辨率用ndc表示，其数值为1.41×σp/σMS取整。如果ndc≥5，则该钢筋位置测定仪的分辨力强[5]；若2≤ndc≤4，则该钢筋位置测定仪性能良好；若ndc=1，说明该仪器只能粗略评价检查的构件钢筋位置是否合格。测量系统分析的另两项重要的指标是重复性及再现性，将σRPT2、σRPD2表示重复性均方差及再现性的均方差，则规定精度就可用σMS=σRPT2+σRPD2表示。令%GageR&R=6σMS/6σTotal=σMS/σTotal，%P/T=6σMS/（USL-LSL），得到%GageR&R及%P/T两个重要参数。根据公路工程精细化施工的水平及目前仪器生产水平，对两项指标的要求并不高，当两项指标小于30%时，就可接受本仪器[6]。同时，根据方差的大小也可以来评定仪器是否可以接受，如果方差的贡献率小于9%，则认为钢筋位置测定仪为合格[3]。
2.2硫酸盐侵蚀对水泥基材料中氯离子结合和扩散速率影响的机理分析
基于以上对四类实验研究的整理，在本节将基于硫酸盐侵蚀对氯离子结合和扩散的影响机理，对各实验结果间存在的问题和争议给出合理的解释。为了后续更好地理解硫酸根离子对氯离子结合效应的影响，这里首先简要介绍一下水泥水化的产物。水泥水化产物主要为水化硅酸钙（C-S-H）、氢氧化钙（CH）及少量的高硫型水化硫铝酸钙（AFt，即钙矾石）和单硫型水化硫铝酸钙（AFm）[70,71]。AFm的晶体结构源自CH，Ca2+被Fe3+或Al3+取代后，需要吸附阴离子（如Cl-、SO42-等）来维持电荷平衡[72,73]。氯离子侵入混凝土后，一部分会与水泥水化产物反应生成Friedel盐，如式(1)所示，而对于硫酸根离子，如式(2)所示。3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O(AFm)+2Cl-→3CaO·Al2O3·CaCl2·10H2O(Friedel盐)+SO42-+2H2O(1)3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O(AFm)+2SO42-+2Ca2++20H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O(AFt)(2)对比公式(1)和(2)可以看出，硫酸根离子与氯离子存在化学反应竞争关系。硫酸根离子易与AFm发生化学反应[74,75]，且生成的AFt比Friedel盐更稳定[76]，所以二种离子共存时，硫酸根离子会优先与水泥水化产物反应。另外，硫酸根离子对Friedel盐的稳定性有很大影响。硫酸根离子会取代Friedel盐中的氯离子，使之分解并最终转化为AFt[57]，释放了被固化的氯离子[77]，反应如式(3)所示。因此，硫酸根离子通过优先与AFm反应和分解Friedel盐这两个方面降低了氯离子的化学结合能力。而对于氯离子的物理吸附，硫酸根离子的作用机理存在争议。C-S-H对硫酸根和氯两种离子吸附的难易程度[57,76]、硫酸钠侵蚀对C-S-H中的Ca/Si的影响[78-80]以及硫酸镁侵蚀对C-S-H的转化作用[57]需要做进一步的研究。3CaO·Al2O3·CaCl2·10H2O(Friedel盐)+2SO42-+2Ca2++22H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O(AFt)+2Cl-(3)而在硫酸盐侵蚀对氯离子的扩散速率的影响上，还没有形成一个较系统的认识。氯离子的扩散速率与硫酸盐对氯离子的结合效应的影响和混凝土的微观结构密切相关。一方面，硫酸根离子对氯离子结合效应的破坏会释放出自由氯离子，孔隙液中浓度梯度的升高会加速氯离子的扩散。但在此过程中发生的化学反应和物理现象也会进一步改变混凝土的组成和结构——孔隙的细化和损伤演化（微裂缝的出现和延展）。硫酸盐对氯离子扩散影响存在争议的原因可能是硫酸盐侵蚀时间过短不能造成混凝土全过程的损伤。结合硫酸盐侵蚀过程的不同阶段，将硫酸盐对氯离子释放和孔隙细化与损伤演化这两个过程对氯离子扩散的叠加效应[2]。
结束语
钢筋位置测定仪是工程中必备的精密仪器，需要很好的日常保养，在仪器使用前，除了必须进行仪器校准外，还需要进行测量系统分析。（1）通过对仪器测量系统分析，分析了仪器的优劣，认为目前该型号的仪器存在的线性偏倚，分辨率、重复性和再现性可以接受，仪器可以作为工程检测。（2）根据分析结果，调整了检测方法，钢筋位置检测数据的准确性得以提升[1]。
参考文献：
[1]张成琳,刘清风.钢筋混凝土中氯盐和硫酸盐耦合侵蚀研究进展[J/OL].材料导报,2022(01):1-21[2021-03-02].
[2]齐宽,王昆,林枝祥.滨海矿山充填假底中钢筋腐蚀行为与防护研究[J/OL].金属矿山:1-15[2021-03-02].
[3]邵加钰.公路桥梁混凝土中钢筋腐蚀检测方法探讨[J].智能城市,2021,7(01):67-68.
[4]林旭梅,刘帅,石智梁.基于改进PSO-FNN算法的钢筋混凝土腐蚀检测研究[J].中国测试,2020,46(12):149-155.
[5]王洪波,彭月恒,欧定福,张占宇.基于MSA技术的溧宁高速公路桥梁构件钢筋位置检测仪器研究[J].山东交通科技,2020(06):107-110.