水工混凝土中鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一個(gè)重要問題，也是水工建筑物安全鑒定過程中經(jīng)常遇到的問題。結(jié)合工程結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)實(shí)踐，介紹了運(yùn)用半電池電位法對(duì)水工混凝土中鋼筋銹蝕進(jìn)行檢測(cè)的原理、方法、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則及應(yīng)用效果，并對(duì)提高混凝土中鋼筋銹蝕檢測(cè)的可靠性進(jìn)行了探討。 
PS-6型鋼筋銹蝕儀,鋼筋銹蝕檢測(cè)儀是新一代試驗(yàn)儀器。針對(duì)檢測(cè)混凝土外加劑對(duì)鋼筋銹蝕的性能試驗(yàn)，以確保正確使用合格外加劑，保證鋼筋混凝土建筑的質(zhì)量和安全。
PS-6型鋼筋銹蝕測(cè)量?jī)x符合《GB8076-1997混凝土外加劑》和《JC475-92混凝土防凍劑》標(biāo)準(zhǔn)的使用要求。試驗(yàn)結(jié)果具有科學(xué)性、一致性和可靠性。本儀器精度高、重現(xiàn)性好、靈敏可靠、操作作用簡(jiǎn)便、壽命長(zhǎng)?？捎糜诟鞣N工況條件下的腐蝕測(cè)量，尤其是混凝土中的鋼筋測(cè)量。
適于工程質(zhì)量監(jiān)督站、建筑公司、混凝土攪拌站、外加劑廠、構(gòu)件廠、科研院所及高等院校從事評(píng)定混凝土外加劑、工業(yè)測(cè)量、失效分析、科學(xué)研究、教學(xué)實(shí)驗(yàn)和新產(chǎn)品開發(fā)及各種測(cè)量用。本儀器已在建筑行業(yè)應(yīng)用多年，售往全各個(gè)省市， 深受各省市建筑行業(yè)的高度贊賞和肯定，應(yīng)用性能甚佳。
技術(shù)參數(shù)：
恒電位控制范圍： -1.999V~+1.999V 。
恒電位控制誤差：≤1mV 。
輸出電流測(cè)量范圍：0~±1.999mA、0~±19.99mA、0~±199.9mA 。
輸出槽壓： 0~±10V 。
恒電流控制范圍：0~±1.999mA、0~±19.99mA、0~±199.9mA 。
輸出電位測(cè)量范圍：-1999V~+1999V 。
電位測(cè)量誤差： ≤ ±1%，加減末位1個(gè)字 。
電流測(cè)量精度： ≤ ±1%，加減末位1個(gè)字 。
輸入阻抗： >1010>Ω 。
響應(yīng)速度： ≤5μs 。
功耗： ≤20W 。
外形尺寸： 340×300×120mm3 。 約7kg
1 鋼筋銹蝕對(duì)結(jié)構(gòu)的影響 水工混凝土中鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一個(gè)重要問題，也是水工建筑物安全鑒定過程中經(jīng)常遇到的問題。多年來，許多水利工程由于耐久性不良引起的工程損壞事例不斷發(fā)生，由此帶來的工程損失和處理費(fèi)用也迅速增加，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失已不可忽視。在水工建筑物安全鑒定過程中，常遇到大壩、水閘、渡槽、橋梁等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)因鋼筋銹蝕引起的混凝土膨脹開裂，混凝土保護(hù)層脫落的現(xiàn)象很多，使得結(jié)構(gòu)承載力下降，有些危及安全，必須引起高度重視。
鋼筋銹蝕對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能的影響主要體現(xiàn)在三方面。其一，鋼筋銹蝕直接使鋼筋截面減小，從而使鋼筋的承載力下降，極限延伸率減少；其二，鋼筋銹蝕產(chǎn)生的體積比銹蝕前的體積大得多（一般可達(dá)2～3倍），體積膨脹壓力使鋼筋外圍混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，發(fā)生順筋開裂，使結(jié)構(gòu)耐久性降低；其三，鋼筋銹蝕使鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力下降。因此，鋼筋銹蝕對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力和適用性都造成了嚴(yán)重影響，由此帶來的維修與加固費(fèi)用也是相當(dāng)昂貴的。為此，結(jié)合水工建筑物安全檢測(cè)實(shí)踐，開展了水工混凝土中鋼筋銹蝕檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用研究，目的是為水工建筑物的安全評(píng)價(jià)提供科學(xué)的依據(jù)。
2 檢測(cè)原理及方法
2.1 檢測(cè)原理
關(guān)于混凝土中鋼筋銹蝕狀態(tài)的無損檢測(cè)，目前，內(nèi)外只能進(jìn)行定性測(cè)量，常用的方法是半電池電位法。鋼筋在混凝土中銹蝕是一種電化學(xué)過程。此時(shí)，在鋼筋表面形成陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)。在這些具有不同電位的區(qū)域之間，混凝土的內(nèi)部將產(chǎn)生電流。鋼筋和混凝土的電學(xué)活性可以看作是半個(gè)弱電池組，鋼的作用是一個(gè)電極，而混凝土是電解質(zhì)，這就是半電池電位檢測(cè)法的名稱來由。
一、鋼筋銹蝕機(jī)理
鋼筋混凝土中鋼筋發(fā)生銹蝕主要是電化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。混凝土澆注后，水泥的水化反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)堿環(huán)境，鋼筋會(huì)在該環(huán)境中發(fā)生氧化反應(yīng)（又稱鈍化反應(yīng)），從而在鋼筋的外表面產(chǎn)生一層致密的氧化層，就是常說的鈍化膜。完整的鈍化膜能夠?qū)摻詈屯獠凯h(huán)境隔離開來，阻止鋼筋的銹蝕。
當(dāng)混凝土受外力破壞或化學(xué)侵蝕造成鈍化膜局部消失時(shí)，失去保護(hù)的鋼筋在具有氧氣和水的環(huán)境中就會(huì)逐漸發(fā)生銹蝕。主要有以下幾種常見的因素：
1、氯化物
氯化物滲透到鋼筋表面后，C1-的局部酸化作用使鋼筋表面PH值下降，導(dǎo)致鈍化膜的破壞。
2、酸性環(huán)境
混凝土處于酸性環(huán)境中時(shí)，離子滲透作用會(huì)逐漸改變鋼筋周圍的PH環(huán)境，當(dāng)PH值低于10的時(shí)候，鈍化膜被加速破壞，銹蝕發(fā)生。
3、碳化
混凝土碳化反映是環(huán)境氣體中的二氧化碳向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，當(dāng)混凝土中含有水分時(shí)，產(chǎn)生酸性環(huán)境，造成銹蝕發(fā)生的可能。
4、應(yīng)力
一般混凝土構(gòu)件都是用來承受壓力、拉力、剪切力等力的作用。當(dāng)應(yīng)力作用使鋼筋表面發(fā)生裂紋，就會(huì)導(dǎo)致鈍化膜的破壞，而且鋼筋周圍沒有從新產(chǎn)生鈍化膜的強(qiáng)堿環(huán)境時(shí)，鋼筋失去保護(hù)，會(huì)加速鋼筋的銹蝕。
二、鋼筋銹蝕檢測(cè)技術(shù)
長(zhǎng)期以來，內(nèi)外一直都在研究鋼筋銹蝕檢測(cè)的方法，目前主要有以下幾種：
1、電化學(xué)法
電化學(xué)法是根據(jù)鋼筋銹蝕的電化學(xué)特性，通過一定的檢測(cè)方法來測(cè)定電參數(shù)，總結(jié)不同銹蝕情況下相應(yīng)的規(guī)律，從而確定鋼筋的銹蝕程度或速度。目前該類方法主要有自然電位法、交流阻抗法、線性極化法、混凝土表面電阻率法、恒電量法、電化學(xué)噪聲法等。
1.1自然電位法
自然電位法是現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的鋼筋銹蝕檢測(cè)方法。把鋼筋混凝土作為電極，通過測(cè)量鋼筋電極和參考電極的相當(dāng)電勢(shì)來判斷鋼筋的銹蝕情況。
自然電位法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。缺點(diǎn)是只能定性的判定鋼筋銹蝕的可能程度，不能定量測(cè)量鋼筋銹蝕比例；在混凝土表面有緣體覆蓋或不能用水浸潤(rùn)的情況下不能使用該種方法進(jìn)行測(cè)試。
1.2交流阻抗法
交流阻抗法是對(duì)混凝土構(gòu)件施加一個(gè)小的交流信號(hào)，通過測(cè)量和對(duì)比輸入與輸出信號(hào)振幅及相位之間的關(guān)系來判斷混凝土電極體系的性質(zhì)。它不僅可以確定出電極的各種電化學(xué)參數(shù)，而且可以確定出電化學(xué)反映的控制步驟。通過交流阻抗譜隨時(shí)間的演變也可以研究電極過程的變化規(guī)律。該方法的缺點(diǎn)是，測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，儀器設(shè)備也比較昂貴，對(duì)低速率銹蝕體系需要低頻交流信號(hào)，測(cè)量也有一定的困難；分析方法復(fù)雜，測(cè)量的阻抗譜與構(gòu)件的幾何尺寸有關(guān)，不適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
1.3線性極化法
線性極化法以過電位很小時(shí)（<10mV）過電位與極化電流呈線性關(guān)系作為理論依據(jù)。通過向測(cè)量區(qū)域施加一個(gè)小電流，測(cè)量該電流引起的電位變化，電位變化量與電流之比稱為極化電阻，極化電阻與銹蝕電流成反比。因此測(cè)定出極化電阻可以求得極化電流，根據(jù)法拉第定律可以將極化電流轉(zhuǎn)換為鋼筋的損失量。該方法測(cè)量方便快捷、測(cè)試精度較高。缺點(diǎn)是：現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件的計(jì)算系數(shù)不容易準(zhǔn)確測(cè)定；線性極化測(cè)量是建立在已知測(cè)量范圍的基礎(chǔ)上，由于測(cè)量時(shí)輸入信號(hào)會(huì)發(fā)生側(cè)向擴(kuò)散，很難準(zhǔn)確界定測(cè)量范圍的大??；儀器精度要求很高。
1.4混凝土表面電阻率法
鋼筋銹蝕發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電子的遷移，從而在混凝土表面發(fā)生電子分布差異，通過測(cè)量混凝土表面的電阻率分布情況判斷鋼筋的銹蝕可能性。該方法受混凝土表面水分含量和化學(xué)成分的影響。
2、物理法
主要是通過測(cè)定與鋼筋銹蝕相關(guān)的電阻、電磁、熱傳導(dǎo)、聲波傳播等物理特性的變化來反映鋼筋的銹蝕狀況。常用方法有電阻棒法、渦流探測(cè)法、射線法、聲發(fā)射探測(cè)法等。該類方法的優(yōu)點(diǎn)是操作方便，受環(huán)境的影響較小。缺點(diǎn)是容易受到混凝土中其它損傷因素的干擾；而且建立物理測(cè)定指標(biāo)和鋼筋銹蝕量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系比較困難。物理法目前主要處于理論研究階段，未見用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。
三、半電池自然電位法檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)
位于離子環(huán)境中的鋼筋可以視為一個(gè)電極，銹蝕反應(yīng)發(fā)生后，鋼筋電極的電勢(shì)發(fā)生變化，電位大小直接反映鋼筋銹蝕情況。*，電池是一個(gè)陰極和一個(gè)陽(yáng)極構(gòu)成，鋼筋電極只具有電池的一半特征，所以被稱為半電池。在混凝土表面放置一個(gè)電勢(shì)恒定的參考電極（硫酸銅電極或氯化銀電極），和鋼筋電極構(gòu)成一個(gè)電池體，就可以通過測(cè)定鋼筋電極和參考電極之間的相對(duì)電勢(shì)差得到鋼筋電極的電位分布情況?？偨Y(jié)電位分布和鋼筋銹蝕間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，就可以通過電位測(cè)量結(jié)果判定鋼筋銹蝕情況。
該方法操作簡(jiǎn)單、測(cè)試速度快，便于連續(xù)測(cè)量和長(zhǎng)時(shí)間跟蹤，在各應(yīng)用都比較廣泛，也是目前內(nèi)使用多的測(cè)試方法。
四、半電池自然電位法的應(yīng)用
依據(jù)GB/T50344-2004《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的電化學(xué)測(cè)定方法（自然電位法），智博聯(lián)公司研制出的鋼筋銹蝕檢測(cè)設(shè)備“ZBL-C310鋼筋銹蝕檢測(cè)儀”，采用極化電極原理，通過銅/硫酸銅參考電極來測(cè)量混凝土表面電位，利用通用的自然電位法判定鋼筋銹蝕程度；
該產(chǎn)品具有圖形化測(cè)試界面，測(cè)量直觀、便捷；自動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，幫助用戶判定等特點(diǎn)。技術(shù)指標(biāo)與外同類儀器相當(dāng)：測(cè)量范圍±1000mv，分辨率1mV。
其主要性能特點(diǎn)如下：
1.操作簡(jiǎn)便，測(cè)試結(jié)果以數(shù)字或圖形方式顯示；
2.測(cè)點(diǎn)讀數(shù)快速而穩(wěn)定，電位讀數(shù)變動(dòng)不超過2mv；
3.鋼筋銹蝕程度分9級(jí)灰度或色彩顯示；
4.繪制電位等值線圖，等值線差值可設(shè)置（50mv～100mv）;
5.強(qiáng)大的專業(yè)分析處理軟件，可自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告初稿。
半電池電位法是利用“Cu＋CuSO4飽和溶液”形成的半電池與“鋼筋＋混凝土”形成為半電池構(gòu)成一個(gè)全電池系統(tǒng)。由于“Cu＋CuSO4飽和溶液”的電位值相對(duì)恒定，而混凝土中鋼筋因銹蝕產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)將引起全電池的變化。因此，電位值可以評(píng)估鋼筋銹蝕狀態(tài)。
2.2 檢測(cè)方法
檢測(cè)前，先配制Cu＋CuSO4飽和溶液。半電池電位法的原理要求混凝土成為電解質(zhì)，因此必須對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行預(yù)先潤(rùn)濕。采用95ml家用液體清潔劑加上19L飲用水充分混合構(gòu)成的液體潤(rùn)濕海綿和混凝土結(jié)構(gòu)表面。檢測(cè)時(shí)，保持混凝土濕潤(rùn)，但表面不存有自由水。
將CANIN鋼筋銹蝕測(cè)定儀的一端與混凝土表面接觸，另一端與鋼筋相連，當(dāng)鋼筋露出結(jié)構(gòu)以外時(shí)，可以方便地直接連接。否則，需要先利用鋼筋定位儀的無損檢測(cè)方法確定一根鋼筋的位置，然后鑿除鋼筋保護(hù)層部分的混凝土，使鋼筋外露，再進(jìn)行連接。連接時(shí)要求打磨鋼筋表面，除去銹斑。根據(jù)半電池電位法的測(cè)試原理，為了保證電路閉合以及鋼筋的電阻足夠小，測(cè)試前應(yīng)該使用電壓表檢查測(cè)試區(qū)內(nèi)任意兩根鋼筋之間的電阻小于1.
檢測(cè)時(shí)，根據(jù)用鋼筋定位儀測(cè)定的鋼筋分布確定測(cè)線及測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)的間距為10～20cm.用CANIN鋼筋銹蝕測(cè)定儀逐個(gè)讀取每條測(cè)線上各測(cè)點(diǎn)的電位值，在少觀察5min時(shí)，電位讀數(shù)保持穩(wěn)定浮動(dòng)不超過±0.02V時(shí)，即認(rèn)為電位穩(wěn)定，可以記錄測(cè)點(diǎn)電位。 3 評(píng)價(jià)準(zhǔn)則
根據(jù)美標(biāo)準(zhǔn)《混凝土中鋼筋的半電池電位實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（ANSI／ASMC76－80）和交通部公路研究院、中建筑科學(xué)研究院等單位的研究成果以及大量的現(xiàn)場(chǎng)直觀檢查驗(yàn)證情況，混凝土中鋼筋銹蝕狀態(tài)判據(jù)
（1）電位＞－150mV時(shí)，鋼筋狀態(tài)完好。
4 應(yīng)用實(shí)例
幾年來，在水利工程結(jié)構(gòu)安全無損檢測(cè)中，應(yīng)用CANIN鋼筋銹蝕測(cè)定儀分別對(duì)華新套閘、新港水閘、前衛(wèi)水閘、創(chuàng)建水閘、朱泖河套閘、大浦閘、小礫山排灌站等工程混凝土中鋼筋銹蝕狀態(tài)進(jìn)行了無損檢測(cè)?，F(xiàn)將混凝土中鋼筋銹蝕所處狀態(tài)幾種典型的檢測(cè)結(jié)果分別介紹如下。
4.1 處于完好狀態(tài)的鋼筋
朱泖河套閘下閘左中墩上游面混凝土鋼筋銹蝕電位測(cè)試結(jié)果見表1.在檢測(cè)結(jié)構(gòu)表面抽檢了28個(gè)測(cè)點(diǎn)，電位范圍－22mV～－136mV，平均電位－65.9mV，鋼筋處于完好狀態(tài)。測(cè)試后對(duì)某一檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了鑿除對(duì)比檢查，檢查結(jié)果為鋼筋狀態(tài)完好，未銹蝕。
4.2 處于局部銹蝕、全面銹蝕狀態(tài)的鋼筋
華新套閘上閘左下游門槽下游面混凝土鋼筋銹蝕電位測(cè)試結(jié)果見表2.在檢測(cè)結(jié)構(gòu)表面抽檢了27個(gè)測(cè)點(diǎn)，電位范圍－150mV～－257mV，平均電位－195mV，鋼筋基本處于局部銹蝕狀態(tài)，部分處于全部銹蝕狀態(tài)。測(cè)試結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的混凝土碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度變化規(guī)律基本一致，即混凝土碳化深度越深，鋼筋保護(hù)層厚度越薄，則混凝土鋼筋銹蝕電位負(fù)值越大。
4.3 處于全面銹蝕、嚴(yán)重銹蝕狀態(tài)的鋼筋
新港水閘右橋面板底部下游側(cè)混凝土鋼筋銹蝕電位測(cè)試結(jié)果見表3.在檢測(cè)結(jié)構(gòu)表面抽檢了21個(gè)測(cè)點(diǎn)，電位范圍－202mV～－335mV，平均電位－259.3mV，鋼筋基本處于全面銹蝕狀態(tài)，局部處于嚴(yán)重銹蝕狀態(tài)。在鋼筋處于嚴(yán)重銹蝕狀態(tài)的地方混凝土表面疏松開裂，混凝土保護(hù)層很容易地剝落，打開混凝土保護(hù)層，里面鋼筋銹蝕十分嚴(yán)重，鋼筋銹蝕層較厚且容易剝落，經(jīng)測(cè)量計(jì)算鋼筋的有效截面積只為原始截面積的60％左右，將嚴(yán)重地危及結(jié)構(gòu)的安全。
5 幾點(diǎn)討論
半電池電位法在檢測(cè)水工混凝土鋼筋銹蝕狀態(tài)已獲得了廣泛的應(yīng)用，但要運(yùn)用該方法很好地解決工程中的實(shí)際問題，還必須努力提高半電池電位法檢測(cè)混凝土鋼筋銹蝕狀態(tài)的可靠性。結(jié)合工程安全檢測(cè)實(shí)踐作幾點(diǎn)探討。
?。?）半電池電位法檢測(cè)混凝土鋼筋銹蝕狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)的結(jié)構(gòu)，半電池電位才會(huì)隨著潤(rùn)濕程度逐漸穩(wěn)定下來。為了加強(qiáng)潤(rùn)濕劑的滲透效果，縮短潤(rùn)濕結(jié)構(gòu)所需要的時(shí)間，采用少量家用液體清潔劑加飲用水的混合液潤(rùn)濕結(jié)構(gòu)效果較好，僅需約15min時(shí)間就可以達(dá)到電位穩(wěn)定。
?。?）應(yīng)結(jié)合工程安全檢測(cè)，開展對(duì)比檢查分析。將鋼筋銹蝕狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果與混凝土碳化深度檢測(cè)及鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從中找出相關(guān)關(guān)系。同時(shí)對(duì)少量測(cè)點(diǎn)鑿除對(duì)比檢查，積累經(jīng)驗(yàn)，從而提高評(píng)價(jià)鋼筋銹蝕狀態(tài)的可靠性。
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