基于桥梁常规检测的钢筋起锈时间预测方法（论文）.pdf

· 113 · 混凝土结构自建成就难以避免的发生碳化进程，混凝土 的碳化是一种缓慢发展的不可逆行为，在一般大气环境下对 钢筋的锈蚀起主导作用，而钢筋锈蚀会引起混凝开裂，结构 耐久性显著降低，严重时会使钢筋受力性能大打折扣，影响 结构的安全性。因此结构的保护层厚度，混凝土的碳化深度 成为桥梁日常检测的主要工作之一，然而上述检测数据在对 桥梁的耐久性分析及桥梁养护方面难以提供实际操作。 文章结合桥梁的常规检测，分别借助理论经验公式和模 糊评判预测方法，实现在一般大气环境下，对桥梁钢筋锈蚀、 混凝土开裂时间进行预测，从而为桥梁的耐久性分析以及日 常养护提供支持。 1 混凝土碳化与钢筋起锈的关系 钢筋的锈蚀为电化学反应过程，阳极反应产生的多余电 子通过钢筋送往阴极，阴极产生的氢氧根离子通过混凝土的 孔隙及钢筋表面与混凝土间空隙的电解质被送往阳极，形成 一个腐蚀电流闭合回路。随着锈蚀电化学反应的不断进行， 钢筋锈蚀产物增多引起混凝土保护层开裂。通常情况下，混 凝土内部环境呈现碱性。钢筋表面被碱性环境钝化，不易发 生锈蚀，但是混凝土的碳化导致钢筋表面碱性环境被破坏。 文献 [2]对混凝土长期碳化进行了试验研究，对普通硅 酸盐水泥浇筑试块在 28 d的标准养护后在室内进行长期碳化。 室内温度为 20 ±2℃，相对湿度 RH =70 ±20%，二氧化碳平均浓 度为0 .034%。试块在龄期为 0 .5, 1, 2, 5, 10（d）时劈开试块测 试碳化深度，部分自然碳化深度试验结果见表 1。 从表1试验结果表明混凝土的碳化与混凝土自身的龄期、 配合比、强度相关，还与外部试验室的大气温度与湿度相关。 混凝土从外表面开始发生碳化，并随着深度的加深碳化程 度逐渐减弱，已完全碳化的区域与未发生碳化的区域间没有 明显的界限，存在一个部分碳化区过渡区，钢筋的开始锈蚀时， 完全碳化区的深度并未到达钢筋表面。将钢筋表面最靠近保 护层边缘处到完全碳化区深度边缘的距离定义为碳化参量 X， 当碳化深度到达碳化参量时，钢筋起锈。碳化区域的划分如 图1所示。 2 基于公式法的钢筋起锈的时间预测 碳化深度的预测模型可用式（ 1）的形式来表示，引入碳 化系数 k来表示各种因素对碳化速率的影响 ： 表1 碳化深度试验实测值 试件编号 碳化龄期 / 年 水灰比 水泥用量/（kg/m 3） 抗压强度/ MPa 试验实测值 / mm 1 1/2 0.45 400 28.9 1.94 1 0.45 400 28.9 3.10 2 0.45 400 28.9 5.31 5 0.45 400 28.9 7.96 10 0.45 400 28.9 8.75 7 1/2 0.45 280 16.7 4.31 1 0.45 280 16.7 5.89 2 0.45 280 16.7 7.08 5 0.45 280 16.7 11.25 10 0.45 280 16.7 16.61 碳化残量 部分碳化区 未碳化区 完全碳化区 pH=7.5 pH=11.5pH=12.5 保 护 层 表 面 钢筋 图1 混凝土内碳化深度区示意 （1） 式中 ： Xс为混凝土碳化深度，mm； k为碳化系数 ； t为结 构暴露在外界环境中的时间，年。 式（1）中碳化系数 k，采用基于概率统计的牛荻涛模型 [1] 确定，见式（2）： （2） Kj 式中 ： Kmc为计算模式不确定性随机变量 ； Kj为角部修正 系数，边角区取 1.4，边中区取1.0； Kco2为二氧化碳浓度修正系数， 一般大气环境下取 1； Kp为浇筑面修正系数，取 1.2； Ks为混 凝土应力状态影响系数，受压时取 1.0，受拉时取1.1； T为环 境年平均温度（℃）； RH 为环境年平均相对湿度（%）； fcu,k 为 ［摘 要］ 3? ?? o$01o ?? ， 品 ， 亦 划 凹 半 ，了 堵 契 坤 。 ［关键词］ a ? ? o$ ； ； 凯 ［中图分类号］ TU 528bbbbb ［文献标志码］ Abbbbb ［文章编号］ 1001–523X（2017）12–0113–02 Prediction Method in Initial Corrosion Time of Steel Bar Based on Conventional Detection of Bridge He Jun ［Abstract ］In this article ，through carbonization and corrosion of steel bar ，respectively by means of theory of experience formula and the prediction method of fuzzy evaluation ，implementation of general atmospheric corrosion environment for bridge cracking time of prediction ，provide support for the analysis of the durability and daily maintenance of bridges. ［Keywords ］concrete carbonation ；grey-forecasting model ；initial corrosion time of steel bar 基于桥梁常规检测的钢筋起锈时间预测方法 何 俊 （丽水市市政设施管理处，浙江丽水 323000） 收稿日期 ： 2017–02–22 作者简介 ： 何 俊（1984—），男，浙江丽水人，工程师，主要研究方 向为市政混凝土质量。 松 号 ? ~ 6 ' & Roads and Bridges Building Technology Development 44 12 2017?68 ·114 · 混凝土立方体抗压强度（MPa）； mc为混凝土立方体抗压强度 平均