钢筋腐蚀现象与原因分析
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作者: 康有桂
【摘 要】经现场结构检测与环境分析，发现混凝土保护层的施工质量及偏差是引起目前钢筋腐蚀的主要原因。但由于结构设计中对水位高的氯离子环境作用考虑不足，混凝土保护层设计厚度偏低，将来可能引起钢筋大面积腐蚀，进而使该钢筋混凝土结构安全性失效。
【关键词】混凝土；结构；锈蚀
一、结构检测与分析
（1）混凝土保护层厚度。采用保护层厚度测定仪测试，并在部分测点进行微破损校核。测试区尽量不包含混凝土胀裂区以及钢筋裸露处。（2）混凝土碳化深度，混凝土碳化深度采用钻孔后，喷酚酞显色测定。泵房分为贝壳覆盖区、潮差区及大气区进行测定。（3）混凝土氯离子含量，采用全自动电位滴定法测试混凝土中水溶性氯离子浓度。混凝土样品分为不接触水与接触水两种。氯离子浓度值均为占混凝土水泥质量的百分比（依据配合比记录），其中混凝土容重取2350kg/m3，水泥用量320kg/m3。不接触水的样品源自混凝土取芯样（内部混凝土）。泵房、燃料厂房及辅助厂房共测试了32个样品，水溶性氯离子浓度平均值为0.4‰。接触水的样品采用电锤在混凝土不同深度（0mm～30mm）取样。（4）混凝土氯离子扩散系数，混凝土氯离子扩散系数采用RCM快速方法测定，泵房、燃料厂房及辅助厂房墙体混凝土氯离子扩散系数检测。
二、原因分析与预测
1．环境作用与分析。（1）环境数据。水氯离子浓度经取样分析获得的水氯离子浓度为1.79%（质量百分比）。温度与湿度依据该工业建筑所属公司的监测数据。CO2浓度经测得该工业建筑室外环境大气CO2浓度为447×10-6。（2）环境作用分析。主要对该工业建筑泵房、燃料厂房及辅助厂房进行分析。其中，泵房位于高水位处，建筑物内分为两个区域：鼓型滤网区（包括消防水池）和水泵区。外墙±0.00以下为钢筋混凝土结构，±0.00以上为钢结构，压型钢板墙面。室内地下地上各房间为钢筋混凝土结构。墙体为钢筋混凝土结构，受高水位影响。辅助厂房墙体为钢筋混凝土结构。
2．混凝土劣化与钢筋腐蚀原因。混凝土的高碱度环境使其中的钢筋处于钝化状态，一般条件下可免于锈蚀。当混凝土被碳化或氯离子在钢筋表面累积到一定浓度，钢筋将失钝并开始锈蚀。由碳化深度测试数据可知，最大碳化深度值为15mm，平均值为0.5mm～4.5mm，以混凝土保护层最小设计厚度30mm考虑，经过十几年的服役时间，碳化作用不会引起混凝土中钢筋腐蚀，更不会引起混凝土胀裂甚至剥落。混凝土中的氯离子可分为自由氯离子和固化氯离子。由混凝土氯离子含量测试数据可知，在部分构件的混凝土表面，氯离子浓度较高，在离表面25mm～30mm的混凝土内部，氯离子浓度均低于0.04%，依据相关混凝土标准，远低于氯离子含量限值。可认为，经过十几年的迁移，环境氯离子尚未威胁到处于混凝土良好保护状态下的钢筋。
3．后期预测。由环境作用分析可知，该工业建筑属于高水位氯化物环境，作用等级在C级以上，部分构件达到F级（最严重级别）。依据欧洲标准EN206以及《混凝土结构耐久性设计规范》GB／TS0476.2008得到如下解决措施。（1）处于氯化物环境、作用等级为F、设计使用年限为50年的最低要求为：墙板等面型构件，混凝土强度等级C50，保护层厚度60mm或混凝土强度等级大于C55，保护层厚度55mm；梁柱等条型构件，混凝土强度等级C50，保护层厚度65mm或混凝土强度等级大于C55，保护层厚度60mm。（2）处于氯化物环境、作用等级为E、设计使用年限为50年的最低要求为：墙板等面型构件，混凝土强度等级C45，保护层厚度55mm或混凝土强度等级大于C50，保护层厚度50mm；梁柱等条型构件，混凝土强度等级C45，保护层厚度60mm或混凝土强度等级大于C50，保护层厚度55mm。该工业建筑泵房、燃料厂房及辅助厂房的设计保护层厚度有30mm、50mm等，大部分采用50mm。混凝土设计强度为28.0MPa（法国标准：圆柱体试件强度）。保护层实测平均结果与设计值接近，但偏差较大。对比分析可知，明显达不到现行规范要求的水准。此外。该工业建筑泵房局部构造措施存在不合理处，依据现在对氯离子导致钢筋腐蚀机理的认识，水被认为是腐蚀介质迁移以及腐蚀过程发展的重要媒介。但泵房室内几处局部可见溅出的水在地面残积，加大了氯离子导致钢筋腐蚀的风险。可以预见，除了目前由于混凝土保护层施工质量及偏差导致的混凝土腐蚀外，该工业建筑在设计上对氯离子腐蚀作用考虑不足，将可能引起钢筋出现大面积腐蚀，进而使该钢筋混凝土结构安全性失效。
经过现场检测与分析，该工业建筑出现钢筋腐蚀的主要原因是混凝土保护层施工质量及偏差，致使其没有起到应有的阻止氯离子渗入以及维持钢筋钝化的作用。但该工业建筑在设计上对氯离子腐蚀作用考虑不足，将可能引起钢筋出现大面积腐蚀，进而使该钢筋混凝土结构安全性失效。建议该结构尽早采取措施修复已经破损的结构部分，并采取外涂层等措施阻止环境氯离子进一步渗入混凝土内部，弥补施工质量及结构设计上的不足。
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