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钢筋锈蚀检测技术先容

一、钢筋锈蚀检测技术先容
长期以来,国内外一直都在研究钢筋锈蚀检测的方法,目前主要有以下几种:
1、电化学法
电化学法是根据钢筋锈蚀的电化学特性,通过一定的检测方法来测定电参数,总结不同锈蚀情况下相应的规律,从而确定钢筋的锈蚀程度或速度。目前该类方法主要有自然电位法、交流阻抗法、线性极化法、混凝土表面电阻率法、恒电量法、电化学噪声法等。
1.1自然电位法
自然电位法是现在应用最广泛的钢筋锈蚀检测方法。把钢筋混凝土作为电极,通过测量钢筋电极和参考电极的相当电势来判断钢筋的锈蚀情况。
自然电位法的优点是设备简单、操作方便。缺点是只能定性的判定钢筋锈蚀的可能程度,不能定量测量钢筋锈蚀比例;在混凝土表面有绝缘体覆盖或不能用水浸润的情况下不能使用该种方法进行测试。
1.2交流阻抗法
交流阻抗法是对混凝土构件施加一个小的交流信号,通过测量和对比输入与输出信号振幅及相位之间的关系来判断混凝土电极体系的性质。它不仅可以确定出电极的各种电化学参数,而且可以确定出电化学反映的控制步骤。通过交流阻抗谱随时间的演变也可以研究电极过程的变化规律。该方法的缺点是,测量时间较长,仪器设备也比较昂贵,对低速率锈蚀体系需要低频交流信号,测量也有一定的困难;分析方法复杂,测量的阻抗谱与构件的几何尺寸有关,不适合现场测试。
1.3线性极化法
线性极化法以过电位很小时(<10mV)过电位与极化电流呈线性关系作为理论依据。通过向测量区域施加一个小电流,测量该电流引起的电位变化,电位变化量与电流之比称为极化电阻,极化电阻与锈蚀电流成反比。因此测定出极化电阻可以求得极化电流,根据法拉第定律可以将极化电流转换为钢筋的损失量。该方法测量方便快捷、测试精度较高。缺点是:现场构件的计算系数不容易准确测定;线性极化测量是建立在已知测量范围的基础上,由于测量时输入信号会发生侧向扩散,很难准确界定测量范围的大小;仪器精度要求很高。
1.4混凝土表面电阻率法
钢筋锈蚀发生时,会产生电子的迁移,从而在混凝土表面发生电子分布差异,通过测量混凝土表面的电阻率分布情况判断钢筋的锈蚀可能性。该方法受混凝土表面水分含量和化学成分的影响。
2、物理法
主要是通过测定与钢筋锈蚀相关的电阻、电磁、热传导、声波传播等物理特性的变化来反映钢筋的锈蚀状况。常用方法有电阻棒法、涡流探测法、射线法、声发射探测法等。该类方法的优点是操作方便,受环境的影响较小。缺点是容易受到混凝土中其它损伤因素的干扰;而且建立物理测定指标和钢筋锈蚀量之间的对应关系比较困难。物理法目前主要处于理论研究阶段,未见用于现场检测。

二、半电池自然电位法检测的优点
位于离子环境中的钢筋可以视为一个电极,锈蚀反应发生后,钢筋电极的电势发生变化,电位大小直接反映钢筋锈蚀情况。众所周知,电池是一个阴极和一个阳极构成,钢筋电极只具有电池的一半特征,所以被称为半电池。在混凝土表面放置一个电势恒定的参考电极(硫酸铜电极或氯化银电极),和钢筋电极构成一个电池体,就可以通过测定钢筋电极和参考电极之间的相对电势差得到钢筋电极的电位分布情况。总结电位分布和钢筋锈蚀间的统计规律,就可以通过电位测量结果判定钢筋锈蚀情况。
该方法操作简单、测试速度快,便于连续测量和长时间跟踪,在各国应用都比较广泛,也是目前国内使用最多的测试方法。

三、半电池自然电位法的应用
    依据GB/T50344-2004《建筑结构检测技术标准》中的电化学测定方法(自然电位法),智博联企业研制出的钢筋锈蚀检测专用设备“ZBL-C310钢筋锈蚀检测仪”,采用极化电极原理,通过铜/硫酸铜参考电极来测量混凝土表面电位,利用通用的自然电位法判定钢筋锈蚀程度;
该产品具有图形化测试界面,测量直观、便捷;自动对测量结果进行统计,帮助用户判定等特点。技术指标与国外同类仪器相当:测量范围±1000mv,分辨率1mV。
其主要性能特点如下:
1.操作简便,测试结果以数字或图形方式显示;
2.测点读数快速而稳定,电位读数变动不超过2mv;
3.钢筋锈蚀程度分9级灰度或色彩显示;
4.绘制电位等值线图,等值线差值可设置(50mv~100mv);
5.强大的专业分析处理App,可自动生成检测报告初稿。
  半电池电位法是利用“Cu+CuSO4饱和溶液”形成的半电池与“钢筋+混凝土”形成为半电池构成一个全电池系统。由于“Cu+CuSO4饱和溶液”的电位值相对恒定,而混凝土中钢筋因锈蚀产生的化学反应将引起全电池的变化。因此,电位值可以评估钢筋锈蚀状态。
  2.2 检测方法
  检测前,首先配制Cu+CuSO4饱和溶液。半电池电位法的原理要求混凝土成为电解质,因此必须对钢筋混凝土结构的表面进行预先润湿。采用95ml家用液体清洁剂加上19L饮用水充分混合构成的液体润湿海绵和混凝土结构表面。检测时,保持混凝土湿润,但表面不存有自由水。
  将CANIN钢筋锈蚀测定仪的一端与混凝土表面接触,另一端与钢筋相连,当钢筋露出结构以外时,可以方便地直接连接。否则,需要首先利用钢筋定位仪的无损检测方法确定一根钢筋的位置,然后凿除钢筋保护层部分的混凝土,使钢筋外露,再进行连接。连接时要求打磨钢筋表面,除去锈斑。根据半电池电位法的测试原理,为了保证电路闭合以及钢筋的电阻足够小,测试前应该使用电压表检查测试区内任意两根钢筋之间的电阻小于1.
  检测时,根据用钢筋定位仪测定的钢筋分布确定测线及测点,测点的间距为10~20cm.用CANIN钢筋锈蚀测定仪逐个读取每条测线上各测点的电位值,在至少观察5min时,电位读数保持稳定浮动不超过±0.02V时,即认为电位稳定,可以记录测点电位。
  3 评价准则
  根据美国标准《混凝土中钢筋的半电池电位实验标准》(ANSI/ASMC76-80)和交通部公路研究院、中国建筑科学研究院等单位的研究成果以及大量的现场直观检查验证情况,混凝土中钢筋锈蚀状态判据
  (1)电位>-150mV时,钢筋状态完好。
  4 应用实例
  几年来,在水利工程结构安全无损检测中,应用CANIN钢筋锈蚀测定仪分别对华新套闸、新港水闸、前卫水闸、创建水闸、朱泖河套闸、大浦闸、小砾山排灌站等工程混凝土中钢筋锈蚀状态进行了无损检测。现将混凝土中钢筋锈蚀所处状态几种典型的检测结果分别先容如下。
  4.1 处于完好状态的钢筋
  朱泖河套闸下闸首左中墩上游面混凝土钢筋锈蚀电位测试结果见表1.在检测结构表面抽检了28个测点,电位范围-22mV~-136mV,平均电位-65.9mV,钢筋处于完好状态。测试后对某一检测点进行了凿除对比检查,检查结果为钢筋状态完好,未锈蚀。
  4.2 处于局部锈蚀、全面锈蚀状态的钢筋
  华新套闸上闸首左下游门槽下游面混凝土钢筋锈蚀电位测试结果见表2.在检测结构表面抽检了27个测点,电位范围-150mV~-257mV,平均电位-195mV,钢筋基本处于局部锈蚀状态,部分处于全部锈蚀状态。测试结果与现场实测的混凝土碳化深度、钢筋保护层厚度变化规律基本一致,即混凝土碳化深度越深,钢筋保护层厚度越薄,则混凝土钢筋锈蚀电位负值越大。
  4.3 处于全面锈蚀、严重锈蚀状态的钢筋
  新港水闸右桥面板底部下游侧混凝土钢筋锈蚀电位测试结果见表3.在检测结构表面抽检了21个测点,电位范围-202mV~-335mV,平均电位-259.3mV,钢筋基本处于全面锈蚀状态,局部处于严重锈蚀状态。在钢筋处于严重锈蚀状态的地方混凝土表面疏松开裂,混凝土保护层很容易地剥落,打开混凝土保护层,里面钢筋锈蚀十分严重,钢筋锈蚀层较厚且容易剥落,经测量计算钢筋的有效截面积只为原始截面积的60%左右,将严重地危及结构的安全。
  5 几点讨论
  半电池电位法在检测水工混凝土钢筋锈蚀状态已获得了广泛的应用,但要运用该方法很好地解决工程中的实际问题,还必须努力提高半电池电位法检测混凝土钢筋锈蚀状态的可靠性。结合工程安全检测实践作几点探讨。
  (1)半电池电位法检测混凝土钢筋锈蚀状态时,检测的结构,半电池电位才会随着润湿程度逐渐稳定下来。为了加强润湿剂的渗透效果,缩短润湿结构所需要的时间,采用少量家用液体清洁剂加饮用水的混合液润湿结构效果较好,仅需约15min时间就可以达到电位稳定。
  (2)应结合工程安全检测,开展对比检查分析。将钢筋锈蚀状态检测结果与混凝土碳化深度检测及钢筋保护层厚度检测结果进行对比分析,从中找出相关关系。同时对少量测点凿除对比检查,积累经验,从而提高评价钢筋锈蚀状态的可靠性。
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