摘要:本文阐述了钢筋混凝土结构钢筋锈蚀无损检测的方法。具有一定的实用价值。
关键词:钢筋混凝土钢筋锈蚀物理检测
1前言
钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性及受力性能的最主要因素,会造成钢筋力学性能退化、混凝土截面性能损伤、钢筋与混凝土粘结力下降,从而降低了结构的承载能力。
钢筋的锈蚀程度可以用阳极电流密度、失重速率或截面损失速率、锈蚀深度等指标表示,这些指标之间可以按照一定的规则进行相互换算。目前钢筋混凝土中钢筋锈蚀的非破损检测方法(NDT)可以分为物理方法和电化学方法两大类。
2物理检测方法
2.1电阻棒法
电阻棒法是测量因钢筋锈蚀引起的钢筋截面积和表面状态发生变化导致的钢筋电阴值变化,利用导电原理推算钢筋的剩余截面积。由于是测量电阻值,所以会受到温度、湿度等环境因素影响。
2.2射线法
射线法通过拍摄混凝土中钢筋的X射线或C射线照片,直接观察钢筋的锈蚀情况。只适合定性的分析,难以定量分析钢筋的锈蚀量。另外射线对人体有害,使用时需严加防护。
2.3声发射探测法
声发射探测法是利用传感器接收钢筋锈蚀引起周围混凝土开裂释放的应力波,确定钢筋发生锈蚀膨胀的确切位置。声发射法对于探测锈蚀初期,还未形成锈蚀膨胀裂缝的构件的损伤很有帮助。
2.4红外热像法
红外检测是一种非接触无损检测技术,在检测混凝土的蜂窝、测定混凝土中钢筋的位置等方面得到了广泛应用。红外热像法应用于钢筋锈蚀检测是利用了钢筋锈蚀改变了其表面的成分和结构,因而辐射出的红外线能量不同的原理。红外热像法可以避开混凝土中其它损伤的影响。
2.5基于磁场的检测方法
基于磁场的检测钢筋锈蚀损伤的方法是利用钢筋的铁磁属性,通过探测钢筋缺陷引起外加磁场扰动状况确定钢筋损伤程度。当在钢筋混凝土构件附近施加足够的磁场强度时,混凝土中钢筋的偶极子被磁化,并按磁力线的方向整齐排列。当磁场强度达到一定的程度时,钢筋被完全磁化,即磁饱和现象,此时再加大磁场强度对钢筋的磁化不会再有影响。如果沿着纵筋方向移动磁场,任何截面处的钢筋截面的任何改变都会导致磁通变化,连续的磁力线会在缺陷附近形成变化。基于磁场的检测方法的优点是可以得到连续的信号,一次测量就可以掌握整个构件的钢筋损伤情况。
2.6方法的改进与发展
以上各种方法各有其特点,但如果要建立钢筋锈蚀量和构件承载性能之间的关系上述方法尚有不足。为此,可以利用锤击和超声波控测的方法,通过分析结构的自振频率、信号振幅衰减和阻尼比等反映结构整体性能改变的指标,结合电化学方法,确定构件中钢筋的锈蚀程度。用超声波脉冲法,建立了超声波脉冲平均振幅和线性极化法测定的锈蚀速度之间的关系;利用impact-echo方法对接收到的加速度和位移波形进行频谱分析,从而得到相对振幅和锈蚀时间、锈蚀速度之间的关系;也可以建立钢筋锈蚀量和构件自振频率和模态阻尼之间的关系,并分析模态的阻尼对钢筋锈蚀程度的敏感;同时可将参数识别技术应用到钢筋混凝土梁锈蚀损伤识别上,通过对钢筋混凝土梁锈蚀损伤模型的动力参数识别分析,评估钢筋混凝土梁锈蚀损伤系数D,并能获得损伤区域截面修正的A2E形态,这将对钢筋混凝土构件中钢筋锈蚀的测定、诊断和对结构耐久性评定、剩余寿命的预测开辟了新的途径。
3电化学检测方法
3.1自然电位法
自然电位法是通过测定钢筋电极对参比电极的相对电位差来判断钢筋锈蚀状况的。其优点是设备简单、价格便宜、操作方便,对混凝土中的钢筋锈蚀体系无干扰。缺点是只能定性判断钢筋锈蚀的可能性,不能应用于定量的测量等。
3.2交流阻抗谱法
交流阻抗谱法是对锈蚀钢筋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该电极体系的性质。它不仅可以确定出电极过程的各种电化学参数,而且可以确定出电化学反应的控制步骤。
3.3线性极化法
线性极化法是Stern和Geary发明的一种快速有效的锈蚀速度测试方法。这种方法通过向测量区域施加一个小电流I,测量由I引起的电位变化E,E/I称为极化电阻Rp,极化电阻和锈蚀电流Icorr成反比,并有关系式Icorr=B/Rp,其中B是Tafel常数。因此当已知B和测定出Rp后就可以求得Icorr,再根据法拉第定律可以将Icorr转换为钢筋的损失量。一般将线性极化方法测定的Icorr和钢筋的锈蚀程度建立如表1中的关系。
表1:钢筋锈蚀率和钢筋锈蚀程度对照表
线性极化技术以其测量方便快捷,测试精度较高,在试验室和现场监测中得到广泛应用。但线性极化法也有以下缺点:①现场构件的B值和试验室样本的测定值有出入,不容易准确测定;②由于测量时输入的信号会发生侧向扩散,很难准确的界定测量范围;③对测量仪器精度要求高。
3.4保护环
保护环技术是一种限制技术,它通过一个外加的电极,限制输入的信号在控制的范围内传递,即限制了输入电流的侧向扩散和衰减。如图1所示,施加了保护环后,中央电极的输入信号不会像外围的附加电极信号那样扩散。
图1:保护环示意图
3.5电流阶跃法
电流阶跃法通过分析钢筋混凝土中的钢筋在阶跃电流信号Iapp作用下的电压响应△V(t),来确定钢筋的锈蚀状态。在分析电流阶跃法测量结果时,常采用多重串联阻窜单元来拟合所得测量结果。采用多重串联阻容单元拟合测量结果时,所得各个阻容单元很难赋予明确的物理意义,因而不能提高所得结果的准确度,并只能采用一些近似的方法来解释所得结果。因此,可采用改进后的电流阶跃法,该方法可明确区分锈蚀产物层的极化阻抗、混凝土保护层的电阻和扩散极化阻抗,从而提高了所得结果的精确度。
4结语
笔者主要论述了钢筋混凝土结构钢筋锈蚀无损检测的方法。有些方法虽然还不够成熟,但作为钢筋锈蚀检测的新思路,在这方面笔者进行了有益的探讨。需要指出的是,这几种方法的测量指标都反映了构件整体性能,除了可以用于钢筋锈蚀损伤的检测外,还对评估构件的整体力学性能有着较强的参考价值。
参考文献
[1]张伟平,张誉,刘亚芹.《混凝土中钢筋锈蚀的电化学检测方法》,工业建筑,1998,28(12).
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