屈文俊，郝 浩，張 弛

(同濟大學土木工程學院，200092，上海)

碳化混凝土結(jié)構(gòu)再堿化前預檢規(guī)程

屈文俊，郝 浩，張 弛

(同濟大學土木工程學院，200092，上海)

再堿化技術(shù)是一種可有效阻止由于混凝土碳化而引起鋼筋銹蝕的方法。高堿性電解質(zhì)溶液通過電滲、擴散等作用進入混凝土基體內(nèi)以及鋼筋周圍的電化學反應產(chǎn)生OH-，共同實現(xiàn)鋼筋周圍混凝土堿性的恢復，使得鋼筋再鈍化。在已有的研究成果基礎上，根據(jù)再堿化技術(shù)的研究成果以及已有的混凝土結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)，參考國家現(xiàn)行規(guī)范和標準的要求，完成碳化混凝土結(jié)構(gòu)再堿化前預檢規(guī)程。在該規(guī)程中，根據(jù)再堿化技術(shù)實施所必要的條件確立檢測項目，通過檢測確定再堿化的適用范圍并評定結(jié)構(gòu)是否適合采用再堿化技術(shù)。

碳化混凝土；再堿化技術(shù)；鋼筋銹蝕；檢測規(guī)程

0 引言

碳化混凝土再堿化技術(shù)是通過外部堿性溶液的電滲作用及陰極鋼筋處的電化學反應使得混凝土pH值提高到11.5以上，通過恢復鋼筋周圍的堿性環(huán)境，使得鋼筋重新鈍化，達到避免鋼筋銹蝕的目的。在對結(jié)構(gòu)進行再堿化之前，需要對結(jié)構(gòu)進行一系列的評估，以確定需再堿化的混凝土結(jié)構(gòu)的適用性，同時為后續(xù)的再堿化技術(shù)實施提供必要的信息。

1 總則

在對結(jié)構(gòu)進行再堿化之前，需要對結(jié)構(gòu)進行一系列的評估，為了滿足以下目的：1)確定需再堿化的混凝土結(jié)構(gòu)的適用性；2)為后續(xù)的再堿化技術(shù)實施提供必要的信息。

本規(guī)程規(guī)定了既有的碳化混凝土結(jié)構(gòu)的再堿化前的檢測評定程序，可適用于暴露在大氣中的一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

再堿化技術(shù)不適用于含有預應力鋼筋的結(jié)構(gòu)，也不適用于含有環(huán)氧保護層或電鍍層的鋼筋的混凝土，以及由于氯離子污染導致鋼筋銹蝕的混凝土。

對建筑物欲采用再堿化的區(qū)域進行結(jié)構(gòu)的檢測和評定時，包括有資料調(diào)查、現(xiàn)場檢測、試驗分析和理論計算分析的內(nèi)容，對出現(xiàn)的問題應提出檢測結(jié)論和處理建議。

再堿化的檢測評定中一般性的檢測評定程序應遵循國家、行業(yè)現(xiàn)行有關(guān)標準和規(guī)范的規(guī)定[1-2]。

2 術(shù)語和符號

2.1術(shù)語

1)電化學再堿化技術(shù)(electrochemical realkalization)：利用電化學的方法修復混凝土，使得混凝土恢復到高pH值的狀態(tài)。

2)修復(rehabilitation)：為恢復已明顯退化結(jié)構(gòu)的原因性能而采取的技術(shù)措施。

3)檢測單元(inspection unit)：在結(jié)構(gòu)單元中采用同樣施工方法建造或同樣加工工藝制作的具有相同性能的對象總體。

4)檢測單體(inspection number)：在檢測單元中隨機抽取的樣本。

5)測區(qū)(testing zone)：在檢測單體上布置的一個或若干個檢測區(qū)域。

6)鋼筋的電連續(xù)性(reinforcement electrical continuity)：保證鋼筋間良好的電導性。

7)線性極化法(linear polarization resistance measurement)：基于Stern-Geary公式的一種電化學檢測方法，可以檢測到鋼筋銹蝕的瞬時電流密度。

2.2符號

c為混凝土保護層厚度；d0為鋼筋的直徑；l0為鋼筋的長度；m0為理論上鋼筋未銹前重量；ρs為鋼筋的密度；m為經(jīng)除銹處理后鋼筋的重量；Lw為鋼筋銹蝕失重率(%)；Icorr為鋼筋銹蝕電流密度。

3 一般規(guī)定

3.1基本工作內(nèi)容

1)一般的檢測評定工作流程按下圖1所示進行。

2)現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)檢測內(nèi)容包括了收集資料、結(jié)構(gòu)缺陷的檢測、混凝土碳化深度檢測、鋼筋連接性、鋼筋銹蝕狀況的檢測、混凝土氯離子含量的檢測以及堿骨料反應檢測。檢測評定的內(nèi)容主要是針對檢測結(jié)果匯總，根據(jù)再堿化技術(shù)的實施要求及適用范圍，給出檢測評定結(jié)論。

3)根據(jù)結(jié)構(gòu)檢測的結(jié)果給出相應的修復措施，以利于后續(xù)再堿化技術(shù)的實施。

圖1 工作流程圖

3.2基本要求

1)檢測單位及人員應當具備相關(guān)的檢測資質(zhì)。

2)檢測所用的儀器設備應具備計量監(jiān)督單位的有效檢定合格證，在檢定或校準周期內(nèi)，并且精度滿足檢測項目的要求。

3)所有的檢測項目均應遵從國家、地方現(xiàn)行有關(guān)標準、規(guī)范的規(guī)定。

4)在結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測工作結(jié)束后，應及時修補因檢測造成的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的局部損傷。

5)其他未盡之處按照國家標準《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準》GB/T50344-2004[2]的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

4 混凝土結(jié)構(gòu)再堿化前的檢測

4.1資料調(diào)查

1)收集所有的圖紙資料，包括建筑結(jié)構(gòu)的設計圖紙、設計變更、施工記錄、竣工圖、修繕改造圖紙等以獲得結(jié)構(gòu)的位置，性能(如普通或高強鋼筋，光滑或螺紋鋼筋，電鍍，環(huán)氧涂層等)以及混凝土的組成和質(zhì)量。

①采用高強鋼筋的結(jié)構(gòu)不宜采用再堿化技術(shù)。

②采用環(huán)氧涂層鋼筋的結(jié)構(gòu)無法采用再堿化技術(shù)。

③采用光滑鋼筋的結(jié)構(gòu)應當考慮再堿化可能對鋼筋粘結(jié)強度的減弱。

2)了解建筑物使用、損壞及修繕歷史，如建筑物的改造、修繕材料以及是否受過災害等情況。

4.2結(jié)構(gòu)檢測抽樣方案

1)本規(guī)程中現(xiàn)場檢測抽樣方案應以擬再堿化區(qū)域為對象，劃分成若干獨立的結(jié)構(gòu)單元，每一結(jié)構(gòu)單元可按構(gòu)件類型劃分為若干檢測單元。在檢測單元中，根據(jù)不同的檢測項目可采用不同的抽樣方案，所有抽樣方案應符合以下原則：①每個檢測單元應進行隨機抽樣，抽樣數(shù)量應滿足各檢測項目的要求；②檢測取樣應選擇具代表性的部位，并保證取樣不影響結(jié)構(gòu)的安全。

2)樣本的檢測值當懷疑出現(xiàn)異常值時，應按如下規(guī)定處理：①對于樣本檢出的異常值，應分析其可能產(chǎn)生原因，只有有充分依據(jù)，方可剔除或修正；②剔除異常值后，應補充檢測值。

3)抽樣方案應滿足國家標準《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準》GB/T50344-2004[2]的要求。

4.3混凝土缺陷檢測

1)混凝土缺陷檢測主要內(nèi)容包括蜂窩、露筋、孔洞、連接部位缺陷、疏松不密實、開裂等，易于滲透水或妨礙電流等影響再堿化效果的信息均應被記錄?；炷寥毕莸臋z測采用全數(shù)普查、重點抽查的方法。

2)對于混凝土內(nèi)部缺陷的檢測主要是內(nèi)部不密實區(qū)、孔洞等。檢測方法可采用超聲法檢測，參照《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》CECS21:2000[3]的規(guī)定執(zhí)行；必要時可采用局部破損的方法對檢測結(jié)果進行驗證。

3)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的檢測項目包括：裂縫的位置、長度、寬度、深度及數(shù)量等。裂縫表征檢測可采用目測、裂縫寬度觀測儀結(jié)合進行檢測。裂縫深度的觀測可采用超聲法，參照《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》CECS21:2000[3]的規(guī)定執(zhí)行。

4.4混凝土碳化深度檢測

1)混凝土碳化深度值的測量可以采用噴射酚酞或彩虹試劑的方法。具體做法[4]如下：①采用適當工具在測區(qū)表面形成直徑約15 mm的孔洞，其深度應大于混凝土的碳化深度；②清除孔洞中的粉末和殘渣，可采用壓吹風器、毛刷等，不得用水擦洗；③用噴霧器或滴管向孔洞內(nèi)壁噴灑(或滴涂)濃度為1%的酚酞酒精溶液；④使用深度測量工具(如卡尺、測針)測量已碳化與未碳化混凝土交界處到混凝土表面的垂直距離，測量不少于3次，取平均值(讀數(shù)精確至0.5 mm)。

2)混凝土碳化深度檢測測區(qū)及測孔的布置應符合下列規(guī)定[5]：①同環(huán)境、同類構(gòu)件含有測區(qū)的構(gòu)件數(shù)宜為5%～10%，但不少于6個，同類構(gòu)件數(shù)少于6個時，應逐個測試；②每個檢測單體應不少于3個測區(qū)，測區(qū)應布置在構(gòu)件的不同側(cè)面；③每一個測區(qū)應布置3個測孔，呈“品”字排列，孔距應大于2倍孔徑；④測區(qū)宜布置在鋼筋附近，對構(gòu)件角部鋼筋宜測試鋼筋處兩側(cè)的碳化深度；⑤測區(qū)宜優(yōu)先布置在量測保護層厚度的測區(qū)內(nèi)。

4.5鋼筋的配置與鋼筋的電連續(xù)性

1)鋼筋的配置檢測包括鋼筋的位置、保護層厚度c以及鋼筋的尺寸3個方面?？梢圆捎秒姶鸥袘ɑ蚶走_法[6]進行檢測。

2)必要時，宜在混凝土碳化深度測區(qū)處鑿開混凝土進行鋼筋直徑或保護層厚度驗證。剝離直徑為5～10 cm的混凝土，深度超過保護層厚度，可觀察到內(nèi)部鋼筋長度約3 cm以上，見圖2。同時，記錄內(nèi)部鋼筋的銹蝕情況。

圖2 混凝土開鑿示意圖

3)保護層厚度檢測應符合下列要求[5]：①保護層厚度可采用非破損或微破損方法檢測；當采用前者時，宜用微破損方法校準；②同類構(gòu)件含有測區(qū)的構(gòu)件數(shù)宜為5%～10%，且不應少于6個，同類構(gòu)件數(shù)少于6個時，應逐個測試；均勻性差時，應檢測構(gòu)件數(shù)量；③每個檢測構(gòu)件的測區(qū)數(shù)不應少于3個，測區(qū)應均勻布置，每測區(qū)測點不應少于3個；構(gòu)件角部鋼筋應量測2個方向保護層厚度。

4)鋼筋電連續(xù)性的測量可采用直流通電法。在檢測的構(gòu)件的不同位置鑿開鋼筋，通一直流電，并用萬用表測定兩鋼筋之間的電阻或電壓。如果電阻小于1 Ω或電壓小于1 mV，則說明鋼筋的電連續(xù)性良好。

5)鋼筋電連續(xù)性的檢測應覆蓋整個再堿化區(qū)域，可在每個檢測單元中具有代表性的地方或有足夠鋼筋外露的地方進行，也可利用圖2中暴露鋼筋處進行檢測。

6)鋼筋電連續(xù)性的檢測應保證：①結(jié)構(gòu)中每個再堿化區(qū)域之間的電連續(xù)性；②每個再堿化區(qū)域中不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件的鋼筋電連續(xù)性。

4.6鋼筋銹蝕狀況檢測

1)鋼筋銹蝕狀況的檢測采用剔鑿檢測方法和電化學測定方法相結(jié)合。鋼筋銹蝕狀況的判定根據(jù)兩者檢測結(jié)果結(jié)合分析。

2)剔鑿檢測方法可按照圖2方法鑿開混凝土取出鋼筋，應保證鑿取鋼筋并不影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力。按下述步驟測定鋼筋的銹蝕失重率：

①根據(jù)圖紙資料記載，獲取鋼筋原直徑d0，用測量工具量取鑿出鋼筋的長度l0，則鋼筋初始質(zhì)量計算為：

(1)

②用鋼絲刷刷除浮銹后，用12%鹽酸溶液酸洗除銹，經(jīng)清水漂凈后，用石灰水中和，并在用清水沖洗干凈，擦干后烘干，然后用分析天平稱取鋼筋的質(zhì)量m；

③鋼筋失重率按下式計算[7]：

(2)

式中：Lw為鋼筋銹蝕失重率(%)，計算精確至0.01%；m0為理論上鋼筋未銹前重量(g)；m為經(jīng)除銹處理后鋼筋的重量(g)。

3)電化學測定方法本規(guī)程推薦采用線性極化法檢測鋼筋的腐蝕電流密度。需注意的是，線性極化法檢測的是鋼筋的瞬時銹蝕速率，應通過剔鑿法驗證，確定鋼筋銹蝕狀況。

4)鋼筋銹蝕的電化學檢測應當在整個擬再堿化區(qū)域內(nèi)進行，測區(qū)宜優(yōu)先布置在量測保護層厚度的測區(qū)內(nèi)。線性極化測定方法的測區(qū)及測點布置應符合下列要求：①應根據(jù)構(gòu)件的環(huán)境差異及外觀檢查的結(jié)果來確定測區(qū)，測區(qū)應能代表不同環(huán)境條件和不同的銹蝕外觀表征，每種條件的測區(qū)數(shù)量不宜少于3個；②在測區(qū)上根據(jù)圖紙資料或鋼筋探測儀得到的鋼筋位置，在同一根鋼筋上布置測點，測點位置可沿梁長或柱高方向布置，測點間距約0.5 m，根據(jù)構(gòu)件尺寸和儀器功能而定。測點的選擇盡量避免在縱筋和箍筋交錯處。在一個測區(qū)中抽取的鋼筋測樣5～10根，每根鋼筋的測點數(shù)量不宜少于5個，測點與構(gòu)件邊緣的距離應大于50 mm；③測區(qū)應統(tǒng)一編號，注明位置，并描述其外觀情況。

4.7氯離子含量檢測

1)從可能氯離子含量最高的區(qū)域選取混凝土樣品，用以確定是否發(fā)生了氯離子污染。在可能發(fā)生氯離子污染的檢測單元中采用鉆芯法取樣，芯樣直徑100 mm，長度50～100 mm，樣本數(shù)不宜少于3個。

2)混凝土中氯離子含量可按國家標準《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準》GB/T50344-2004[2]中附錄C的規(guī)定進行。

4.8堿骨料反應檢測

1)在實施再堿化修復技術(shù)前，應當考慮由于骨料的堿活性而可能導致堿骨料反應。

2)每個檢測單元中采用鉆芯法取樣，芯樣直徑100 mm，長度50～100 mm，樣本數(shù)不宜少于3個。將芯樣剔除水泥砂漿后，按《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標準及檢驗方法》JGJ53-92[8]檢測骨料的堿活性。

5 混凝土結(jié)構(gòu)再堿化適用性評定

1)根據(jù)資料收集以及現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，掌握結(jié)構(gòu)已進行修復的混凝土所采用的修復手段及材料，考慮修復材料的電阻率和孔隙率對再堿化實施的影響。鋼筋表面如果涂漆或采取其他絕緣處理，不可采用再堿化技術(shù)。

2)如果結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出比較明顯的承載力下降，則需要對結(jié)構(gòu)的承載力進行評估，以確定是否需要臨時或永久性支撐。

3)根據(jù)混凝土缺陷檢測的結(jié)果，對于破損嚴重、孔洞、開裂等易于透水或妨礙電流流通的缺陷，應予以修復。

①對于寬度大于0.3 mm，或裂縫深度大于500 mm的深裂縫應考慮予以采用填充法或灌漿法修補。

②考慮到再堿化技術(shù)導電性的要求，修復材料不宜采用絕緣材料。

4)結(jié)合混凝土碳化深度和保護層厚度的檢測結(jié)果，如果混凝土的碳化深度已達鋼筋表面，宜盡早采用再堿化技術(shù)進行修復。混凝土保護層厚度較厚時，在后續(xù)再堿化實施時，可通過提高電流強度來縮短再堿化的時間。

5)根據(jù)鋼筋電連續(xù)性的檢測，如果發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中存在鋼筋不連續(xù)的問題存在，應鑿開混凝土對鋼筋進行連接處理。通過確定鋼筋的位置及尺寸，在后續(xù)再堿化實施時，應當考慮在鋼筋稠密的區(qū)域施加高密度的電流，保證再堿化效果。

6)鋼筋的銹蝕狀況結(jié)合剔鑿法和線性極化法的檢測結(jié)果。

①一般來說，經(jīng)線性極化法檢測的鋼筋銹蝕電流密度Icorr<0.2 μA/cm2，即鋼筋處于鈍化狀態(tài)的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，適于采用再堿化技術(shù)?？赏ㄟ^剔鑿法驗證電化學檢測結(jié)果。

②如果鋼筋已發(fā)生銹蝕，通過剔鑿法確定鋼筋銹蝕失重率<0.7%，從鋼筋表征狀態(tài)來看，即鋼筋表面有浮銹，屬于輕微銹蝕狀態(tài)，此結(jié)構(gòu)或構(gòu)件也適于采用再堿化技術(shù)。

③如果鋼筋發(fā)生嚴重銹蝕，通過剔鑿法確定鋼筋銹蝕失重率>0.7%，經(jīng)線性極化法的檢測判定鋼筋銹蝕速率也較高，此類結(jié)構(gòu)或構(gòu)件采用再堿化技術(shù)，只能降低鋼筋的銹蝕速度，不一定能使鋼筋恢復鈍化狀態(tài)。

7)混凝土中氯離子含量的檢測結(jié)果可參考表1判定。

表1 關(guān)于混凝土中氯離子含量限定值的規(guī)定

注：1)根據(jù)ASTM C114的檢測試驗規(guī)定的酸溶性的Cl-含量(相對水泥質(zhì)量)限值；2)根據(jù)ASTMC1218M的檢測試驗確定的可溶于水的Cl-含量(相對水泥質(zhì)量)限值，如果根據(jù)混凝土配料來計算的總氯離子含量超過表中的規(guī)定，則有必要根據(jù)ACI201.2R測定硬化混凝那天樣本的Cl-含量。

①混凝土氯離子含量未超過限定值，該結(jié)構(gòu)或構(gòu)件適合采用再堿化技術(shù)。

②混凝土氯離子含量超過限定值，應當先考慮除氯。直接采用再堿化技術(shù)，氯離子可能仍有殘留，不利于修復鋼筋。

8)按《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標準及檢驗方法》JGJ53-92[8]檢測骨料的堿活性，一旦發(fā)現(xiàn)骨料存在堿活性，該結(jié)構(gòu)不可采用再堿化技術(shù)。

6 結(jié)論

結(jié)合再堿化技術(shù)理論與試驗研究的成果，在已有的混凝土結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)的基礎上，完成再堿化混凝土結(jié)構(gòu)預檢測評定規(guī)程。在規(guī)程中，根據(jù)再堿化技術(shù)實施所必要的條件確立檢測項目，通過檢測確定再堿化的適用范圍并評定結(jié)構(gòu)是否適合采用再堿化技術(shù)。

[1] CEN,2000.Electrochemical realkalisation and chloride extraction treatments for reinforced concrete-Part1,Realkalisation[S].prEN14038-1:2000.

[2]中華人民共和國國家標準.GB/T50344-2004.建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[3]中國工程建設標準化協(xié)會標準.CECS21-2000.超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

[4]中華人民共和國行業(yè)標準.JGJT23-2011.回彈法檢

測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.

[5]中國工程建設標準化協(xié)會標準.CECS220-2007.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評定標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

[6]中華人民共和國行業(yè)標準.JGJ/T152-2008.混凝土中鋼筋檢測技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[7]中華人民共和國國家標準.GBT50082-2009.普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[8]中華人民共和國行業(yè)標準.JGJ53-92.普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標準及檢驗方法[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1994.

PreliminaryInspectionRegulationsofCarbideConcreteConstructionbeforeRealkalization

QU Wenjun,HAO Hao,ZHANG Chi

(Tongji University.College of Civil Engineering,200092,Shanghai,PRC)

Realkalization technology is a kind of effective method to prevent corrosion of steel bar caused by concrete carbonation.With the OH-created by the electrochemical reaction around reinforcement,high alkaline electrolyte solution come into the concrete substrate through the effect of electroosmosis and diffusion etc to realize the alkali recovery of the concrete around steel bars and the repassivation of the steel bars.On the basis of existing research results,preliminary detective evaluation regulations for realkalizing concrete structures have been completed in this paper.The specifications refer to the current national standards and requirements,according to the existing research results about realkalization and detective technology of concrete structure. In this discipline,the test items are determined according to the implementation of the necessary conditions to realkalization,and assess whether the structure is suitable for the realkalizing technology through the applicable scope of realkalization by testing.

carbonated concrete;realkalizing technology;reinforcement corrosion;detective regulations

2014-10-10;

2014-11-04

屈文俊(1956-)，男，河南新鄉(xiāng)人，教授，博士，博士生導師。

國家自然科學基金資助項目(50678127)；國家科技支撐計劃項目(2006BAJ03A07-04)。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.06.001

TU528.57

A

1001-3679(2014)06-0751-06