華 嘉,李林靚,黃紅喜

(浙江中技建設(shè)工程檢測有限公司，浙江 杭州 311112)

1 工程概況

三門縣城1-C3地塊拆遷安置房工程地點在浙江省臺州市三門縣環(huán)城中路近平海路。該建筑為框剪結(jié)構(gòu),總建筑面積約40 000 m2,采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),兩層地下室,兩層裙房,其上為2幢20層辦公樓,目前主體結(jié)構(gòu)已完成大部分。由于工程中斷多年,為規(guī)范工程質(zhì)量管理,確定已建部分結(jié)構(gòu)安全性, 并為后續(xù)施工做準(zhǔn)備,三門縣城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資有限公司委托筆者單位對房屋進行結(jié)構(gòu)安全鑒定。檢測過程中發(fā)現(xiàn)外露未澆筑節(jié)點鋼筋銹蝕及1層和2層多處梁底存在主筋箍筋露筋,并且鋼筋銹蝕。為明確鋼筋銹蝕原因,針對該工程進行了相關(guān)實驗檢測,經(jīng)過分析后,為下一步處理提供依據(jù)。

2 鋼筋銹蝕對混凝土構(gòu)件影響的分析

2.1 截面性能損傷

1)混凝土中鋼筋銹蝕以后其銹蝕體積為鋼筋原有體積的2～2.5倍,因而會向四周膨脹。從而在交界面上產(chǎn)生銹膨脹力,混凝土沿著銹蝕鋼筋縱向漲裂,加速裂縫增大。本工程中梁底裂縫與鋼筋銹蝕發(fā)展因此原因而造成[1]。

2)相關(guān)科研單位對鋼筋不同的間距,不同的銹蝕程度進行抗彎試驗發(fā)現(xiàn),隨著銹蝕程度的增加,對鋼筋抗彎構(gòu)件的承載力、延性、屈服強度、剛度均有較大影響。

2.2 金屬銹蝕的原因

1)對于該工程裸露鋼筋的銹蝕原因,主要是節(jié)點未澆筑混凝土導(dǎo)致鋼筋暴露在空氣中,與空氣中含有的酸性氣體引起化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生銹蝕。其化學(xué)腐蝕機理為金屬在酸性環(huán)境下與酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)溶解為鹽類,并產(chǎn)生少量氫氣。化學(xué)式如下：

Fe+2H+→Fe+2+H2↑

二價鐵離子最后被氧化成三價鐵離子,最后形成三氧化二鐵和四氧化三鐵,即為鐵銹的主要成分,并且由此體積膨脹,導(dǎo)致混凝土開裂,如上文所述。

2)金屬腐蝕的另一個原因為電化學(xué)腐蝕,即在電介質(zhì)中金屬與介質(zhì)接觸導(dǎo)致表面形成了大量的短路微電池,進而引起電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)式如下：

陽極反應(yīng)Fe-2e→Fe+2,陰極反應(yīng)O2+2H2O+4e→4OH-Fe+2+2OH-→Fe(OH)2→Fe2O3、Fe3O4

3)部分梁底則因保護層厚度不足,導(dǎo)致局部鋼筋外露產(chǎn)生銹蝕。因保護層厚度不足導(dǎo)致鋼筋與混凝土粘結(jié)性能降低,并且隨著銹蝕程度的增加，粘結(jié)強度將有大幅下降,進一步加速銹蝕。

4)因施工過程振搗不夠密實導(dǎo)致混凝土內(nèi)部存在氧氣和水分流通的通道，為腐蝕提供了條件。并且現(xiàn)場環(huán)境臨近甌江入海口，空氣中氯離子等有害雜質(zhì)含量較高。上述條件共同作用加速了混凝土構(gòu)件中鋼筋的銹蝕。

3 本工程鋼筋銹蝕檢測及原因分析

進場后筆者懷疑部分未澆筑完整構(gòu)件與鋼筋外露構(gòu)件因空氣中氯離子含量較大導(dǎo)致鋼筋銹蝕。

3.1 試驗方案

1)首先測定銹蝕構(gòu)件的pH值,若pH值較低則利于破壞金屬表面的鈍化膜加速銹蝕。

2)測定混凝土構(gòu)件不同深度的氯離子含量,以確定氯離子的引入是原材料缺陷引起的還是外部環(huán)境引起的。如表層氯離子含量高于內(nèi)層,則可判斷氯離子由外部滲入。

3)對其銹蝕構(gòu)件測定碳化深度。當(dāng)碳化深度、環(huán)境溫濕度、外界環(huán)境氯離子含量、施工質(zhì)量(混凝土密實度)等原因共同作用于構(gòu)件上時,則該構(gòu)件腐蝕應(yīng)最為嚴(yán)重。

4)使用非金屬超聲儀檢測銹蝕構(gòu)件的混凝土情況,驗證上文猜測是否存在混凝土損傷或密實度較差構(gòu)件銹蝕情況嚴(yán)重。

3.2 檢測結(jié)果

現(xiàn)場檢測后構(gòu)件的銹蝕情況主要表現(xiàn)為部分梁底主筋箍筋露筋,銹蝕部位長度為梁的跨度,部分未澆筑節(jié)點的外露鋼筋均已銹蝕。鋼筋的銹蝕深度約為0.4～1.7 mm,具體情況見圖1、圖2和表1。

圖1 梁底露筋銹蝕情況 圖2 未澆筑節(jié)點銹蝕情況

構(gòu)件序號pH值內(nèi)部pH值表面表面氯離子含量/%內(nèi)部氯離子含量/%碳化深度/mm混凝土缺陷情況構(gòu)件位置鋼筋銹蝕深度/mm110.76.70.1830.0526密實度較好房屋內(nèi)部0.7210.25.10.2290.0418密實度較好房屋內(nèi)部0.6310.43.60.2960.11321輕微不密實房屋外側(cè)1.74114.30.2700.09724輕微不密實房屋外側(cè)1.5510.960.2540.06610密實度較好房屋內(nèi)部0.9610.540.2480.08115輕微不密實房屋內(nèi)部1.2710.150.2170.04712密實度較好房屋內(nèi)部0.881270.1940.0607密實度較好房屋內(nèi)部0.4

3.3 檢測結(jié)論

1)現(xiàn)場pH值檢測結(jié)果構(gòu)件內(nèi)部均為10以上,故而構(gòu)件內(nèi)部呈堿性。金屬表面鈍化膜未遭嚴(yán)重破壞,內(nèi)部金屬的銹蝕作用得到抑制。構(gòu)件表面部分檢測結(jié)果降到了pH4以下(構(gòu)件3、構(gòu)件6),呈酸性嚴(yán)重破壞了鈍化膜的完整性,導(dǎo)致構(gòu)件表面的金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),形成紅銹(三氧化二鐵)和黑銹(四氧化三鐵)。由此可推斷出構(gòu)件外部銹蝕情況較內(nèi)部嚴(yán)重,現(xiàn)場檢測結(jié)果符合推斷。

2)氯離子含量的檢測結(jié)果為構(gòu)件表面氯離子含量均為0.2%左右,內(nèi)部氯離子含量為0.04%～0.1%。由此可推斷構(gòu)件所處的外部環(huán)境氯離子含量較高,并且部分構(gòu)件可能施工時振搗不夠密實,導(dǎo)致氯離子隨缺陷滲入構(gòu)件內(nèi)部。故表面露筋的構(gòu)件表面箍筋銹蝕情況應(yīng)稍好于主筋,個別存在缺陷的構(gòu)件(構(gòu)件3、構(gòu)件4、構(gòu)件6)主筋也同樣存在較嚴(yán)重銹蝕現(xiàn)象。

3)現(xiàn)場實測碳化深度均大于6 mm,部分構(gòu)件的檢測結(jié)果達到20 mm以上,已經(jīng)超過了梁的設(shè)計保護層厚度。由于碳化檢測結(jié)果不理想,成為加速銹蝕作用的不利條件。

4)混凝土缺陷的檢測結(jié)果較為理想,除個別構(gòu)件外(構(gòu)件3、構(gòu)件4、構(gòu)件6),混凝土構(gòu)件基本未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷,密實度較好。結(jié)論為多數(shù)銹蝕構(gòu)件澆搗質(zhì)量較好,密實度不存在問題,對氯離子滲入鋼筋內(nèi)部起到抑制作用。個別構(gòu)件(構(gòu)件3、構(gòu)件4、構(gòu)件6)存在細(xì)微缺陷導(dǎo)致氯離子滲入,檢測結(jié)果與氯離子含量檢測結(jié)果相符,驗證推斷正確。

5)鋼筋銹蝕的銹蝕情況與構(gòu)件碳化深度、內(nèi)外氯離子含量、內(nèi)外pH值、混凝土的澆搗質(zhì)量等因素密切相關(guān)。若上述因素均有利于銹蝕的發(fā)展則該構(gòu)件理論上應(yīng)該銹蝕情況最為嚴(yán)重。而上述因素又與構(gòu)件本身所處環(huán)境相關(guān)聯(lián),結(jié)合該工程所處環(huán)境為三門縣河流邊緣并且瀕臨入?？?空氣中水氣及氯離子含量較大,對建筑物較為不利,倘若構(gòu)件澆搗過程中存在缺陷導(dǎo)致密實度不好,并且構(gòu)件(構(gòu)件3、構(gòu)件4)暴露在外的話,會使各項外部因素均處于有利于銹蝕發(fā)展的情況,加速銹蝕。

4 處理意見

由于本次檢測抽檢范圍較小，應(yīng)該進一步擴大檢查范圍。再次檢測,分析結(jié)果是否與本次推斷一致。

對已經(jīng)銹蝕的構(gòu)件進行加固防銹處理,對尚未銹蝕的構(gòu)件進行全面檢查防止出現(xiàn)新的銹蝕情況。

[1] 洪乃豐.混凝土中鋼筋腐蝕與防護技術(shù)(2):混凝土對鋼筋的保護及鋼筋腐蝕的電化學(xué)性質(zhì)[J].工業(yè)建筑,1999(9):5861.