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【建科科技】钢筋混凝土结构腐蚀监测解决方案-FORCE

作者:建科科技     时间:2012-03-15     来源:建科测试科技有限公司     浏览:2129

  一、技术背景

  1、背景说明

  桥梁、隧道、码头等基础设施工程的混凝土结构耐久性,是当前亟待采取措施应对的重大问题。自上世纪70年代以来,逐渐发现的一些钢筋混凝土结构早期破坏的问题,引起了人们对混凝土耐久性研究的重视。如我国浙江宁波港的在役混凝土码头,其10万吨级矿石中转码头,是当时的全优工程,但使用不足11年,桩帽、水平撑就普遍开始顺筋涨裂,某些部位厚度4-5cm的保护层内水溶性Cl-含量就已达0.8%左右。

  随着我国经济的发展,在我国沿海地区正进行着历史上最大规模的基础设施建设,而这些大型海工混凝土建筑耐久性能否过关,工程寿命是否能达到要求,是摆在我们面前的难题所在。

  在欧洲,经过长期的不懈的研究探索与实践,已经取得了很多可资借鉴的应用成果。丹麦FORCE就是其中重要的参与者之一。Force是丹麦政府最主要的顾问公司,在上世纪70年代就开始进行耐久性方面的研究工作,其研发的腐蚀监测系统已在许多大型海工建筑上得到了成功的应用。通过对混凝土结构早期腐蚀信息的持续监控,为将来的腐蚀修复措施或腐蚀防护等耐久性再设计提供了准确有效地信息。

  2、国内外典型应用

  荷兰Green heart tunnel隧道

  丹麦Great Belt link隧道和桥组合结构

  连接丹麦--瑞典的Oresund-Link两用桥

  日本的Tunnel Project in Tokyo

  厦门翔安隧道

  安徽省水利科学研究院

  中交公路规划设计研究院有限公司

  交通部公路科学研究所

  二、原理阐述

  金属表面与周围介质发生化学变化及电化学作用而遭到的破坏,叫做金属的腐蚀。钢筋腐蚀有两大类,分别是化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀过程没有电子的流动,只是腐蚀现象的一小部分。钢筋表面与介质如湿空气,电解质溶液等发生电化学作用而引起的腐蚀就是电化学腐蚀,这个腐蚀过程中有电子的流动。钢筋的绝大部分腐蚀都属于电化学腐蚀。钢筋腐蚀的几个必要条件:1.存在共轭阴极;;2.钢筋的钝态膜被破坏;3.存在侵蚀条件。

  混凝土是一种高碱性环境(PH值约在13左右),钢筋在这种环境下表面形成钝态膜,因此其腐蚀速率非常低。但是当钢筋混凝土被Clˉ污染时,如海洋环境或者桥梁结构冬季洒除冰盐后,Clˉ通过混凝土表面的空隙逐渐扩散至钢筋表面,Clˉ可以破坏钢筋的表面钝性,钢筋由钝态转为活性态,当钢筋脱钝后,如果还存在侵蚀条件,则钢筋阳极处就失去电子生锈,钢筋进入腐蚀阶段。钢筋的腐蚀产物多为Fe3O4等氧化物,其体积远远大于产生这些产物的钢的体积,因此产生了内应力,使混凝土开裂。钢筋混凝土腐蚀的另外一个原因是酸性物质(如CO2)的渗入,识得孔隙液的PH值降低,当PH值降至12.5时,加之Clˉ的作用,腐蚀以较快的速度发生。混凝土耐久性下降,强度退化可分为几个阶段。

  以阳极脱钝开始失去电子生锈的时间T为分界点。因此,如果我们可以通过一种手段,可以精确测试阳极开始失去电子生锈的时间,对于我们进行腐蚀修复设计与施工就显得尤为重要。国内目前主要依靠实验室快速试验获取的参数以及现场同条件构件破损或者无损试验结构间接推断这个时间,但由于各种原因,这个时间推断的精度就难以保证,而且存在无法动态反馈的缺点。如果在混凝土结构内部埋入能监测整个脱钝过程的传感器,动态地、长期地获得脱钝的进展情况及一些关键参数的信息反馈,那么就可以精确预报腐蚀开始的时间。我们知道,新浇混凝土的脱钝前锋线位于混凝土表面,随着时间的推演,脱钝前锋线将穿过保护层向钢筋方向推进。那么,在混凝土结构保护层范围内,按不同深度埋入多个脱钝传感器,每个传感器分布于混凝土表面到达钢筋的保护层上,就可以利用一组脱钝前锋线道道多个不同深度传感器的时间,建立前锋面发展进程的数学模型,从而可以推算出钢筋脱钝的时间,这个时间值T能够不断得到动态修正。如果T小于设计年限,就可以对结构进行耐久性再设计,及时启动腐蚀保护预案,并继续对前锋面进行监测,以确认腐蚀保护措施的效果。如果采取措施后,T仍小于设计年限。

【建科科技】钢筋混凝土结构腐蚀监测解决方案-FORCE

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