论文部分内容阅读
摘 要：对某砖混住宅混凝土构件钢筋锈蚀情况进行现场调查、检测鉴定，并对钢筋锈蚀原因进行分析。通过对钢筋锈蚀原因的分析，得出氯离子含量偏高是导致钢筋锈蚀的主要原因，并提出相应的处理建议。
关键词：氯离子；钢筋锈蚀；加固处理
Abstract： With the investigation and apprasial of steel bar corrosion accident of a brick and concrete Structure， the accident reasons are analyzed. It is pointed out that the main reason of the accident is high content of Chloride in concrete， treatment method is introduced to repair the corrosion members.
Keywords： Chloride ； steel bar corrosion； reinforcement
0.引言
近年来，混凝土结构的耐久性问题已被工程界越来越多的重视。随着既有建筑的增多和使用年限的不断增加，混凝土结构的耐久性问题也逐渐暴露出来。导致混凝土结构的耐久性问题的主要因素有：冻融破坏、碳化、钢筋锈蚀、碱-骨料反应、氯离子侵蚀、应力破坏等。其中，钢筋锈蚀引起混凝土结构未达到设计使用寿命就提前发生破坏，已成为全世界普遍关注并日益突出的一大灾害。引起混凝土结构中钢筋腐锈蚀的原因主要有为钢筋表面的钝化膜受到了破坏，而造成钝化膜破坏的原因又以氯离子侵蚀最为严重。
本文结合工程实例，对钢筋锈蚀原因进行分析，并提出相应的加固处理措施。
1.工程概况
某工程位于内陆地区，为5层砖混结构，建筑面积约5850m2，2001年开工建设，2002年竣工。现浇楼板、连梁等上部结构混凝土构件设计强度等级均为C20。现场调查了解，该工程一至四层主体结构为2002年1月前后施工，为冬季施工，气温较低混凝土搅拌时掺有早强防冻剂。经审查该工程施工技术资料保存完整。其中，混凝土中砂、石、水泥等原材料试验报告保存完整，且结果均为合格。钢筋、外加剂等相关原材料合格证或试验报告及混凝土配合比通知单也保存完整。施工方称搅拌混凝土用水为自来水，施工时钢筋无老锈。住户反映入住后不久，即2004年前后，即发现现浇板板底有钢筋锈蚀造成的混凝土保护层胀裂。为分析混凝土构件保护层胀裂、钢筋锈蚀原因，建设方委托我单位对该工程进行技术鉴定。
2.检测情况
2011年8月，我单位对该工程进行了检测鉴定。查阅设计图纸、混凝土及原材料试验报告、施工记录等该工程原始技术资料，并了解施工时期的有关情况和工程现状。
2.1现浇板结构检测
现场对该工程混凝土强度、混凝土保护层厚度、钢筋配置情况进行抽测。检测结果表明：1）混凝土强度均满足设计强度等级的要求；2）板底钢筋间距部分不满足设计和GB50204-2002对钢筋安装位置允许偏差的要求；3）板底钢筋保护层厚度部分不满足设计和GB50204-2002对钢筋保护层厚度允许偏差的要求，且部分偏差为大于1.5倍允许偏差的负差，造成钢筋几乎无保护层。
2.2碳化深度
现场利用酚酞试剂检测了部分混凝土构件的碳化深度，其碳化深度在10～30mm之间。检测结果表明，现浇楼板碳化深度较深，部分已接近甚至超过混凝土钢筋保护层厚度。
2.3裂缝及钢筋锈蚀情况检查
根据现场勘察情况，该工程现浇混凝土楼板板底大面积出现不同程度裂缝，部分阳台的连梁也有裂缝现象，一至四层较普遍，五层较轻。裂缝形态均为顺板底受力筋或梁底主筋方向，由于钢筋锈蚀产生顺筋胀裂。将裂缝处混凝土剔开发现，钢筋均存在不同程度锈蚀，对未明显胀裂的部位剔开发现，钢筋也存在锈蚀现象，锈蚀较胀裂部位稍轻（见图1、图2所示）。现场检测部分现浇楼板板底钢筋残余直径和锈蚀率，其锈蚀率参差不齐，最大可达30%。
2.4氯离子含量检测
现场在混凝土构件抽取混凝土碎块、芯样试样，依据《建筑结构检测技术标准》GB/T 50344-2004第4.6.9条和附录C的规定进行氯离子含量的测定。根据测得的氯离子占混凝土拌和物的质量百分比和施工资料档案中的混凝土配合比，换算出氯离子占水泥的质量百分比，具体检测结果详见表1。检测结果表明，所测试样氯离子含量偏高，达到或接近1%。
3.钢筋锈蚀原因分析
混凝土在浇筑成型后水化作用时，钢筋处于高碱环境中，表面容易生成一层钝化膜，钝化膜能阻止钢筋的锈蚀，只有这层钝化膜遭到破坏，钢筋才开始锈蚀。氯离子比其他阴离子更易渗入钝化膜，与铁离子更易结合为二价铁与氯化物的复合物（绿锈），绿锈向外渗出钝化膜，遇到含氧较多的介质时，又分解为氢氧化物（褐锈），再释放出氯离子，重新放出的氯离子又从钢筋阳极区带出更多的二价铁。由此可见，氯离子对钢筋锈蚀起催化剂作用，会加速钢筋锈蚀，导致钢筋锈蚀有加速发展的趋势。铁锈的体积可大到原来体积的2-4倍。铁锈体积膨胀，对周围混凝土产生压力，将使混凝土沿钢筋方向开裂（通常称之为“顺筋胀裂”），进而可使保护层成片脱落，而裂缝及保护层的剥落又进一步导致钢筋更剧烈的腐蚀。
另外，该工程部分混凝土构件钢筋保护层厚度极小；该工程目前混凝土构件碳化深度已较深，部分已接近甚至超过混凝土钢筋保护层厚度。
4.结论和建议
4.1混凝土构件存在顺主筋裂缝、钢筋锈蚀、混凝土保护层胀裂现象，主要是由混凝土中氯离子含量偏高和现浇板板底钢筋保护层厚度不足、现浇板表面碳化深度较深共同作用引起的。以上原因共同作用造成钢筋表面钝化膜破坏，钢筋锈蚀；钢筋锈蚀产生锈胀力，将混凝土保护层胀裂，而保护层的胀裂又加剧了钢筋的锈蚀。个别现浇板钢筋锈蚀较重、保护层脱落，已明显影响构件承载力。钢筋锈蚀不仅削弱了钢筋的有效截面，而且因体积膨胀使混凝土保护层胀裂，降低了混凝土对钢筋的握裹力，导致现浇板的承载能力降低，必须采取有效措施进行处理。 4.2建议对该工程出现的板底、连梁钢筋锈蚀、混凝土保护层胀裂问题逐户进行剔开检查，并按钢筋锈蚀及胀裂程度不同，分别进行除锈、阻锈及加固补强处理。
5.处理方案
5.1对于有明显锈胀裂缝和剔开后检查钢筋锈蚀率大于5%的构件应采取除锈、阻锈及加固补强处理。首先采取可靠措施，保障结构和施工安全；将锈蚀钢筋剔出（包括板支座处），进行除锈。然后刷GB50367-2006中4.7节要求的喷涂型阻锈剂。
5.2用改性环氧砂浆恢复板底（或支座处）、梁底的保护层，并认真养护。固化后，在板底、连梁采用粘贴碳纤维布加固法对该板进行加固补强处理。
5.3对于钢筋锈蚀率小于5%的构件可仅作除锈、阻锈处理后恢复装饰层；对于钢筋仅有浮锈、锈斑的构件可仅作表面耐久性处理。
5.4对于板顶负弯矩钢筋等主要受力钢筋也应剔开验证（特别是板底已有钢筋锈胀裂缝的板），如发现锈蚀也应作相应处理。
5.5对板、连梁等混凝土构件的支座采取阻隔水、空气的封闭处理，可剔除上下各500mm墙面抹灰层，用改性环氧水泥砂浆替代。
6.后记
经过以上方案的处理，该工程钢筋锈蚀导致混凝土保护层胀裂的现象得到了有效的控制，构件的结构承载能力得到了有效的恢复。但是部分楼板处理后的抹灰层（即碳纤维布表面的改性环氧水泥砂浆层）与修补后的结构层之间存在开裂的现象。经分析认为，虽然抹灰时采取了表面用黏度较大的基液涂刷底层、改性环氧水泥砂浆分层涂抹等措施，但毕竟抹灰层与结构层是“两层皮”，不易形成一体，共同形变，加之改性环氧砂浆本身强度较高，收缩较大，易形成开裂。以上情况是以后类似工程处理中应注意解决的一点。
虽然本工程案例没有指明造成混凝土构件中氯离子含量偏高的具体原因，但从施工技术资料中不难猜测出，使用了含有氯盐的防冻剂应该是其主要原因。虽然该防冻剂资料显示有出厂合格证，也做过相应的试验，但就上世纪90年代末的技术水平来讲，防冻剂还是以掺有氯盐的为主，这就极易造成混凝土构件中钢筋的锈蚀。从新版的《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）来看，其中表3.5.3所规定的结构混凝土材料耐久性基本要求中的最大氯离子含量作出了更加严格的规定。例如，本案例中最常见的一类环境（室内正常环境）中的最大氯离子含量由原规范（GB50010-2002）的1.0%更改为了0.30%，这样看来，本工程混凝土构件中氯离子含量1%左右的水平就更显的偏大了。因此，在今后的施工中，除应严格控制混凝土搅拌用水（严禁使用海水）外，还应严格控制含功能性氯化物的外加剂，如含氯化钙的促凝剂和防冻剂等的使用。
参考文献
[1] 刘治、徐昊、裴兆贞.某工程钢筋锈蚀原因分析及处理.山西建筑，2009.16
[2] 钢筋混凝结构裂缝控制指南.北京：化学工业出版社，2004.3
[3] 蔡立刚.北京渤东博结构工程有限公司 结构设计部.混凝土构件的钢筋锈胀破坏成因及加固方式的探讨
[4] 褚世洪等.某工程钢筋严重锈蚀事故的分析处理.施工技术，2008.4
关键词：氯离子；钢筋锈蚀；加固处理
Abstract： With the investigation and apprasial of steel bar corrosion accident of a brick and concrete Structure， the accident reasons are analyzed. It is pointed out that the main reason of the accident is high content of Chloride in concrete， treatment method is introduced to repair the corrosion members.
Keywords： Chloride ； steel bar corrosion； reinforcement
0.引言
近年来，混凝土结构的耐久性问题已被工程界越来越多的重视。随着既有建筑的增多和使用年限的不断增加，混凝土结构的耐久性问题也逐渐暴露出来。导致混凝土结构的耐久性问题的主要因素有：冻融破坏、碳化、钢筋锈蚀、碱-骨料反应、氯离子侵蚀、应力破坏等。其中，钢筋锈蚀引起混凝土结构未达到设计使用寿命就提前发生破坏，已成为全世界普遍关注并日益突出的一大灾害。引起混凝土结构中钢筋腐锈蚀的原因主要有为钢筋表面的钝化膜受到了破坏，而造成钝化膜破坏的原因又以氯离子侵蚀最为严重。
本文结合工程实例，对钢筋锈蚀原因进行分析，并提出相应的加固处理措施。
1.工程概况
某工程位于内陆地区，为5层砖混结构，建筑面积约5850m2，2001年开工建设，2002年竣工。现浇楼板、连梁等上部结构混凝土构件设计强度等级均为C20。现场调查了解，该工程一至四层主体结构为2002年1月前后施工，为冬季施工，气温较低混凝土搅拌时掺有早强防冻剂。经审查该工程施工技术资料保存完整。其中，混凝土中砂、石、水泥等原材料试验报告保存完整，且结果均为合格。钢筋、外加剂等相关原材料合格证或试验报告及混凝土配合比通知单也保存完整。施工方称搅拌混凝土用水为自来水，施工时钢筋无老锈。住户反映入住后不久，即2004年前后，即发现现浇板板底有钢筋锈蚀造成的混凝土保护层胀裂。为分析混凝土构件保护层胀裂、钢筋锈蚀原因，建设方委托我单位对该工程进行技术鉴定。
2.检测情况
2011年8月，我单位对该工程进行了检测鉴定。查阅设计图纸、混凝土及原材料试验报告、施工记录等该工程原始技术资料，并了解施工时期的有关情况和工程现状。
2.1现浇板结构检测
现场对该工程混凝土强度、混凝土保护层厚度、钢筋配置情况进行抽测。检测结果表明：1）混凝土强度均满足设计强度等级的要求；2）板底钢筋间距部分不满足设计和GB50204-2002对钢筋安装位置允许偏差的要求；3）板底钢筋保护层厚度部分不满足设计和GB50204-2002对钢筋保护层厚度允许偏差的要求，且部分偏差为大于1.5倍允许偏差的负差，造成钢筋几乎无保护层。
2.2碳化深度
现场利用酚酞试剂检测了部分混凝土构件的碳化深度，其碳化深度在10～30mm之间。检测结果表明，现浇楼板碳化深度较深，部分已接近甚至超过混凝土钢筋保护层厚度。
2.3裂缝及钢筋锈蚀情况检查
根据现场勘察情况，该工程现浇混凝土楼板板底大面积出现不同程度裂缝，部分阳台的连梁也有裂缝现象，一至四层较普遍，五层较轻。裂缝形态均为顺板底受力筋或梁底主筋方向，由于钢筋锈蚀产生顺筋胀裂。将裂缝处混凝土剔开发现，钢筋均存在不同程度锈蚀，对未明显胀裂的部位剔开发现，钢筋也存在锈蚀现象，锈蚀较胀裂部位稍轻（见图1、图2所示）。现场检测部分现浇楼板板底钢筋残余直径和锈蚀率，其锈蚀率参差不齐，最大可达30%。
2.4氯离子含量检测
现场在混凝土构件抽取混凝土碎块、芯样试样，依据《建筑结构检测技术标准》GB/T 50344-2004第4.6.9条和附录C的规定进行氯离子含量的测定。根据测得的氯离子占混凝土拌和物的质量百分比和施工资料档案中的混凝土配合比，换算出氯离子占水泥的质量百分比，具体检测结果详见表1。检测结果表明，所测试样氯离子含量偏高，达到或接近1%。
3.钢筋锈蚀原因分析
混凝土在浇筑成型后水化作用时，钢筋处于高碱环境中，表面容易生成一层钝化膜，钝化膜能阻止钢筋的锈蚀，只有这层钝化膜遭到破坏，钢筋才开始锈蚀。氯离子比其他阴离子更易渗入钝化膜，与铁离子更易结合为二价铁与氯化物的复合物（绿锈），绿锈向外渗出钝化膜，遇到含氧较多的介质时，又分解为氢氧化物（褐锈），再释放出氯离子，重新放出的氯离子又从钢筋阳极区带出更多的二价铁。由此可见，氯离子对钢筋锈蚀起催化剂作用，会加速钢筋锈蚀，导致钢筋锈蚀有加速发展的趋势。铁锈的体积可大到原来体积的2-4倍。铁锈体积膨胀，对周围混凝土产生压力，将使混凝土沿钢筋方向开裂（通常称之为“顺筋胀裂”），进而可使保护层成片脱落，而裂缝及保护层的剥落又进一步导致钢筋更剧烈的腐蚀。
另外，该工程部分混凝土构件钢筋保护层厚度极小；该工程目前混凝土构件碳化深度已较深，部分已接近甚至超过混凝土钢筋保护层厚度。
4.结论和建议
4.1混凝土构件存在顺主筋裂缝、钢筋锈蚀、混凝土保护层胀裂现象，主要是由混凝土中氯离子含量偏高和现浇板板底钢筋保护层厚度不足、现浇板表面碳化深度较深共同作用引起的。以上原因共同作用造成钢筋表面钝化膜破坏，钢筋锈蚀；钢筋锈蚀产生锈胀力，将混凝土保护层胀裂，而保护层的胀裂又加剧了钢筋的锈蚀。个别现浇板钢筋锈蚀较重、保护层脱落，已明显影响构件承载力。钢筋锈蚀不仅削弱了钢筋的有效截面，而且因体积膨胀使混凝土保护层胀裂，降低了混凝土对钢筋的握裹力，导致现浇板的承载能力降低，必须采取有效措施进行处理。 4.2建议对该工程出现的板底、连梁钢筋锈蚀、混凝土保护层胀裂问题逐户进行剔开检查，并按钢筋锈蚀及胀裂程度不同，分别进行除锈、阻锈及加固补强处理。
5.处理方案
5.1对于有明显锈胀裂缝和剔开后检查钢筋锈蚀率大于5%的构件应采取除锈、阻锈及加固补强处理。首先采取可靠措施，保障结构和施工安全；将锈蚀钢筋剔出（包括板支座处），进行除锈。然后刷GB50367-2006中4.7节要求的喷涂型阻锈剂。
5.2用改性环氧砂浆恢复板底（或支座处）、梁底的保护层，并认真养护。固化后，在板底、连梁采用粘贴碳纤维布加固法对该板进行加固补强处理。
5.3对于钢筋锈蚀率小于5%的构件可仅作除锈、阻锈处理后恢复装饰层；对于钢筋仅有浮锈、锈斑的构件可仅作表面耐久性处理。
5.4对于板顶负弯矩钢筋等主要受力钢筋也应剔开验证（特别是板底已有钢筋锈胀裂缝的板），如发现锈蚀也应作相应处理。
5.5对板、连梁等混凝土构件的支座采取阻隔水、空气的封闭处理，可剔除上下各500mm墙面抹灰层，用改性环氧水泥砂浆替代。
6.后记
经过以上方案的处理，该工程钢筋锈蚀导致混凝土保护层胀裂的现象得到了有效的控制，构件的结构承载能力得到了有效的恢复。但是部分楼板处理后的抹灰层（即碳纤维布表面的改性环氧水泥砂浆层）与修补后的结构层之间存在开裂的现象。经分析认为，虽然抹灰时采取了表面用黏度较大的基液涂刷底层、改性环氧水泥砂浆分层涂抹等措施，但毕竟抹灰层与结构层是“两层皮”，不易形成一体，共同形变，加之改性环氧砂浆本身强度较高，收缩较大，易形成开裂。以上情况是以后类似工程处理中应注意解决的一点。
虽然本工程案例没有指明造成混凝土构件中氯离子含量偏高的具体原因，但从施工技术资料中不难猜测出，使用了含有氯盐的防冻剂应该是其主要原因。虽然该防冻剂资料显示有出厂合格证，也做过相应的试验，但就上世纪90年代末的技术水平来讲，防冻剂还是以掺有氯盐的为主，这就极易造成混凝土构件中钢筋的锈蚀。从新版的《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）来看，其中表3.5.3所规定的结构混凝土材料耐久性基本要求中的最大氯离子含量作出了更加严格的规定。例如，本案例中最常见的一类环境（室内正常环境）中的最大氯离子含量由原规范（GB50010-2002）的1.0%更改为了0.30%，这样看来，本工程混凝土构件中氯离子含量1%左右的水平就更显的偏大了。因此，在今后的施工中，除应严格控制混凝土搅拌用水（严禁使用海水）外，还应严格控制含功能性氯化物的外加剂，如含氯化钙的促凝剂和防冻剂等的使用。
参考文献
[1] 刘治、徐昊、裴兆贞.某工程钢筋锈蚀原因分析及处理.山西建筑，2009.16
[2] 钢筋混凝结构裂缝控制指南.北京：化学工业出版社，2004.3
[3] 蔡立刚.北京渤东博结构工程有限公司 结构设计部.混凝土构件的钢筋锈胀破坏成因及加固方式的探讨
[4] 褚世洪等.某工程钢筋严重锈蚀事故的分析处理.施工技术，2008.4