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【建科科技】鋼筋混凝土結構腐蝕監測解決方案-FORCE

作者:建科科技     時間:2012-03-15     來源:建科測試科技有限公司     瀏覽:5132

  一、技術背景

  1、背景說明

  橋梁、隧道、碼頭等基礎設施工程的混凝土結構耐久性,是當前亟待采取措施應對的重大問題。自上世紀70年代以來,逐漸發現的一些鋼筋混凝土結構早期破壞的問題,引起了人們對混凝土耐久性研究的重視。如我國浙江寧波港的在役混凝土碼頭,其10萬噸級礦石中轉碼頭,是當時的全優工程,但使用不足11年,樁帽、水平撐就普遍開始順筋漲裂,某些部位厚度4-5cm的保護層內水溶性Cl-含量就已達0.8%左右。

  隨著我國經濟的發展,在我國沿海地區正進行著歷史上最大規模的基礎設施建設,而這些大型海工混凝土建筑耐久性能否過關,工程壽命是否能達到要求,是擺在我們面前的難題所在。

  在歐洲,經過長期的不懈的研究探索與實踐,已經取得了很多可資借鑒的應用成果。丹麥FORCE就是其中重要的參與者之一。Force是丹麥政府最主要的顧問公司,在上世紀70年代就開始進行耐久性方面的研究工作,其研發的腐蝕監測系統已在許多大型海工建筑上得到了成功的應用。通過對混凝土結構早期腐蝕信息的持續監控,為將來的腐蝕修復措施或腐蝕防護等耐久性再設計提供了準確有效地信息。

  2、國內外典型應用

  荷蘭Green heart tunnel隧道

  丹麥Great Belt link隧道和橋組合結構

  連接丹麥--瑞典的Oresund-Link兩用橋

  日本的Tunnel Project in Tokyo

  廈門翔安隧道

  安徽省水利科學研究院

  中交公路規劃設計研究院有限公司

  交通部公路科學研究所

  二、原理闡述

  金屬表面與周圍介質發生化學變化及電化學作用而遭到的破壞,叫做金屬的腐蝕。鋼筋腐蝕有兩大類,分別是化學腐蝕和電化學腐蝕。化學腐蝕過程沒有電子的流動,只是腐蝕現象的一小部分。鋼筋表面與介質如濕空氣,電解質溶液等發生電化學作用而引起的腐蝕就是電化學腐蝕,這個腐蝕過程中有電子的流動。鋼筋的絕大部分腐蝕都屬于電化學腐蝕。鋼筋腐蝕的幾個必要條件:1.存在共軛陰極;;2.鋼筋的鈍態膜被破壞;3.存在侵蝕條件。

  混凝土是一種高堿性環境(PH值約在13左右),鋼筋在這種環境下表面形成鈍態膜,因此其腐蝕速率非常低。但是當鋼筋混凝土被Clˉ污染時,如海洋環境或者橋梁結構冬季灑除冰鹽后,Clˉ通過混凝土表面的空隙逐漸擴散至鋼筋表面,Clˉ可以破壞鋼筋的表面鈍性,鋼筋由鈍態轉為活性態,當鋼筋脫鈍后,如果還存在侵蝕條件,則鋼筋陽極處就失去電子生銹,鋼筋進入腐蝕階段。鋼筋的腐蝕產物多為Fe3O4等氧化物,其體積遠遠大于產生這些產物的鋼的體積,因此產生了內應力,使混凝土開裂。鋼筋混凝土腐蝕的另外一個原因是酸性物質(如CO2)的滲入,識得孔隙液的PH值降低,當PH值降至12.5時,加之Clˉ的作用,腐蝕以較快的速度發生。混凝土耐久性下降,強度退化可分為幾個階段。

  以陽極脫鈍開始失去電子生銹的時間T為分界點。因此,如果我們可以通過一種手段,可以精確測試陽極開始失去電子生銹的時間,對于我們進行腐蝕修復設計與施工就顯得尤為重要。國內目前主要依靠實驗室快速試驗獲取的參數以及現場同條件構件破損或者無損試驗結構間接推斷這個時間,但由于各種原因,這個時間推斷的精度就難以保證,而且存在無法動態反饋的缺點。如果在混凝土結構內部埋入能監測整個脫鈍過程的傳感器,動態地、長期地獲得脫鈍的進展情況及一些關鍵參數的信息反饋,那么就可以精確預報腐蝕開始的時間。我們知道,新澆混凝土的脫鈍前鋒線位于混凝土表面,隨著時間的推演,脫鈍前鋒線將穿過保護層向鋼筋方向推進。那么,在混凝土結構保護層范圍內,按不同深度埋入多個脫鈍傳感器,每個傳感器分布于混凝土表面到達鋼筋的保護層上,就可以利用一組脫鈍前鋒線道道多個不同深度傳感器的時間,建立前鋒面發展進程的數學模型,從而可以推算出鋼筋脫鈍的時間,這個時間值T能夠不斷得到動態修正。如果T小于設計年限,就可以對結構進行耐久性再設計,及時啟動腐蝕保護預案,并繼續對前鋒面進行監測,以確認腐蝕保護措施的效果。如果采取措施后,T仍小于設計年限。

【建科科技】鋼筋混凝土結構腐蝕監測解決方案-FORCE

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