淺析銹蝕鋼筋混凝土結構使用期限預測

摘 要：建筑結構和其他產品相同，都具有一定的使用期限，當前，對銹蝕鋼筋混凝土結構的維修已經逐漸成為現有結構加固改造中的重點問題。其主要任務就是對銹蝕鋼筋混凝土結構的損傷狀況進行系統的評估，而結構的使用期限作為一個關鍵指標，是銹蝕鋼筋混凝土結構損傷估算的最終目標之一。鋼筋混凝土結構銹蝕破壞的過程主要包含：銹蝕產物膨脹至混凝土保護層開裂；鋼筋開始銹蝕（去鈍化）；銹蝕裂縫發展直至混凝土保護層剝落三個階段。

關鍵詞：鋼筋；銹蝕；使用期限

引 言

鋼筋混凝土出現之后，大力推動著建筑業的迅猛發展，它在大部分人的心目中是一種非常堅固的結構形式，但是因為外界侵蝕性環境的影響，導致最終結果不是人們所想象的那樣。隨著一大批鋼筋混凝土建筑物使用期限的不斷增長，結構的老化現象逐漸嚴重，混凝土的耐久性已經變成重大問題，混凝土中的鋼筋銹蝕是影響耐久性的關鍵因素，而氯離子又是引起鋼筋銹蝕的主要因素。鋼筋銹蝕導致鋼筋混凝土結構的過早破壞已成為世界各國普遍關注的一大災害。

1 鋼筋混凝土結構銹蝕破壞過程模型

1.1 Tutti模型

對于早年混凝土結構使用期限的預測，一個廣為人知的模型就是Tutti模型[1]，如圖1所示。在此模型當中，Tutti假定混凝土是均勻的，沒有裂縫的。使用周期由兩個階段構成，分別為銹蝕初始階段以及發展階段。銹蝕初始階段是指的是新建結構投入使用之后，在外界侵蝕的介質（例如二氧化碳、氯化物等）的影響下，鋼筋面臨鈍化狀態，未被銹蝕，當本階段完成之后鋼筋才開始發生銹蝕，銹蝕起始階段的長短就是環境中氯離子滲入混凝土保護層，當鋼筋表面的氯離子的濃度達到臨界值的時候，使鋼筋表面去鈍化所使用的時間；銹蝕發展過程指的是鋼筋開始銹蝕之后，知道發展到能夠接受的最大銹蝕程度所經歷的時間，這個階段鋼筋銹蝕率（直線斜率）主要取決于氧以及水分進入混凝土的速率以及溫度。Tutti模型概念清楚明了，但沒有考慮發展期銹蝕率的變化，在使用過程當中怎么確定可接受的最大銹蝕程度依然是值得探究的問題。

1.2 改進模型

混凝土結構耐久性使用期限標志根據工程對象以及使用要求的差別而不同，但是相關標準中指出銹蝕裂縫寬度等于1mm就能夠視為危險點，所以對常見混凝土結構保護層縱向裂縫寬度達到1mm時為結構使用期限終結的主要標志，則混凝土結構耐久性使用期限TD能夠表示為：

因為混凝土孔隙、內部骨料、微裂縫的隨機分布，導致了氯離子的擴散系數必然為一隨機過程；混凝土表面氯離子濃度與環境因素的關系密切，因為混凝土具有離散性的特點、量測偏差的不準確性，混凝土表面氯離子濃度實際也為隨機變量；因為施工誤差的原因，并不能夠保證所有的鋼筋都正確地放置在設計的位置當中，所以說混凝土保護層厚度屬于一個隨機變量。將擴散系數D作為隨機的過程，將混凝土表面氯離子濃度Cs、混凝土表面至鋼筋表面距離x作為隨機變量，則得到鋼筋表面氯離子濃度的隨機過程的計算公式：

3 工程實例

以連云港廟嶺港西大堤鋼筋混凝土護欄結構為實例預測其使用期限。連云港廟嶺港區二期工程西大堤屬于國家重點工程，是目前國內最長、工程量最大的攔海大堤，它的護欄工程建成于1997年12月。位于海洋環境浪濺區的護欄結構運行不到四年，其柱、梁、板等均出現不同程度的銹蝕破壞。河海大學于2001年10月對使用不到4年的廟嶺港西大堤鋼筋混凝土護欄銹蝕破壞情況進行了仔細的工程調查。結合現場外觀檢查主要統計長度、裂縫寬度、位置等信息，現場非破損檢測包含對實測保護層厚度、室內試驗破型測定鋼筋截面損失，部分構件進行回彈、混凝土碳化深度的測定，混凝土取樣測定氯離子含量。

4 結 論

（4）由于影響因素比較多，且隨機性比較大，導致建立銹蝕鋼筋混凝土結構剩余期限評估的較為實用而且科學的數學模型受到了一定的阻力。本文模型單純考慮某一個因素的結構耐久性的研究，日后應該對氯離子環境下的主要受力構件進行系統調查，獲取到更多可靠實測數據，對耐久性使用期限評估模型中參數進行修正，從而得到更為合理的耐久性使用期限評估模型。

參考文獻

[1]Tutti K.Corrosion of steel in concrete[R].Swedish：Swedish Cement and Concrete Research Institute，1982.

[2]危險房屋鑒定標準（JGJ125-99）[S].北京：中國建筑工業出版社，2000.

[3]吳 謹.氯離子環境下鋼筋混凝土結構銹裂損傷評估研究[D].南京：河海大學，2003.

[4]張寶蘭，衛淑珊.華南海港鋼筋混凝土暴露十年試驗[J].水運工程，1999：6～13.

作者簡介：郭升鴻（1975-），男，工程師。