基于火災(zāi)后鋼筋混凝土修復(fù)技術(shù)研究

■陳國良 ■連云港蘇錦混凝土制品有限公司，江蘇 連云港 222000

火害對鋼筋混凝土的損傷表現(xiàn)在兩個(gè)方面，其一是當(dāng)混凝土中性化深度超過鋼筋保護(hù)層厚度時(shí)，鋼筋失去堿性環(huán)境的保護(hù)致使鋼筋的銹蝕速度加快，其二表現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)更變得疏松、開裂、剝裂、混凝土結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的降低。因此對于火害損傷鋼筋混凝土的修復(fù)分為兩個(gè)步驟，首先是鋼筋周圍混凝土的堿性環(huán)境的恢復(fù)，其次是混凝土強(qiáng)度的提高。

電化學(xué)處理用于恢復(fù)混凝土內(nèi)鋼筋周圍堿性即稱為電化學(xué)再堿化，主要是在置于混凝土構(gòu)件表面上的外部電極和鋼筋之間通一直流電，鋼筋作為陰極，外部電極作為陽極，和其間的堿性電解質(zhì)共同構(gòu)成回路，對鋼筋進(jìn)行陰極極化在整個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)再堿化成功與否主要取決于再堿化后鋼筋周圍的氫氧根的濃度，即鋼筋周圍的酸堿度。本研究主要建立以控制再堿化后鋼筋周圍溶液的酸堿度為目標(biāo)的模式。

1 研究方法

在再堿化處理不同的階段，主要由混凝土孔隙率、中性化深度、水泥及集料種類、外加電壓大小等因素來決定鋼筋周圍的氫氧根濃度增高，鋼筋鈍化膜的重新形式。混凝土再堿化的控制主要控制外加的電流密度和通電時(shí)間，依據(jù)試驗(yàn)條件和現(xiàn)象提出以下假設(shè)和推斷后進(jìn)行:第一，堿化過程中電流在與電解質(zhì)接觸的混凝土表面上均勻分布;第二，鋼筋混凝土構(gòu)筑物火災(zāi)前的碳化和火災(zāi)造成的碳化相比可以忽略;第三，電解液中僅考慮人為加入的電解質(zhì)離子，忽略其他離子的導(dǎo)電性能;第四，電解后停留在鋼筋周圍的氫氧根均勻分布在火災(zāi)后中性化的混凝土保護(hù)層內(nèi)。

如果確定了k 值，則可以根據(jù)再堿化后要達(dá)到的要求來選擇外加電流密度和通電時(shí)間。在本研究中以實(shí)驗(yàn)室根據(jù)GB50010 -2000 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，制作C20 及C50 分別為普通強(qiáng)度試件及高強(qiáng)度試件兩個(gè)強(qiáng)度等級的鋼筋混凝土構(gòu)件，兩種鋼筋混凝土于火害前的酸堿度分別為12.5 及11.2。依模擬火災(zāi)現(xiàn)場按照ISO834 的模擬火害鋼筋混擬土后，進(jìn)行再堿化技術(shù)的修復(fù)。本試驗(yàn)假設(shè)再堿化技術(shù)可恢復(fù)火害后的鋼筋混凝土至火害前的堿性環(huán)境。電流密度j 為1.0A/m2，通電時(shí)間為6.05 ×105秒，鋼筋混凝土的降伏強(qiáng)度為225MPa。由實(shí)驗(yàn)火害后普通強(qiáng)度鋼筋混凝土強(qiáng)度為13.5MPa，中性化深度為20.8mm，推估普通強(qiáng)度鋼筋混凝土的孔隙率參數(shù)的k 值為6.3 ×10-4。火害后高強(qiáng)度鋼筋混凝土強(qiáng)度為33.1MPa，中性化深度為19.2mm，推估高強(qiáng)度鋼筋混擬土的k 值為2.5 ×10-5。由上述試驗(yàn)所得k 值可分別作為火害普通強(qiáng)度和高強(qiáng)鋼筋混凝土孔隙率的建議參數(shù)值。

2 火災(zāi)后鋼筋混凝土堿性修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)上述電化學(xué)再堿化的試驗(yàn)研究結(jié)果，應(yīng)用于本研究模擬實(shí)際火害后鋼筋混凝土利用再堿化法修復(fù)鋼筋混凝土堿性環(huán)境的操作步驟，以呈現(xiàn)再堿化技術(shù)酸堿度控制模式的實(shí)用性。火災(zāi)后采用中性化–電化學(xué)法檢測鋼筋混凝土的損傷深度，進(jìn)而判斷火災(zāi)是否對鋼筋造成了損傷。本試驗(yàn)由實(shí)驗(yàn)火害后普通強(qiáng)度及高強(qiáng)度的鋼筋混凝土中性化深度分別為20.8mm 及19.2mm，一般鋼筋混凝土于中性化深度約為20mm 即顯示對鋼筋造成了損傷，因此后續(xù)可選擇再堿化法修復(fù)損傷鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

選擇再堿化后的酸堿度以回復(fù)火害前混凝土的堿性環(huán)境的要求，結(jié)合混凝土的中性化深度和結(jié)構(gòu)的實(shí)際強(qiáng)度，依據(jù)前面試驗(yàn)估計(jì)孔隙率的參數(shù)K 值。本普通強(qiáng)度的鋼筋混凝土電流密度為1.0A/m2，通電時(shí)間需達(dá)約7 天，藉由模式預(yù)測再堿化的酸堿度為12.5，實(shí)際以酸堿度計(jì)測得再堿化火害后鋼筋普通強(qiáng)度混凝土的酸堿度為12.0。高強(qiáng)度鋼筋混凝土通以電流密度j 為1.0A/m2，通電時(shí)間需達(dá)約7 天，藉由模式預(yù)測再堿化的酸堿度為11.2，經(jīng)由酸堿度計(jì)測得火害后高強(qiáng)度鋼筋混凝土的酸堿度為11.2。由結(jié)果可發(fā)現(xiàn)本實(shí)驗(yàn)所應(yīng)用的模擬火害后鋼筋混凝土之酸堿度，利用模式所得預(yù)測值及實(shí)際值都相當(dāng)接近。

3 結(jié)論

當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體遭受火災(zāi)損傷時(shí)，可利用再堿化技術(shù)修復(fù)因高溫下由于逐漸的碳化，導(dǎo)致混凝土堿度變低，發(fā)生混凝土中鋼筋的腐蝕及保護(hù)層的劣化。火害對鋼筋混凝土的損傷表現(xiàn)當(dāng)混凝土中性化深度超過鋼筋保護(hù)層厚度時(shí)，鋼筋失去堿性環(huán)境的保護(hù)致使鋼筋的銹蝕速度加快。因此對于火害損傷鋼筋混凝土的修復(fù)是利用鋼筋周圍混凝土的堿性環(huán)境的恢復(fù)，利用本酸堿度控制模式的建立，可有助于再堿化技術(shù)應(yīng)用于修復(fù)火害后的鋼筋混凝土電化學(xué)表征值的預(yù)估。

［1］傅傳國，王廣勇，王玉鐲.火災(zāi)作用下鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)溫度場分析［J］.山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào).2009(01).

［2］鄭永乾，韓林海.火災(zāi)下梁柱連接節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能研究［J］.鋼結(jié)構(gòu).2007(01).