建材檢測中混凝土鋼筋腐蝕的檢測要點

王冠軍

0 引言

鋼筋混凝土是現代建設行業中最為重要的施工材料，表現出高強度、造價低、耐氣候強等優勢，是當前海工、公路橋梁、基礎建筑等施工期間常設置的建筑結構。但市場中，銷售的鋼筋在質量方面有明顯差距，當工程建設時應用的鋼筋質量不符合標準，極易引發鋼筋腐蝕問題。嚴重影響混凝土結構整體耐久性與穩定性，既不利于建設行業以及社會經濟的發展與進步，還會對國民生命及財產安全構成威脅。據統計，我國因鋼筋腐蝕導致的經濟損失占國民生產總值的3%，這就需要實際施工時注重鋼筋腐蝕情況的跟蹤檢測，并采用現代化檢測方法，確保檢測結果，為混凝土鋼筋的修復提供數據參考，以保證建設工程整體穩定。

1 混凝土鋼筋腐蝕誘因研究

1.1 自身因素

鋼筋生產加工期間，極易發生組織不均勻、化學成分偏析等問題，而鋼筋布設作業結束后，還會受外圍混凝土的影響，從而出現鈍化膜不連續現象。各類問題的存在都會使鋼筋內部生成電位差，導致鋼筋局部腐蝕。此外，鋼筋通常由碳、鐵、錳等大量元素組成，并以不同形態存在，比如固溶體形態、化合物形態等，與此同時，還會產生多數晶界面，在相互作用下，生成可腐蝕鋼筋的微電池，與陰、陽極構成閉合回路，而鋼筋作為金屬導體，也參與到反應中，從而被腐蝕。此外，設計混凝土結構時，未結合現場實際進行，且沒有在施工期間落實質量控制工作，導致鋼筋受力不均勻，致使鋼筋表面被污染，加快鋼筋腐蝕速率。

1.2 混凝土碳化

空氣中含有的CO會在外力作用下滲透進結構內部，與混凝土中的Ca（OH）相互反應，得到碳酸鈣物質。當前，工業行業發展迅速，帶來可觀經濟效益的同時也對生態環境構成嚴重威脅，有害物質的過度排放提高空氣中碳物質濃度，致使CaCO含量不斷增多，便會嚴重破壞混凝土內部堿性環境：當酸堿值低于11.5 時，會使鋼筋鈍化膜穩定性受到影響；若酸堿值小于9.88，混凝土會被完全碳化，嚴重破壞鋼筋鈍化膜，使其裸露于空氣中，并與空氣中的水分及其他物質發生腐蝕反應。

1.3 有害離子侵蝕

有害離子主要為Cl。通常情況下，為保證混凝土整體性能，會在制作混凝土時加入適量含氯化物的預混合料，比如砂石、早強劑等。當混凝土成型或長時間投入使用后，其表面極易產生裂縫，此時空氣中的Cl會順著裂縫進入混凝土內，并不斷滲透與擴散，最終附著于鋼筋表面。被Cl侵蝕的部位酸堿值會呈顯著下降趨勢，又受局部酸化所影響，改變鋼筋所處的堿性環境，致使該區域的鈍化膜受到嚴重破壞，并轉變為活化態，與尚未完好的鈍化膜區域彼此間形成電位差。而此處便作為陽極存在，與氧氣和水發生電化學腐蝕反應。在此期間，陽極端的金屬鐵會被溶解，雖然腐蝕面積較小，但可對鋼筋內部構成不良影響，鋼筋的腐蝕程度是普通腐蝕情況的10 倍左右，無法保證鋼筋整體抗拉以及屈服強度，導致鋼筋原本具備的力學性能被破壞，產生極為嚴重的腐蝕現象。此外，鋼筋表面析出的Fe（OH）會和混凝土孔隙液中含有的氧氣和水發生反應，從而生成Fe（OH）（鐵銹），在鋼筋表面形成疏松多孔的海綿狀銹層，增大鋼筋整體體積至原來的3 倍左右。當腐蝕產物生成量逐漸增多時，被腐蝕區域的鋼筋會影響附近混凝土穩定性，且隨著腐蝕區域面積的不斷擴大，極易造成混凝土開裂、脫落等問題，加速鋼筋腐蝕，還會對鋼筋整體承載能力造成嚴重影響。

2 混凝土鋼筋腐蝕破損與分析檢測要點

破損檢測的操作原理是破壞混凝土結構，對鋼筋的完好程度進行直接觀察，檢測流程簡單，但破損檢測實施的前提是損傷結構，因此，這一檢測技術僅適用于檢測鋼筋腐蝕嚴重的工程中。比如，項目建設期間，受鋼筋腐蝕的影響，引發混凝土裂縫或空鼓等現象，由于結構已不具備修復價值，此時便可應用破損檢測方法，定量分析混凝土結構內部鋼筋腐蝕情況，具體檢測流程如下：將適當大小的作用力施加于混凝土外層，當鋼筋裸露出來后，可通過直觀觀察的方法了解鋼筋腐蝕情況，再根據施工人員多年檢測經驗，判定鋼筋腐蝕程度。若腐蝕現象較為明顯，還需使用重量分析法進行定量分析，即截取部分被腐蝕的鋼筋，分析截面積損失率，從而得到鋼筋腐蝕率。混凝土工程中破損檢測的應用頻率較高，而該種檢測方法還能起到固定、維護鋼筋腐蝕區域的作用，且檢測效果顯著，但對于檢測范圍以及數量有較大的限制，不適合在連續檢測作業中使用。

經驗綜合分析法是測量導致鋼筋腐蝕的各類因素參數，以此為基礎，打造鋼筋腐蝕預測模型，包括反應控制模型、電化學模型、經驗模型等，從而預測鋼筋腐蝕程度。其中，反應控制模型的建設與分析對于檢測人員的專業性要求較高，模型具備極強的直觀性，但在分析時，忽視對鋼筋腐蝕本質的考慮；電化學模型是依托于電化學反應而打造的一種預測模型，涉及的參數較多，增大模型搭建與分析難度；經驗模型是利用回歸分析法建模，操作簡單，使用方便，但預測結果缺乏準確性。分析法檢測綜合考慮了鋼筋混凝土結構所處的外部環境條件與本身參數條件，是一種極具便捷性、經濟性的檢測技術。但該種檢測方法僅可定性分析鋼筋腐蝕情況，無法實現對鋼筋腐蝕程度的定量評估，因此通常作為輔助性檢測技術而使用。

3 混凝土鋼筋腐蝕物理學檢測要點分析

3.1 渦流檢測

渦流檢測法是利用電磁感應原理，在待檢測的混凝土構件表面設置電磁裝置，同混凝土結構內部鋼筋進行“信號交流”，誘導鋼筋形成感應渦流。鋼筋腐蝕現象越明顯，鋼筋截面積則越小，鋼筋周邊的磁場會出現較大變化，此時，檢測人員借助鋼筋內感應渦流與勵磁電流彼此間展現出的相位關系，確定鋼筋截面積損失率。渦流檢測可實現大范圍檢測，且檢測工藝簡單，只需執行一次檢測工作，便可了解整個混凝土結構內部鋼筋腐蝕情況。

3.2 聲發射檢測

混凝土鋼筋腐蝕過程中會產生內力，導致鋼筋周圍的混凝土結構膨脹，又在彼此間影響下，迫使鋼筋生成內張力，極易引發混凝土開裂。若不及時處理，部分能量會以聲波的形態傳遞到外界，而聲發射檢測便是基于這一特征，將聲波探頭定位發射器安裝于混凝土裂縫處，以此檢測得到發射強度，再根據檢測結果判斷鋼筋腐蝕程度。但該種檢測方法表現出多種不足，比如，極易受外界聲波的影響，無法保證檢測結果的真實性。

3.3 電阻探針檢測

電阻探針檢測原理是制作與鋼筋材料相一致的電阻探針，保持探針長度不變，當鋼筋截面積不斷減小時，電阻值會逐漸增大，此時只需對探針電阻改變數值進行檢測與分析，便可得出鋼筋腐蝕深度。檢測過程中，需嚴格按照要求將探針埋設于混凝土中，依托于電橋原理，合理調節探針兩端電壓數值，計算探針電阻值，從而了解鋼筋腐蝕情況。電阻探針檢測可保證檢測結果的精準性，且不需投入過高的檢測成本，同時還可對不同類型混凝土鋼筋腐蝕情況進行檢測，因此這一檢測方法應用頻率較高。但前期準備工作較多，極大程度地影響檢測效率，需結合具體檢測要求判定是否運用。

此外，電阻探頭檢測法也是常用的鋼筋腐蝕檢測技術之一。20 世紀初便在一些西方國家廣泛傳播與應用，檢測原理同電阻探針法類似，需先將探頭埋設于混凝土中，從而達到鋼筋腐蝕情況檢測目的。但這一檢測方法具有局限性，僅可對混凝土內部結構腐蝕均勻的鋼筋進行檢測，若只是出現小區域腐蝕，便無法檢測鋼筋腐蝕速率。與此同時，表征鋼筋腐蝕的腐蝕極化電流與混凝土電阻率彼此間未構建明確的關系方程或關系曲線，因此只可定性檢測鋼筋腐蝕速度。

3.4 光纖傳感檢測

光纖傳感檢測法屬于新興的鋼筋腐蝕檢測技術，由于光纖本身具備極強的抗電磁干擾能力，且還表現出耐高溫、質量輕等特點，可放置于混凝土內部結構中，極具應用價值。隨著科技的不斷進步與混凝土鋼筋腐蝕檢測要求的逐漸增多，科研人員研發出強耐腐蝕性的光纖傳感器，并提出一種借用金屬膜局部替代光波導傳感器的思路，以此采集到金屬腐蝕的所有參數。在此期間，如果將多個測試光纖鋼筋腐蝕用的傳感器緊貼鋼筋布設，再利用光時域反射手段，可實現對大規模混凝土材料結構中多個點的鋼筋腐蝕情況以及具體分布進行檢測，極大程度地提高檢測效率。這種檢測方法可保證敏感膜被腐蝕之前便可檢測到光信號，做好信號的匯總與分析工作，完成光纖傳感器的制作，再將其埋設于混凝土中，實時收集敏感膜腐蝕程度，以此為依據，對鋼筋腐蝕程度進行判斷。通過大量實踐應用與創新研究，光纖傳感檢測能夠實時在線監測鋼筋腐蝕情況，與傳統檢測方法相比，可從根本上減少檢測設備的維護成本，還可大幅提高檢測效率，并保證檢測結果的精準性。

4 混凝土鋼筋腐蝕電化學檢測要點分析

4.1 線性極化檢測

線性極化法又稱為極化電阻法，該類檢測方法的理論基礎可追溯于1938 年，現如今，線性極化檢測技術得以優化與完善，是近年來測定鋼筋腐蝕速度時應用最為頻繁的技術類型之一。檢測原理如下：利用已知的腐蝕率與極化曲線在自由腐蝕電位中斜率的相關性，根據雙電極或三電極系統檢測材料與環境耦合準確的腐蝕率，從而實現對鋼筋腐蝕速率的檢測。線性極化檢測技術表現出檢測便捷性、結果精準性等優勢。現如今，英國已研制出程式化線性極化檢測工具，可直接應用于現場混凝土鋼筋腐蝕情況檢測工作中，但無法實現對鋼筋電阻數值的檢測。此外，由于鋼筋電位小，所對應的極化電流也較小，無法保證混凝土孔隙溶液歐姆壓降檢測結果的精準性。這就需要注重檢測儀器的優化與改良，適當補償歐姆壓降，以此提高測量精度。此外，要想確保所得到的線性極化檢測結果真實性、可靠性，就需了解鋼筋表面積，因此，該種檢測技術通常應用于新建工程已知面積的預埋鋼筋日常檢測作業中。

4.2 交流阻抗檢測

交流阻抗法屬于暫態頻譜分析技術，將不同頻率且較小振幅的交流電（＜10mV）輸送進鋼筋內部，緊接著對電流、電壓的響應情況進行分析，從而判定出交流阻抗與頻率存在的聯系。這一檢測技術可借助等效電路綜合分析鋼筋腐蝕期間生成的電化學阻抗信息，為鋼筋腐蝕速率的確定提供數據。當前，該種檢測技術因其易操作性、簡便性等優勢，而被廣泛應用于實際生產檢測活動中，既可以直觀呈現出與鋼筋腐蝕機制有關的信息，還可實現對鋼筋腐蝕速率的定量檢測。但為獲得更為準確的測量信息，需保證檢測范圍的廣泛性，尤其是檢測鋼筋腐蝕速度時，應確保低頻區域的數據信息真實。交流阻抗法具體應用時，消耗的檢測時間較長，需進行多次測算，增多檢測工作量。與此同時，該種檢測技術的實現需依托于大量測算儀器，造價較高，因此，為避免儀器出現不必要的損壞，通常會設置在專門打造的檢測實驗室中，無法實現對鋼筋腐蝕情況的現場測算。

此外，混凝土電阻率檢測法也可實現對鋼筋腐蝕情況的檢測。離子在陰極和陽極之間的轉移速率受混凝土電阻所影響，從而導致鋼筋腐蝕。通常來說，鋼筋腐蝕速率與混凝土電阻率成反比。檢測原理如下：將電極放置于混凝土表面，向其內部輸送已知電流，以此檢測混凝土內部的電位分布情況。電阻率檢測法適用范圍廣，檢測設備成本投入較低，但易受環境影響，導致檢測數據離散型較高。

4.3 恒電流實驗檢測

恒電流試驗檢測方法于20 世紀80 年代中后期開始應用于混凝土鋼筋腐蝕檢測作業中，一些研究人員將該種檢測技術作為激勵信號，以此分析鋼筋銹蝕過程中發出的衰減曲線走勢，并對鋼筋腐蝕程度進行判斷。由于這類來自電化學技術的電信號極其微弱，且可能在瞬間消失，再加之這類變化呈持續衰減狀態，因此恒電流試驗檢測技術能夠精準并快速測量鋼筋瞬間的腐蝕速率。一般來說，鋼筋腐蝕可細分為電化學腐蝕、化學腐蝕，這就需要檢測人員工作時，應對兩種腐蝕情況進行綜合考量，實際判別時主要是通過測量有無電流產生為依據。由于電化學反應中各類物質較活潑，各類反應離子能夠以定向流動的方式在水溶液中運動，是電流產生的根本條件。而化學腐蝕則是各類物質直接同鋼筋發生反應。

4.4 鋼筋腐蝕綜合評估

鋼筋腐蝕綜合評估可實現現場測量，其檢測原理與交流阻抗檢測技術相反，利用多元統計分析，打造相應的數據模型，并根據三維辨別的函數科學劃分所檢測到的數據類別，再統計分析具體數值以此判斷鋼筋腐蝕情況。檢測過程中，工作人員可以通過分析各類參數，如電流、電位、電阻率等來確定鋼筋整體狀況。其中，依托于電位參數的檢測方法又叫做自然電位法，利用電化學腐蝕原理，將半電池裝置（參比電極）設置于混凝土構件表面，對裝置與鋼筋彼此間產生的電位差進行測量，從而確定鋼筋的腐蝕程度。自然電位檢測技術操作簡單、效率高，檢測過程中不會干擾混凝土中鋼筋腐蝕體系，還能達到連續檢測、實時跟蹤檢測目的，適用于現場檢測與實驗室測量作業中。但該種檢測方法僅可定性分析鋼筋腐蝕情況，且自然電位檢測中的參比電極需同混凝土中鋼筋形成電流回路，這就需要始終保證混凝土整體濕潤或表面有導電性覆蓋層，才可發揮出技術應用價值。鋼筋腐蝕綜合評估優勢在于可避免不同因素對檢測結果的干擾，同時又表現出可拓展性的特點，能夠實時比較評估結果與鋼筋腐蝕有關的各類因素，以此增強檢測結果的可靠性、精準性。

5 結語

綜上所述，建材檢測期間，針對混凝土鋼筋腐蝕情況的檢測技術多種多樣，為充分發揮各類檢測技術應用優勢，就需工作人員根據實際情況以及檢測要求科學選用相適應的檢測方法，確保檢測結果準確的同時，滿足建設工程鋼筋完好性檢測需求。在此期間，還需明確不同檢測方法的操作原理，并根據各類技術存在的缺陷適當加以改良和優化，以此提高鋼筋腐蝕檢測效率。