耐蝕鋼筋研究現(xiàn)狀及腐蝕評價方法分析

鋼筋通常情況下是非常耐蝕的，因為鋼筋在高堿性的混凝土中表面會形成一層鈍化膜，這層鈍化膜可以有效的阻止鋼筋的腐蝕發(fā)生。然而由于混凝土的碳化和氯離子的侵蝕導(dǎo)致鋼筋表面鈍化膜的抗腐蝕性能降低，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)過早失效破壞。

這些失效會導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失也嚴重危害著公共安全，所以研究鋼筋腐蝕尤為重要！

鋼筋腐蝕研究方法

1物理檢測

電阻棒法、渦流與磁通減量（渦流探測） 法、聲發(fā)射探測法、射線法、紅外熱像法等。

2電化學檢測

自然電位法、線性極化法（或極化電阻法）、交流阻抗譜法、恒電量法、混凝土電阻法、電流階躍法等。

實驗室評價方法

迄今為止，開發(fā)的腐蝕性能試驗研究方法主要有：快速宏電池試驗、動電位掃描試驗、恒電位極化試驗、鹽霧腐蝕試驗、干濕循環(huán)暴露試驗、ASTM G109試驗等。

1快速宏電池試驗

快速宏電池加速腐蝕試驗是美國堪薩斯州大學的Martinez等在1990年發(fā)明的，測試裝置如圖1所示。測試溫度為室溫約為20-24℃，測試15周。

測試開始后，第一個星期，每隔一天記錄一次讀數(shù)，此后，每隔一個星期記錄一次讀數(shù)。

應(yīng)用以下公式將電壓降轉(zhuǎn)換成腐蝕速率（μm/a）：

腐蝕速率 = 11.6·ic = 11600·V/（A·R）

式中：

ic：腐蝕電流密度（μA/cm2）；

V：10歐姆電阻上的電壓降（mV）；

R：電阻（Ω）；

A：陽極鋼筋裸露的面積（cm2）。

圖1 快速宏電池測試示意圖

2極限點蝕電位測定

動電位掃面試驗是將試樣浸泡在試驗介質(zhì)中，對其進行正向和反向動電位掃描，測定試樣的點蝕電位。

通過點蝕電位的測量可以評定鋼點蝕的能力，在添加不同濃度的氯離子后，點蝕電位突然下降的氯離子濃度通常被認為臨界氯離子濃度。

3恒電位極化試驗

恒電位極化是將試樣持續(xù)浸泡在試驗介質(zhì)中，對其進行恒電位陽極極化，根據(jù)測量的電流密計算試樣的電流密度。規(guī)定當電流密度達到某一數(shù)值時，即表示開始腐蝕，此時的氯化物的總量即為氯化物的極限濃度。

John R. Scully等認為，實驗室測定氯化物極限濃度最好的方法是氯化物濃度不變的恒電位試驗，極化電位為+100mVSCE或+200VSCE。

4鹽霧加速腐蝕試驗

鹽霧加速腐蝕試驗是將鋼筋暴露在人造鹽霧氣氛中進行加速腐蝕試驗，通過對鋼筋腐蝕后的樣品進行失重和形貌分析，評價鋼筋的耐腐蝕性能。

目前國內(nèi)外的標準主要有GB/T 10125-1997 GB/T 10125-1997 《人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗》，ASTM B117-2009 “Standard Practice for Operating Salt Spray （Fog）Apparatus” 和國際化組織標準ISO 9227-2006 “Corrosion tests in arificial atmosphere-Salt spray tests”。

鹽霧腐蝕試驗的環(huán)境與混凝土環(huán)境差異較大，而且條件非常苛刻，一般只用于不同鋼筋腐蝕性能之間的比較。

5干濕循環(huán)暴露試驗

冶金部于2014年發(fā)布了YB/T 4367-2014《鋼筋在氯離子環(huán)境中腐蝕試驗方法》和YB/T 4368-2014《鋼筋在工業(yè)大氣環(huán)境中腐蝕試驗方法》。這些標準都是采用周浸干濕交替腐蝕試驗獲得耐蝕鋼筋和普通鋼筋的平均腐蝕速率，然后通過相對腐蝕速度的對比來確定鋼筋耐蝕性的差異。

需要指出，上述標準中的試驗方法在一定程度上可以評價出鋼筋的耐蝕性差異，但是周浸腐蝕試驗方法通常用于評價金屬材料的耐大氣腐蝕性能，如果用于評價混凝土中鋼筋的腐蝕也許不能反映真實的腐蝕過程。

另外，混凝土中鋼筋處于強堿性環(huán)境，和上述標準中的中性（模擬氯離子環(huán)境）和酸性（模擬工業(yè)大氣環(huán)境）環(huán)境是有很大差異的。

6鋼筋在混凝土中的氯離子試驗方法

美國材料測試協(xié)會標準 ASTM G109最初是用來研究化學添加劑對鋼筋腐蝕性能影響的試驗標準，近20年多來被用廣泛的應(yīng)用于耐腐蝕鋼筋性能的評價。盡管試驗的周期需要1-2年，但是由于腐蝕環(huán)境相當惡劣，可以模擬橋梁暴露30-40年。

我國近期發(fā)布的YBT 4369-2014 《鋼筋在混凝土中耐氯離子腐蝕性能測試方法》也采用ASTM G109中的試驗方法來評價鋼筋在混凝土中耐氯離子腐蝕的性能。

 圖2和圖3為ASTM G109試驗采用的試件示意圖。

圖2 ASTM G109試驗試件示意圖

圖3 混凝土試件俯視圖

結(jié)論與展望

目前，我國耐蝕鋼筋的研究仍處于實驗探索階段，關(guān)于耐蝕鋼筋耐蝕性評估及其混凝土結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測等研究領(lǐng)域，許多問題尚需深人細致的研究。低合金耐蝕鋼筋是否可保證混凝土結(jié)構(gòu)百年服役壽命，仍缺乏嚴格論證的可行性分析，但已開展的試驗探索研究已展示了其廣闊優(yōu)越性。改變鋼筋基體成分，開發(fā)鋼筋替代材料，從根本上解決鋼筋銹蝕問題，已成為今后混凝土結(jié)構(gòu)耐久性提升技術(shù)的發(fā)展趨勢。

鋼筋腐蝕試驗的方法有很多種，選擇應(yīng)用的時候要考慮幾方面的因素：試驗方法的適用范圍，試驗所需要的時間，試驗的成本以及試驗的復(fù)雜性等，從而有效快速的評價鋼筋的耐蝕性差異。