浅析锈蚀钢筋混凝土结构使用期限预测

摘 要：建筑结构和其他产品相同，都具有一定的使用期限，当前，对锈蚀钢筋混凝土结构的维修已经逐渐成为现有结构加固改造中的重点问题。其主要任务就是对锈蚀钢筋混凝土结构的损伤状况进行系统的评估，而结构的使用期限作为一个关键指标，是锈蚀钢筋混凝土结构损伤估算的最终目标之一。钢筋混凝土结构锈蚀破坏的过程主要包含：锈蚀产物膨胀至混凝土保护层开裂；钢筋开始锈蚀（去钝化）；锈蚀裂缝发展直至混凝土保护层剥落三个阶段。

关键词：钢筋；锈蚀；使用期限

引 言

钢筋混凝土出现之后，大力推动着建筑业的迅猛发展，它在大部分人的心目中是一种非常坚固的结构形式，但是因为外界侵蚀性环境的影响，导致最终结果不是人们所想象的那样。随着一大批钢筋混凝土建筑物使用期限的不断增长，结构的老化现象逐渐严重，混凝土的耐久性已经变成重大问题，混凝土中的钢筋锈蚀是影响耐久性的关键因素，而氯离子又是引起钢筋锈蚀的主要因素。钢筋锈蚀导致钢筋混凝土结构的过早破坏已成为世界各国普遍关注的一大灾害。

1 钢筋混凝土结构锈蚀破坏过程模型

1.1 Tutti模型

对于早年混凝土结构使用期限的预测，一个广为人知的模型就是Tutti模型[1]，如图1所示。在此模型当中，Tutti假定混凝土是均匀的，没有裂缝的。使用周期由两个阶段构成，分别为锈蚀初始阶段以及发展阶段。锈蚀初始阶段是指的是新建结构投入使用之后，在外界侵蚀的介质（例如二氧化碳、氯化物等）的影响下，钢筋面临钝化状态，未被锈蚀，当本阶段完成之后钢筋才开始发生锈蚀，锈蚀起始阶段的长短就是环境中氯离子渗入混凝土保护层，当钢筋表面的氯离子的浓度达到临界值的时候，使钢筋表面去钝化所使用的时间；锈蚀发展过程指的是钢筋开始锈蚀之后，知道发展到能够接受的最大锈蚀程度所经历的时间，这个阶段钢筋锈蚀率（直线斜率）主要取决于氧以及水分进入混凝土的速率以及温度。Tutti模型概念清楚明了，但没有考虑发展期锈蚀率的变化，在使用过程当中怎么确定可接受的最大锈蚀程度依然是值得探究的问题。

1.2 改进模型

混凝土结构耐久性使用期限标志根据工程对象以及使用要求的差别而不同，但是相关标准中指出锈蚀裂缝宽度等于1mm就能够视为危险点，所以对常见混凝土结构保护层纵向裂缝宽度达到1mm时为结构使用期限终结的主要标志，则混凝土结构耐久性使用期限TD能够表示为：

因为混凝土孔隙、内部骨料、微裂缝的随机分布，导致了氯离子的扩散系数必然为一随机过程；混凝土表面氯离子浓度与环境因素的关系密切，因为混凝土具有离散性的特点、量测偏差的不准确性，混凝土表面氯离子浓度实际也为随机变量；因为施工误差的原因，并不能够保证所有的钢筋都正确地放置在设计的位置当中，所以说混凝土保护层厚度属于一个随机变量。将扩散系数D作为随机的过程，将混凝土表面氯离子浓度Cs、混凝土表面至钢筋表面距离x作为随机变量，则得到钢筋表面氯离子浓度的随机过程的计算公式：

3 工程实例

以连云港庙岭港西大堤钢筋混凝土护栏结构为实例预测其使用期限。连云港庙岭港区二期工程西大堤属于国家重点工程，是目前国内最长、工程量最大的拦海大堤，它的护栏工程建成于1997年12月。位于海洋环境浪溅区的护栏结构运行不到四年，其柱、梁、板等均出现不同程度的锈蚀破坏。河海大学于2001年10月对使用不到4年的庙岭港西大堤钢筋混凝土护栏锈蚀破坏情况进行了仔细的工程调查。结合现场外观检查主要统计长度、裂缝宽度、位置等信息，现场非破损检测包含对实测保护层厚度、室内试验破型测定钢筋截面损失，部分构件进行回弹、混凝土碳化深度的测定，混凝土取样测定氯离子含量。

4 结 论

（4）由于影响因素比较多，且随机性比较大，导致建立锈蚀钢筋混凝土结构剩余期限评估的较为实用而且科学的数学模型受到了一定的阻力。本文模型单纯考虑某一个因素的结构耐久性的研究，日后应该对氯离子环境下的主要受力构件进行系统调查，获取到更多可靠实测数据，对耐久性使用期限评估模型中参数进行修正，从而得到更为合理的耐久性使用期限评估模型。

参考文献

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

[2]危險房屋鉴定标准（JGJ125-99）[S].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[3]吴 谨.氯离子环境下钢筋混凝土结构锈裂损伤评估研究[D].南京：河海大学，2003.

[4]张宝兰，卫淑珊.华南海港钢筋混凝土暴露十年试验[J].水运工程，1999：6～13.

作者简介：郭升鸿（1975-），男，工程师。