碳化混凝土结构再碱化前预检规程

屈文俊，郝 浩，张 弛

(同济大学土木工程学院，200092，上海)

碳化混凝土结构再碱化前预检规程

屈文俊，郝 浩，张 弛

(同济大学土木工程学院，200092，上海)

再碱化技术是一种可有效阻止由于混凝土碳化而引起钢筋锈蚀的方法。高碱性电解质溶液通过电渗、扩散等作用进入混凝土基体内以及钢筋周围的电化学反应产生OH-，共同实现钢筋周围混凝土碱性的恢复，使得钢筋再钝化。在已有的研究成果基础上，根据再碱化技术的研究成果以及已有的混凝土结构检测技术，参考国家现行规范和标准的要求，完成碳化混凝土结构再碱化前预检规程。在该规程中，根据再碱化技术实施所必要的条件确立检测项目，通过检测确定再碱化的适用范围并评定结构是否适合采用再碱化技术。

碳化混凝土；再碱化技术；钢筋锈蚀；检测规程

0 引言

碳化混凝土再碱化技术是通过外部碱性溶液的电渗作用及阴极钢筋处的电化学反应使得混凝土pH值提高到11.5以上，通过恢复钢筋周围的碱性环境，使得钢筋重新钝化，达到避免钢筋锈蚀的目的。在对结构进行再碱化之前，需要对结构进行一系列的评估，以确定需再碱化的混凝土结构的适用性，同时为后续的再碱化技术实施提供必要的信息。

1 总则

在对结构进行再碱化之前，需要对结构进行一系列的评估，为了满足以下目的：1)确定需再碱化的混凝土结构的适用性；2)为后续的再碱化技术实施提供必要的信息。

本规程规定了既有的碳化混凝土结构的再碱化前的检测评定程序，可适用于暴露在大气中的一般钢筋混凝土结构。

再碱化技术不适用于含有预应力钢筋的结构，也不适用于含有环氧保护层或电镀层的钢筋的混凝土，以及由于氯离子污染导致钢筋锈蚀的混凝土。

对建筑物欲采用再碱化的区域进行结构的检测和评定时，包括有资料调查、现场检测、试验分析和理论计算分析的内容，对出现的问题应提出检测结论和处理建议。

再碱化的检测评定中一般性的检测评定程序应遵循国家、行业现行有关标准和规范的规定[1-2]。

2 术语和符号

2.1术语

1)电化学再碱化技术(electrochemical realkalization)：利用电化学的方法修复混凝土，使得混凝土恢复到高pH值的状态。

2)修复(rehabilitation)：为恢复已明显退化结构的原因性能而采取的技术措施。

3)检测单元(inspection unit)：在结构单元中采用同样施工方法建造或同样加工工艺制作的具有相同性能的对象总体。

4)检测单体(inspection number)：在检测单元中随机抽取的样本。

5)测区(testing zone)：在检测单体上布置的一个或若干个检测区域。

6)钢筋的电连续性(reinforcement electrical continuity)：保证钢筋间良好的电导性。

7)线性极化法(linear polarization resistance measurement)：基于Stern-Geary公式的一种电化学检测方法，可以检测到钢筋锈蚀的瞬时电流密度。

2.2符号

c为混凝土保护层厚度；d0为钢筋的直径；l0为钢筋的长度；m0为理论上钢筋未锈前重量；ρs为钢筋的密度；m为经除锈处理后钢筋的重量；Lw为钢筋锈蚀失重率(%)；Icorr为钢筋锈蚀电流密度。

3 一般规定

3.1基本工作内容

1)一般的检测评定工作流程按下图1所示进行。

2)现场的结构检测内容包括了收集资料、结构缺陷的检测、混凝土碳化深度检测、钢筋连接性、钢筋锈蚀状况的检测、混凝土氯离子含量的检测以及碱骨料反应检测。检测评定的内容主要是针对检测结果汇总，根据再碱化技术的实施要求及适用范围，给出检测评定结论。

3)根据结构检测的结果给出相应的修复措施，以利于后续再碱化技术的实施。

图1 工作流程图

3.2基本要求

1)检测单位及人员应当具备相关的检测资质。

2)检测所用的仪器设备应具备计量监督单位的有效检定合格证，在检定或校准周期内，并且精度满足检测项目的要求。

3)所有的检测项目均应遵从国家、地方现行有关标准、规范的规定。

4)在结构现场检测工作结束后，应及时修补因检测造成的结构或构件的局部损伤。

5)其他未尽之处按照国家标准《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2004[2]的有关规定执行。

4 混凝土结构再碱化前的检测

4.1资料调查

1)收集所有的图纸资料，包括建筑结构的设计图纸、设计变更、施工记录、竣工图、修缮改造图纸等以获得结构的位置，性能(如普通或高强钢筋，光滑或螺纹钢筋，电镀，环氧涂层等)以及混凝土的组成和质量。

①采用高强钢筋的结构不宜采用再碱化技术。

②采用环氧涂层钢筋的结构无法采用再碱化技术。

③采用光滑钢筋的结构应当考虑再碱化可能对钢筋粘结强度的减弱。

2)了解建筑物使用、损坏及修缮历史，如建筑物的改造、修缮材料以及是否受过灾害等情况。

4.2结构检测抽样方案

1)本规程中现场检测抽样方案应以拟再碱化区域为对象，划分成若干独立的结构单元，每一结构单元可按构件类型划分为若干检测单元。在检测单元中，根据不同的检测项目可采用不同的抽样方案，所有抽样方案应符合以下原则：①每个检测单元应进行随机抽样，抽样数量应满足各检测项目的要求；②检测取样应选择具代表性的部位，并保证取样不影响结构的安全。

2)样本的检测值当怀疑出现异常值时，应按如下规定处理：①对于样本检出的异常值，应分析其可能产生原因，只有有充分依据，方可剔除或修正；②剔除异常值后，应补充检测值。

3)抽样方案应满足国家标准《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2004[2]的要求。

4.3混凝土缺陷检测

1)混凝土缺陷检测主要内容包括蜂窝、露筋、孔洞、连接部位缺陷、疏松不密实、开裂等，易于渗透水或妨碍电流等影响再碱化效果的信息均应被记录。混凝土缺陷的检测采用全数普查、重点抽查的方法。

2)对于混凝土内部缺陷的检测主要是内部不密实区、孔洞等。检测方法可采用超声法检测，参照《超声法检测混凝土缺陷技术规程》CECS21:2000[3]的规定执行；必要时可采用局部破损的方法对检测结果进行验证。

3)混凝土结构裂缝的检测项目包括：裂缝的位置、长度、宽度、深度及数量等。裂缝表征检测可采用目测、裂缝宽度观测仪结合进行检测。裂缝深度的观测可采用超声法，参照《超声法检测混凝土缺陷技术规程》CECS21:2000[3]的规定执行。

4.4混凝土碳化深度检测

1)混凝土碳化深度值的测量可以采用喷射酚酞或彩虹试剂的方法。具体做法[4]如下：①采用适当工具在测区表面形成直径约15 mm的孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度；②清除孔洞中的粉末和残渣，可采用压吹风器、毛刷等，不得用水擦洗；③用喷雾器或滴管向孔洞内壁喷洒(或滴涂)浓度为1%的酚酞酒精溶液；④使用深度测量工具(如卡尺、测针)测量已碳化与未碳化混凝土交界处到混凝土表面的垂直距离，测量不少于3次，取平均值(读数精确至0.5 mm)。

2)混凝土碳化深度检测测区及测孔的布置应符合下列规定[5]：①同环境、同类构件含有测区的构件数宜为5%～10%，但不少于6个，同类构件数少于6个时，应逐个测试；②每个检测单体应不少于3个测区，测区应布置在构件的不同侧面；③每一个测区应布置3个测孔，呈“品”字排列，孔距应大于2倍孔径；④测区宜布置在钢筋附近，对构件角部钢筋宜测试钢筋处两侧的碳化深度；⑤测区宜优先布置在量测保护层厚度的测区内。

4.5钢筋的配置与钢筋的电连续性

1)钢筋的配置检测包括钢筋的位置、保护层厚度c以及钢筋的尺寸3个方面。可以采用电磁感应法或雷达法[6]进行检测。

2)必要时，宜在混凝土碳化深度测区处凿开混凝土进行钢筋直径或保护层厚度验证。剥离直径为5～10 cm的混凝土，深度超过保护层厚度，可观察到内部钢筋长度约3 cm以上，见图2。同时，记录内部钢筋的锈蚀情况。

图2 混凝土开凿示意图

3)保护层厚度检测应符合下列要求[5]：①保护层厚度可采用非破损或微破损方法检测；当采用前者时，宜用微破损方法校准；②同类构件含有测区的构件数宜为5%～10%，且不应少于6个，同类构件数少于6个时，应逐个测试；均匀性差时，应检测构件数量；③每个检测构件的测区数不应少于3个，测区应均匀布置，每测区测点不应少于3个；构件角部钢筋应量测2个方向保护层厚度。

4)钢筋电连续性的测量可采用直流通电法。在检测的构件的不同位置凿开钢筋，通一直流电，并用万用表测定两钢筋之间的电阻或电压。如果电阻小于1 Ω或电压小于1 mV，则说明钢筋的电连续性良好。

5)钢筋电连续性的检测应覆盖整个再碱化区域，可在每个检测单元中具有代表性的地方或有足够钢筋外露的地方进行，也可利用图2中暴露钢筋处进行检测。

6)钢筋电连续性的检测应保证：①结构中每个再碱化区域之间的电连续性；②每个再碱化区域中不同结构构件的钢筋电连续性。

4.6钢筋锈蚀状况检测

1)钢筋锈蚀状况的检测采用剔凿检测方法和电化学测定方法相结合。钢筋锈蚀状况的判定根据两者检测结果结合分析。

2)剔凿检测方法可按照图2方法凿开混凝土取出钢筋，应保证凿取钢筋并不影响结构或构件的承载能力。按下述步骤测定钢筋的锈蚀失重率：

①根据图纸资料记载，获取钢筋原直径d0，用测量工具量取凿出钢筋的长度l0，则钢筋初始质量计算为：

(1)

②用钢丝刷刷除浮锈后，用12%盐酸溶液酸洗除锈，经清水漂净后，用石灰水中和，并在用清水冲洗干净，擦干后烘干，然后用分析天平称取钢筋的质量m；

③钢筋失重率按下式计算[7]：

(2)

式中：Lw为钢筋锈蚀失重率(%)，计算精确至0.01%；m0为理论上钢筋未锈前重量(g)；m为经除锈处理后钢筋的重量(g)。

3)电化学测定方法本规程推荐采用线性极化法检测钢筋的腐蚀电流密度。需注意的是，线性极化法检测的是钢筋的瞬时锈蚀速率，应通过剔凿法验证，确定钢筋锈蚀状况。

4)钢筋锈蚀的电化学检测应当在整个拟再碱化区域内进行，测区宜优先布置在量测保护层厚度的测区内。线性极化测定方法的测区及测点布置应符合下列要求：①应根据构件的环境差异及外观检查的结果来确定测区，测区应能代表不同环境条件和不同的锈蚀外观表征，每种条件的测区数量不宜少于3个；②在测区上根据图纸资料或钢筋探测仪得到的钢筋位置，在同一根钢筋上布置测点，测点位置可沿梁长或柱高方向布置，测点间距约0.5 m，根据构件尺寸和仪器功能而定。测点的选择尽量避免在纵筋和箍筋交错处。在一个测区中抽取的钢筋测样5～10根，每根钢筋的测点数量不宜少于5个，测点与构件边缘的距离应大于50 mm；③测区应统一编号，注明位置，并描述其外观情况。

4.7氯离子含量检测

1)从可能氯离子含量最高的区域选取混凝土样品，用以确定是否发生了氯离子污染。在可能发生氯离子污染的检测单元中采用钻芯法取样，芯样直径100 mm，长度50～100 mm，样本数不宜少于3个。

2)混凝土中氯离子含量可按国家标准《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2004[2]中附录C的规定进行。

4.8碱骨料反应检测

1)在实施再碱化修复技术前，应当考虑由于骨料的碱活性而可能导致碱骨料反应。

2)每个检测单元中采用钻芯法取样，芯样直径100 mm，长度50～100 mm，样本数不宜少于3个。将芯样剔除水泥砂浆后，按《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》JGJ53-92[8]检测骨料的碱活性。

5 混凝土结构再碱化适用性评定

1)根据资料收集以及现场调查结果，掌握结构已进行修复的混凝土所采用的修复手段及材料，考虑修复材料的电阻率和孔隙率对再碱化实施的影响。钢筋表面如果涂漆或采取其他绝缘处理，不可采用再碱化技术。

2)如果结构表现出比较明显的承载力下降，则需要对结构的承载力进行评估，以确定是否需要临时或永久性支撑。

3)根据混凝土缺陷检测的结果，对于破损严重、孔洞、开裂等易于透水或妨碍电流流通的缺陷，应予以修复。

①对于宽度大于0.3 mm，或裂缝深度大于500 mm的深裂缝应考虑予以采用填充法或灌浆法修补。

②考虑到再碱化技术导电性的要求，修复材料不宜采用绝缘材料。

4)结合混凝土碳化深度和保护层厚度的检测结果，如果混凝土的碳化深度已达钢筋表面，宜尽早采用再碱化技术进行修复。混凝土保护层厚度较厚时，在后续再碱化实施时，可通过提高电流强度来缩短再碱化的时间。

5)根据钢筋电连续性的检测，如果发现结构中存在钢筋不连续的问题存在，应凿开混凝土对钢筋进行连接处理。通过确定钢筋的位置及尺寸，在后续再碱化实施时，应当考虑在钢筋稠密的区域施加高密度的电流，保证再碱化效果。

6)钢筋的锈蚀状况结合剔凿法和线性极化法的检测结果。

①一般来说，经线性极化法检测的钢筋锈蚀电流密度Icorr<0.2 μA/cm2，即钢筋处于钝化状态的结构或构件，适于采用再碱化技术。可通过剔凿法验证电化学检测结果。

②如果钢筋已发生锈蚀，通过剔凿法确定钢筋锈蚀失重率<0.7%，从钢筋表征状态来看，即钢筋表面有浮锈，属于轻微锈蚀状态，此结构或构件也适于采用再碱化技术。

③如果钢筋发生严重锈蚀，通过剔凿法确定钢筋锈蚀失重率>0.7%，经线性极化法的检测判定钢筋锈蚀速率也较高，此类结构或构件采用再碱化技术，只能降低钢筋的锈蚀速度，不一定能使钢筋恢复钝化状态。

7)混凝土中氯离子含量的检测结果可参考表1判定。

表1 关于混凝土中氯离子含量限定值的规定

注：1)根据ASTM C114的检测试验规定的酸溶性的Cl-含量(相对水泥质量)限值；2)根据ASTMC1218M的检测试验确定的可溶于水的Cl-含量(相对水泥质量)限值，如果根据混凝土配料来计算的总氯离子含量超过表中的规定，则有必要根据ACI201.2R测定硬化混凝那天样本的Cl-含量。

①混凝土氯离子含量未超过限定值，该结构或构件适合采用再碱化技术。

②混凝土氯离子含量超过限定值，应当先考虑除氯。直接采用再碱化技术，氯离子可能仍有残留，不利于修复钢筋。

8)按《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》JGJ53-92[8]检测骨料的碱活性，一旦发现骨料存在碱活性，该结构不可采用再碱化技术。

6 结论

结合再碱化技术理论与试验研究的成果，在已有的混凝土结构检测技术的基础上，完成再碱化混凝土结构预检测评定规程。在规程中，根据再碱化技术实施所必要的条件确立检测项目，通过检测确定再碱化的适用范围并评定结构是否适合采用再碱化技术。

[1] CEN,2000.Electrochemical realkalisation and chloride extraction treatments for reinforced concrete-Part1,Realkalisation[S].prEN14038-1:2000.

[2]中华人民共和国国家标准.GB/T50344-2004.建筑结构检测技术标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[3]中国工程建设标准化协会标准.CECS21-2000.超声法检测混凝土缺陷技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.

[4]中华人民共和国行业标准.JGJT23-2011.回弹法检

测混凝土抗压强度技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.

[5]中国工程建设标准化协会标准.CECS220-2007.混凝土结构耐久性评定标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2007.

[6]中华人民共和国行业标准.JGJ/T152-2008.混凝土中钢筋检测技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2008.

[7]中华人民共和国国家标准.GBT50082-2009.普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[8]中华人民共和国行业标准.JGJ53-92.普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法[S].北京:中国建筑工业出版社,1994.

PreliminaryInspectionRegulationsofCarbideConcreteConstructionbeforeRealkalization

QU Wenjun,HAO Hao,ZHANG Chi

(Tongji University.College of Civil Engineering,200092,Shanghai,PRC)

Realkalization technology is a kind of effective method to prevent corrosion of steel bar caused by concrete carbonation.With the OH-created by the electrochemical reaction around reinforcement,high alkaline electrolyte solution come into the concrete substrate through the effect of electroosmosis and diffusion etc to realize the alkali recovery of the concrete around steel bars and the repassivation of the steel bars.On the basis of existing research results,preliminary detective evaluation regulations for realkalizing concrete structures have been completed in this paper.The specifications refer to the current national standards and requirements,according to the existing research results about realkalization and detective technology of concrete structure. In this discipline,the test items are determined according to the implementation of the necessary conditions to realkalization,and assess whether the structure is suitable for the realkalizing technology through the applicable scope of realkalization by testing.

carbonated concrete;realkalizing technology;reinforcement corrosion;detective regulations

2014-10-10;

2014-11-04

屈文俊(1956-)，男，河南新乡人，教授，博士，博士生导师。

国家自然科学基金资助项目(50678127)；国家科技支撑计划项目(2006BAJ03A07-04)。

10.13990/j.issn1001-3679.2014.06.001

TU528.57

A

1001-3679(2014)06-0751-06