氯盐侵蚀下钢筋混凝土结构锈胀开裂研究综述

文/李伟 中核华辰建筑工程有限公司 陕西西安 710000

1、氯盐侵蚀下钢筋混凝土的结构性能研究

1.1 锈蚀初始阶段

相关研究表明，氯盐侵蚀环境下，钢筋混凝土的结构会遭到破坏，导致钢筋混凝土的使用性能退化。基于环境下的结构性能退化过程，主要可以分为锈蚀初始阶段与锈蚀扩展阶段。张菊辉（2017）对锈蚀初始阶段进行研究，其认为锈蚀的开始，主要是由于氯离子的不断积累，达到一定的临界浓度，导致钢筋脱钝。锈蚀的初始阶段，是氯离子侵入的过程，随着时间的推移，氯离子的侵蚀程度越强[1]。此种环境下，不仅钢筋混凝土会遭到破坏，周围的环境同样会受到影响。凌晓政（2016）对锈蚀初始阶段进行研究，其完善了氯离子侵蚀饱和混凝土的数学模型，并且对锈蚀的环境影响因素进行测试，从而提出了氯离子侵蚀非饱和混凝土的数学模型。通过模型研究可知，随着试验时间的增加，钢筋混凝土的锈蚀程度加强，混凝土的结构性能不断下降[2]。由此可见，随着时间的延长，钢筋混凝土在氯盐侵蚀环境下结构性能会不断退化。

1.2 锈蚀扩展阶段

锈蚀的扩展阶段，主要是锈蚀物的形成过程，随着锈蚀物的不断积累，逐渐会诱发保护层锈胀开裂，导致钢筋混凝土的黏膜失效，钢筋混凝土的性能迅速退化。Naveet Kaur（2016）对锈蚀扩展阶段进行研究，其认为锈蚀扩展阶段与锈蚀初始阶段具有较大不同，锈蚀扩展阶段的寿命密度更大。通过试验研究与相关数据分析可知，氯盐侵蚀环境下，钢筋混凝土锈蚀初始时间仅占整个寿命期的5.5%，而锈蚀扩展阶段占整个寿命期的94%。因此，各国学者对于锈蚀扩展阶段的研究比较重视[3]。通过锈蚀扩展阶段去研究钢筋混凝土在氯盐侵蚀环境下的结构锈胀开裂机理，从而研究保护层开裂的原因与时间的关系等。

2、氯盐侵蚀下钢筋混凝土的锈蚀研究

2.1 钢筋混凝土的锈蚀模型

国内外对于氯盐侵蚀环境下，钢筋混凝土锈胀开裂问题研究已经有20年，钢筋裂缝问题的原因，主要是混凝土结构的锈胀开裂。王华（2014）对钢筋混凝土的锈蚀模型进行研究，其认为锈蚀反应需要物质质量守恒，通过Fick定律、化学反应公式、静电方程等建立锈蚀模型，从而对锈蚀产物进行模拟[4]。采用电化学理论对钢筋混凝土锈蚀模型进行分析，根据分析结论提出物理概念。其认为钢筋混凝土的锈蚀过程，属于动态变化过程，锈蚀层的变化、锈蚀密度的大小是影响混凝土锈蚀率变化的主要原因。F. Behnamfar（2016）对钢筋混凝土的锈蚀模型进行研究，其主要分析了物理影响因素，通过氯离子浓度、温度、电阻等去建立锈蚀模型[5]。

2.2 钢筋混凝土锈蚀产物分布

根据相关调查可知，钢筋混凝土锈蚀产物分布主要是通过试验的方式进行验证，但是由于锈蚀试验时间长、成本高等特点，各国学者普遍采用通电的方式，加速钢筋混凝土的锈蚀过程。童晶（2015）对钢筋混凝土锈蚀产物进行研究，其采用通电方法去开展试验，但是通电情况下钢筋锈蚀过程较为均匀，锈蚀产物主要分布在钢筋的横截面，并且分布比较均匀[6]。通电试验情况下的钢筋混凝土锈蚀产物分布，与自然环境下的锈蚀产物分布具有较大差异。Jianguang Yue（2016）对钢筋混凝土锈蚀产物分布进行研究，其主要采用视频显微测量系统，对自然环境下的钢筋混凝土锈蚀进行研究，得出的结论比较符合实际。此种研究方法，得到诸多学者的认可，使用效率较高[7]。

3、氯盐侵蚀下钢筋混凝土保护层锈胀开裂研究

3.1 保护层裂缝发展研究

3.2 关系模型研究

国内外学者在保护层裂缝发展研究的基础上，通过建立关系模型去分析保护层锈胀开裂的过程，进而实现钢筋混凝土结构锈胀开裂的过程模拟。徐港（2015）对钢筋锈胀开裂过程关系模型进行研究，其主要是利用有限元软件，建立维带孔洞的四节点平面应变模型。试验过程中，其向钢筋混凝土空隙内部施加不均匀锈胀力，从而对锈胀关系模型进行模拟[10]。通过试验可知，利用XFEM与混凝土系数构建关系模型，能够模拟钢筋混凝土保护层锈胀开裂的过程。

结论：

综上所述，本文对氯盐侵蚀下钢筋混凝土保护层锈胀开裂进行深入研究，研究结果表明，氯盐侵蚀下钢筋混凝土的结构性能研究，主要包括锈蚀初始阶段与锈蚀扩展阶段。文章从钢筋混凝土的锈蚀模型、钢筋混凝土锈蚀产物分布两方面，论述了氯盐侵蚀下钢筋混凝土的锈蚀，为我国钢筋混凝土锈蚀裂缝研究提供参考依据。通过对国内外文献的总结与梳理，了解了氯盐侵蚀下钢筋混凝土的结构性能变化、混凝土腐蚀情况、保护层锈胀开裂问题。未来需要加强对钢筋混凝土的锈胀开裂研究，从而提高建筑的使用性能。

[1]张菊辉，汪鹏飞.氯盐侵蚀下钢筋混凝土结构锈胀开裂研究综述[J].上海理工大学学报，2017，39(04)：389-395.