混凝土结构中的钢筋腐蚀及其耐久性计算_刘西拉
钢筋的腐蚀与保护与混凝土结构的耐久性
钢筋的腐蚀与保护与混凝土结构的耐久性土木工程学院：郭晨光00015056结构耐久性是指结构在设计要求的目的使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。
混凝土结构耐久性设计是在考虑影响混凝土结构耐久性的内外因素，将结构的耐久性问题沿时间坐标轴展开，使新设计的结构可靠性在规定的目标使用期内不得低于规范要求，即无需花费大量资金维修与加固。
混凝土结构耐久性评估是指对现有混凝土结构，通过适当方法评价其现有的可靠性，最终预测该结构今后可靠性降低情况。
影响混凝土结构耐久性的因素有混凝土结构的内在因素和外部因素两方面。
内在因素主要为混凝土结构保护层厚度，水灰比和密实度、水泥品种、标号和用量、外加剂类型、结构或构件的构造、混凝土和钢筋的用量大小、裂缝等等，这些因素影响混凝土结构的碳化速度、结构或构件的裂缝形式和发展，这些因素与碱-骨料反映有关。
外部环境因素主要为气候、潮湿、高温、氯离子侵蚀、化学介质侵蚀，还有冻融、磨损破坏等等。
环境不同影响的程度也不同；环境因素也是通过混凝土结构的内在因素起作用的。
钢筋锈蚀对钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土结构的耐久性有极大的影响，在日本大约有21.4%的钢筋混凝土结构损坏11实例是因钢筋锈蚀而引起的，如果再加上混凝土碳化引起的损坏则所占比例更高，日本每年召开的混凝土工学年会有相当一部分论文专门讨论钢筋锈蚀与防腐问题。
前苏联有关资料统计，仅工业厂房受腐蚀损坏的总额就占其固定资产的16%，有些厂房的钢筋混凝土结构使用10年左右即严重损坏，经常需要维修，有些建筑物的维修费用已超过其原造价。
这个问题已越来越引起人们的注意，许多国家都十分重视研究混凝土结构中钢筋的锈蚀与防护问题，不断推出新的检测评价方法与监控防护措施。
如英国仅为解决海洋钢筋混凝土构筑物的腐蚀与防护问题，每年就花费将近20万英镑。
美国每2到3年就召开一次钢筋混凝土结构防腐专题讨论会。
因为钢筋腐蚀还常引起一些建筑物的倒塌事故，可见研究解决钢筋腐蚀与防腐问题是十分重要的。
混凝土中钢筋锈蚀与结构耐久性
混凝土中钢筋锈蚀与结构耐久性摘要现如今，建筑业新兴技术和材料层出不穷，钢筋混凝土目前仍然作为建筑业不可或缺的一部分，占据重要地位。
由于各种荷载作用和环境的侵蚀导致混凝土结构中的钢筋容易发生腐蚀，造成钢筋混凝土结构的破坏，钢筋混凝土结构建筑几乎都无法避免钢筋腐蚀影响结构耐久性的问题，本文主要介绍钢筋混凝土中钢筋锈蚀的成因以及钢筋腐蚀后的表现特征，并提出钢筋锈蚀的预防措施。
关键词：混凝土，钢筋，腐蚀，耐久性随着我国建筑业的高速发展，钢筋混凝土的安全性与耐久性在建筑工程中的地位越来越重要，浙江省人民政府印发的《浙江省房屋使用安全管理条例》在2017年9月1日0时开始正式施行，要求实现建筑工程全寿命周期监管，保障房屋安全，混凝土中钢筋锈蚀与机构耐久性话题再次成为人们关注的焦点。
按照现行标准，我国钢筋混凝土（住宅功能）建筑设计使用年限至少为50年，但绝大多数地方的钢筋混凝土建筑的使用寿命在25-30年，通常建筑所在的环境各不相同，当处于高温、潮湿、风化严重的恶劣的环境中，建筑物的使用寿命将急速减少，只有15到20年左右。
受到施工、材质、工艺、环境等各种因素影响，部分钢筋混凝土建筑在短短几年时间内就出现钢筋锈蚀、混凝土结构体开裂情况。
因此混凝土中钢筋锈蚀与结构耐久性课题的研究具有重大意义，接下来，我将在本文中重点针对混凝土结构中涉及的钢筋锈蚀及结构耐久性做进一步的分析和研究。
第一节混凝土中钢筋的腐蚀原理混凝土中钢筋腐蚀的原因在常规情况下，混凝土由沙、石等骨料组成，在自身碳化和氢离子侵蚀双重作用下，会破坏砼的钝化层，导致砼内部孔溶液的PH值大于12.5，表现形式一般是出现大范围的全面腐蚀和小范围的局部腐蚀，前者会将混凝土出现早期开裂和剥落，后者会在同表面出现坑坑洼洼的蚀坑。
混凝土中钢筋锈蚀的影响因素造成混凝土中钢筋锈蚀的因素可分三方面：第一方面，混凝土本身的气体、水还有氢离子对钢筋锈蚀的影响最大，这几者在混凝土的裂缝、缝隙和骨料的表面进行传送，在绝对压力的作用下，诱导钢筋出现锈蚀。
腐蚀环境下钢-混凝土组合梁桥疲劳寿命计算
腐蚀环境下钢-混凝土组合梁桥疲劳寿命计算邓露;宁莎丽;王维【摘要】随着车重和车流量的增长,我国公路桥梁的疲劳安全问题日益突出.对环境腐蚀下桥梁疲劳问题展开了研究.基于S-N曲线和Miner线性累积损伤理论,考虑了不同疲劳车车重、日均车流量和环境腐蚀的作用,计算了某钢-混凝土组合梁桥的疲劳寿命.定义了疲劳修正系数并提出了用该系数考虑环境腐蚀对桥梁疲劳寿命影响的计算方法.研究结果表明:随着疲劳车车重或日均车流量的增长,腐蚀对疲劳寿命的影响逐渐减小.对于B类疲劳细节,在轻度、中度和重度腐蚀环境下,腐蚀引起疲劳寿命的最大降低比例分别为5％、9％和44％.疲劳修正系数可用于考虑腐蚀影响的组合梁桥的疲劳设计和评估,其取值与疲劳细节类别、环境腐蚀等级和无腐蚀环境下疲劳寿命有关.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2019(044)002【总页数】6页(P97-102)【关键词】疲劳寿命;疲劳累积损伤理论;钢材腐蚀;车辆荷载;钢-混凝土组合梁桥【作者】邓露;宁莎丽;王维【作者单位】湖南大学工程结构损伤诊断湖南省重点实验室,湖南长沙410082;湖南大学工程结构损伤诊断湖南省重点实验室,湖南长沙410082;湖南大学工程结构损伤诊断湖南省重点实验室,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】U441+.4钢桥具有强度高、自重轻、建设周期短等优点。
自20世纪80年代以来，随着经济的快速发展，桥梁建设的需求日益迫切，大批公路钢桥涌现，如苏通大桥，武汉长江大桥等。
在桥梁服役期内，桥梁构件会受车辆荷载和环境腐蚀共同作用。
研究表明，两者共同作用下桥梁的疲劳寿命远小于车辆荷载或腐蚀单一作用下的疲劳寿命[1-4]。
然而大部分研究仅考虑了腐蚀对桥梁疲劳寿命的影响，而对日益增长的车重、车流量及车辆荷载和腐蚀共同作用下桥梁疲劳寿命的研究并不充分。
实际上由车重和车流量增长及环境腐蚀共同作用导致的桥梁疲劳破坏时有发生。
如美国I-35W密西西比河大桥桁架角接板发生腐蚀疲劳破坏，导致桥梁在车流高峰期整体垮塌[5]。
腐蚀过程的极化曲线分析
极化曲线分析钢筋的腐蚀过程极化曲线分析钢筋的腐蚀过程摘要：为了确定混凝土中钢筋锈蚀速率的控制因素，运用腐蚀极化曲线图分析活化钢筋阴阳极极化曲线和腐蚀电流随环境相对湿度的变化规律，并讨论在干湿循环过程中混凝土中钢筋的锈蚀过程。
结果表明，有锈蚀产物存在时，锈蚀产物中FeOOH可以取代氧成为钢筋锈蚀过程的阴极去极化剂，钢筋的总腐蚀电流为氧去极化和锈蚀产物去极化产生的腐蚀电流的加和。
钢筋的总腐蚀电流随着环境相对湿度的提高而增大，和氧在混凝土中的扩散速率的变化趋势截然相反，从而证明氧仅是混凝土内钢筋开始的锈蚀的必备条件，但却不是混凝中钢筋锈蚀过程控制素。
关键词：混凝土；钢筋；极化曲线；氧；腐蚀产物混凝土中钢筋的锈蚀是一个非常复杂的电化学过程，目前国内外学者在建立钢筋锈蚀速率模型时，普遍借鉴了金属腐蚀学的研究成果，假定混凝土中钢筋的锈蚀速率受氧扩散速率所控制［１－７］，这种假定的正确和合理性直接决定了由此建立的理论模型的适用程度．由于金属腐蚀学研究的对象，大都是金属处于溶液、水或土壤中，整个腐蚀过程受氧扩散控制已为无数的研究所证实。
然而大气环境混凝土中钢筋的腐蚀和前几种不同，目前已有的研究发现钢筋的锈蚀速率随混凝土湿含量增大而增大，直至混凝土饱水，钢筋锈蚀速率也没有出现下降［８－９］，和混凝土中氧扩散速率的变化趋势［１０］截然相反，这是上述假定所无法解释的．姬永生等［１１］通过试验研究和钢筋锈蚀产物物相组成的变化分析证明锈蚀产物中FeOOH可以取代氧成为钢筋锈蚀过程阴极反应的新的去极化剂，传统的氧作为单一阴极去极化剂的锈蚀机理面临着严峻的挑战。
因此，探究高湿供氧困难情况下混凝土内钢筋仍高速锈蚀的内在机理，对于建立正确、合理钢筋锈蚀速率模型具有重要的意义。
腐蚀极化曲线图是进行金属腐蚀机理分析的重要工具之一。
本文在文献［１１］研究的基础上，运用腐蚀极化曲线图全面解释混凝土中钢筋锈蚀过程，探究混凝土由干燥到饱水变化过程混凝土内钢筋锈蚀速率变化的内在机理，并讨论在干湿循环过程中混凝土中钢筋的锈蚀过程，为预测钢筋混凝土的使用寿命奠定基础。
混凝土中钢筋锈蚀与结构耐久性
目录目录 (2)引言 (4)第一章钢筋混凝土结构的组成材料 (4)1.1混凝土材料……………………………………………………………………………1.2钢筋材料..........................................................................................第二章钢筋混凝土的腐蚀原理与过程 (5)2.1混凝土中钢筋腐蚀的基本理论 (5)2.2混凝土中气体、水、离子的传输过程 (5)2.3混凝土碳化诱导的腐蚀 (5)2.4氢离子诱导腐蚀 (5)2.5腐蚀防护知识及钢筋混凝土阻锈剂的使用 (6)第三章混凝土成分对钢筋的影响 (6)3.1抗碳化性能 (6)3.2抗氢离子侵入性能 (6)3.3胶凝材料对氢离子扩散系数的影响 (6)3.4水泥用量对氢离子扩展系数的影响 (6)3.5腐蚀速率的影响因素 (6)第四章：钢筋混凝土表面处理和涂层 (7)4.1钢筋混凝土腐蚀的原因 (7)4.2防护与修补的方法 (7)4.3基层处理 (7)4.4填充混凝土中的裂缝与孔洞 (7)4.5砂浆与混凝土 (7)4.6混凝土表面的保护层 (7)第五章：钢筋混凝土结构的耐久性 (8)5.1混凝土结构的耐久性的含义 (8)5.2提高混凝土的耐久性 (9)结论 (11)参考文献 (12)致谢 (13)混凝土中钢筋锈蚀与结构耐久性摘要：建筑工程安全性与耐久性在我国探讨话题中占据了越来越重要的地位，根据建设部近几年的调查研究发现，国内大部分地区大多数钢筋混凝土建筑物在使用寿命达到25~30年后即需大修，甚至处于严酷环境下的钢筋混凝土建筑物使用寿命仅仅只有15~20年。
还有一部分工程在建成后几年就出现钢筋锈蚀、混凝土开裂等现象。
钢筋混凝土腐蚀和耐久性成为当今一大研究对象。
在本文将对钢筋混凝土结构发腐蚀性和耐久性做出一系列的探讨。
关键词：钢筋；腐蚀性；耐久性Abstract: construction engineering safety and durability discussed topics in our country have occupied more and more important role in recent years, according to the survey of the ministry of construction, the study found in most parts of China most reinforced concrete building in the service life of 25 to 30 years to that need to overhaul, even in a harsh environment of the reinforced concrete building use life only 15 to 20 years. And part of the project in a few years after the completion of the appears rebar corrosion, and concrete cracking wait for a phenomenon. Reinforced concrete durability corrosion and be the one big research subjects. In this paper will be of the reinforced concrete structure durability corrosion resistance and hair make a series of discussion.Keywords: reinforced; Corrosive; durability引言建筑工程安全性与耐久性在我国探讨话题中占据了越来越重要的地位，根据建设部近几年的调查研究发现，国内大部分地区大多数钢筋混凝土建筑物在使用寿命达到25~30年后即需大修，甚至处于严酷环境下的钢筋混凝土建筑物使用寿命仅仅只有15~20年。
钢筋锈蚀的原因及混凝土构件的耐久性等级评定
钢筋锈蚀的原因及混凝土构件的耐久性等级评定[摘要] 下文主要根据笔者从事工作的多年经验，介绍了混凝土中钢筋锈蚀的现状；钢筋混凝土锈蚀原因；钢筋混凝土构件耐久性；钢筋混凝土构件的等级评定；仅供同行参考。
[关键词] 现状；原因；等级评定随着时间的的不断推延，很多混凝土构件中的钢筋逐渐锈蚀，从而导致混凝土构件的耐久性降低，结构安全性也降低。
因此，引起的工程损失事例不断的发生，由此带来的工程损失及加固处理费用也迅速增加。
一、混凝土构件中钢筋锈蚀的原因混凝土在水化作用时，水泥中氯化钙生成氢氧化钙，使混凝土中含有大量的OH-，使PH值一般达到12.5-13.5之间，钢筋在这样的高碱环境中，表面容易生成哦层钝化膜，研究表明，这种钝化膜能阻止钢筋的锈蚀，只要这层钝化膜破坏，钢筋开始锈蚀。
1. 混凝土碳化引起的钢筋锈蚀。
众所周知，大气是二氧化碳的主要来源，大气中通常含0.2-0.3%的二氧化碳，当混凝土硬化后，表面混凝土遇到空气中的二氧化碳作用，使氢氧化钙漫漫经过化学反应变成碳酸钙，使之碱性降低，碳化达到钢筋表面时，使钝化膜遭到破坏，钢筋就开始锈蚀，对于普通的硅酸盐而言，水化产生的氢氧化钙达到整个水化产物的10-15%，它作为水泥水化产物之一，一方面，它是混凝土高碱度的提供源和保证者，对保护钢筋起着十分重要的作用；另一方面，它又是混凝土中最不稳定的成分之一，很容易与环境中酸性介质发生发应，使混凝土碳化，并逐步延伸至钢筋，使钢筋开始锈蚀。
2. 氯离子引起的钢筋锈蚀混凝土中氯离子进入混凝土通常有两种途径：其一是，掺入含有氯盐的外加剂；其二是，混凝土周围含有氯盐，通常通过混凝土微观、宏观缺陷“渗入”到混凝土中，并达到钢筋表面，直接或间接破坏混凝土的包裹作用和钢筋的钝化的高碱度两种屏障，使之钢筋锈蚀，继而锈蚀产物体积膨胀，使混凝土保护层开裂与脱落。
二、钢筋锈蚀对混凝土结构耐久性的影响影响混凝土结构耐久性的因素很多。
对工业厂房混结构而言，钢筋锈蚀是耐久性失效的主要原因，对于民用建筑混凝土结构而言，钢筋锈蚀亦是一个十分重要的不可忽视的因素。
受荷混凝土中钢筋锈蚀速率计算方法
受荷混凝土中钢筋锈蚀速率计算方法王元战;刘恒;周海锋;林陈安攀【摘要】为研究荷载对钢筋锈蚀速率及结构耐久性的影响,在潮汐区与盐雾区开展不同荷载条件下氯离子扩散试验,荷载大小分别为无荷载、0.3倍和0.5倍混凝土抗折强度.在混凝土中掺入氯盐,开展不同浓度氯盐条件下的钢筋锈蚀试验.通过氯离子扩散试验得到荷载对氯离子扩散影响系数与荷载大小的关系,修正菲克第二定律中的氯离子扩散系数.钢筋锈蚀试验中测试不同时间下混凝土构件中钢筋的锈蚀电流密度,拟合出钢筋锈蚀电流密度与氯盐浓度和锈蚀时间之间的关系.结合混凝土中考虑荷载影响的氯离子扩散模型与钢筋锈蚀模型,给出荷载作用下混凝土中钢筋锈蚀速率的计算方法.该方法对于海洋环境中荷载作用下钢筋混凝土结构耐久性寿命计算具有重要意义.%To explore the effects of load on steel corrosion rate and structural durability, Chloride diffusion experiments under various load conditions were carried out in tidal zone and salt spray zone. The load sizes were 0 times, 0. 3 times, 0. 5 times the flexural strength. The steel corrosion experiments were conducted in concretes mixed with different concentrations of sodium chloride. The results of chloride diffusion experiments showed the relationship between chloride diffusion load coefficient and the load sizes. This could be applied to determine the chloride diffusion coeffients in Fick's second law. The current density of steel corrosion as a function of time were measured in steel corrosion experiments. A model could be be fitted to represent the relationship among the current density, chloride content and time could. The steel corrosion rate in concretes under the action of load could be calculated bypluging the chloride diffusion model and considering loading factor into the steel corrosion model. This method is important to calculate reinforced concrete structure durability under the action of load in marine environment.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2015(023)006【总页数】6页(P12-17)【关键词】海洋环境;钢筋混凝土;氯离子;荷载;锈蚀速率【作者】王元战;刘恒;周海锋;林陈安攀【作者单位】水利工程仿真与安全国家重点实验室(天津大学) ,天津300072;高新船舶与深海开发装备协同创新中心,天津300072;水利工程仿真与安全国家重点实验室(天津大学) ,天津300072;高新船舶与深海开发装备协同创新中心,天津300072;江苏省交通规划设计院股份有限公司,南京210014;中交第四航务工程勘察设计院有限公司,广州510230【正文语种】中文【中图分类】TU528在沿海工程中，钢筋混凝土结构被大规模使用，钢筋混凝土耐久性问题是工程设计与建造中不可忽视的一大问题.混凝土中钢筋锈蚀速率模型是实现钢筋混凝土结构耐久性寿命评估和预测的关键之一.海洋环境下当钢筋表面氯离子浓度达到临界值时，钢筋钝化膜破坏，在水和氧气共同作用下钢筋发生锈蚀［1］.Liu［2］通过试验发现，钢筋锈蚀速率随钢筋表面氯离子浓度增大而增大. Francois等［3］初步研究发现，氯离子在受拉混凝土中的渗透显著大于受压混凝土中的渗透.可见，混凝土所受荷载对钢筋锈蚀速率及其耐久性寿命有一定影响.何世钦等［4］认为，钢筋混凝土构件都是负载工作的，未加载试件锈蚀试验得到的结论不能全部反映实际结构中的钢筋锈蚀情况.顾绳仁［5］研究表明，荷载对钢筋锈蚀有明显影响，荷载作用引起混凝土细微结构变化，进而对氯离子在混凝土中的扩散系数产生影响，从而影响钢筋锈蚀速率.张俊芝等［6］研究得出，混凝土中钢筋初始锈蚀时间随着压应力的增加而延长.但是，现有的研究均未得出荷载作用下钢筋锈蚀速率的计算方法.由于现有的研究缺乏荷载作用下氧气和水分的扩散模型，本文只考虑氯离子传输这一影响因素，对钢筋锈蚀速率进行近似计算.故本文通过在室内环境下内掺不同含量的氯盐加速钢筋锈蚀的试验，得出钢筋锈蚀电流密度与钢筋表面氯离子浓度、时间的关系.结合前期完成的受荷混凝土中氯离子扩散试验，将荷载作用下钢筋表面氯离子浓度代入钢筋锈蚀模型，从而计算出荷载作用下钢筋锈蚀速率.通过计算荷载作用下某高桩码头基桩耐久性寿命，说明荷载作用对海洋环境下钢筋混凝土结构耐久性寿命有一定影响，在进行结构设计时需要考虑.试验共浇筑了40根尺寸为100 mm× 100 mm×400 mm的素混凝土梁.混凝土配合比及性能见表1.浇筑完成后，所有试件在混凝土标准养护箱中养护24 h后拆模，接着在饱和氢氧化钙溶液中养护28 d.开始试验之前，留出上表面作为混凝土的渗透面，其余面用环氧树脂密封.选择三分点自锚加载法作为本次试验加载方式［7］，采用2种荷载水平进行加载分别模拟拉应力区和压应力区.荷载大小分别为无荷载、抗折强度的30%、抗折强度的50%，加载装置示意图见图1.将试件分别放置在多功能海洋环境自动化模拟试验设备的主腐蚀箱和盐雾箱中，分别模拟水位变动区的潮汐循环和盐雾区的氯离子扩散环境.测试时间分别为35、70、120、180 d.采用多功能混凝土钻孔取芯机钻取直径为10 mm的芯样，并沿深度方向每隔5 mm分层对芯样取混凝土粉末.通过CL-E氯离子含量快速测定仪测量其浓度，具体试验分析见文献［8］.根据Fick第二定律的解析模型，对试验数据进行非线性回归拟合，得到如下公式.根据氯离子扩散模型［9］提出荷载作用下氯离子扩散系数公式［8］以及f（δ）计算公式：潮汐区拉应力，潮汐区压应力，盐雾区拉应力，盐雾区压应力，式中：Cs为混凝土表面氯离子浓度；Dc为氯离子扩散系数；D0为28 d时氯离子扩散系数；m为常数；δ=P/Pu；P为混凝土所受的实际应力，Pu为混凝土构件的抗折强度；f（δ）为荷载对氯离子扩散的影响系数；t为氯离子开始渗透的时间.将式（2）～（6）代入式（1）即可计算荷载作用下的氯离子扩散系数.2.1 试验材料及参数试验共制作24个100 mm×100 mm×200 mm的混凝土梁，水泥选用天津水泥厂生产的42.5普通硅酸盐水泥，细骨料为细度模数2.6左右的河砂，粗骨料为最大粒径20 mm的碎石，钢筋选用长250 mm、直径16 mm的HRB335钢筋，钢筋保护层厚42 mm.混凝土配合比及力学性能见表2［10］.本试验为了简化人工气候环境控制，采用内掺法将氯盐掺入混凝土内搅拌.这样在混凝土构件养护硬化时，钢筋钝化膜已经开始破坏［11］.将试件依次编号A～H，分为8个组，每组3个试件，每组分别掺入占水泥质量0、1.0%、1.5%、2%、3%、4%、5%、5.5%的NaCl，试件编号及数量见表3，每个编号对应的构件数量均为1个.2.2 试件制作截取24根长度250 mm、直径16 mm的HRB335钢筋.在钢筋一端焊接电线，为防止焊点及裸露钢筋与空气接触腐蚀，将焊点及裸露的钢筋用环氧树脂密封［1，12］.将浇筑完成的试件放入混凝土标准养护箱中养护24 h后脱模，并立即给试块编号，随后将试件放入饱和氢氧化钙溶液中养护28 d.养护完成后，取出试件放置在室内环境下，并用塑料管垫高，保证底部空气流通.2.3 试验仪器该试验采用的CS354电化学工作站由武汉科斯特仪器有限公司生产.目前常用来表征钢筋锈蚀程度的参数主要分为反映钢筋平均锈蚀程度的参数和反映钢筋局部坑蚀程度的参数［11］，本文主要研究钢筋混凝土耐久性寿命，所以选用钢筋平均锈蚀程度的参数来对钢筋锈蚀程度进行评价.通过测量钢筋腐蚀的自然电位（Ecorr）、混凝土电阻率（ρ）、腐蚀电流密度（icorr），来评价钢筋腐蚀状况和腐蚀速度［13］.本试验选用将参比电极与辅助电极直接放置外部的试验方式，如图2所示，其中工作电极即为钢筋，辅助电极为中心开圆孔的不锈钢矩形薄钢片，其大小为100 mm×200 mm，参比电极为饱和甘汞电极，阴影部分为混凝土试件.2.4 钢筋腐蚀电流密度的测量本试验用含NaCl溶液的海绵垫提高辅助电极与混凝土间的接触，溶液中NaCl质量分数为1%.利用线性极化方法，从养护完成后第7天开始每周测量一次不同氯盐掺量的混凝土构件中钢筋的极化电阻，并记录钢筋的锈蚀电流密度，直至第98天.具体动电位线性极化试验参数设置如下［14］：采用相对于开路电位±10 mV的极化区间.极化方向从相对于开路电位+10 mV至-10 mV.采用10 mV/min的扫描速率.极化时间为120 s.3.1 钢筋锈蚀速率时变过程已知钢筋锈蚀速率和钢筋锈蚀电流密度成正比［15］，在后文中，用钢筋锈蚀电流密度表征钢筋锈蚀速率.不同氯盐含量的混凝土中钢筋锈蚀电流密度变化规律如图3所示，横坐标以养护28 d完成开始计算.由图3可以看出，混凝土内的钢筋锈蚀速率经历了锈蚀初期的下降阶段以及保护层开裂前的平稳发展阶段.3.2 钢筋锈蚀速率模型3.2.1 钢筋锈蚀电流密度与氯离子含量变化关系曲线图4为不同时刻钢筋锈蚀电流密度与混凝土中氯离子含量（占水泥质量分数）关系曲线.从图4可以看出，在其他条件相同时，氯离子含量越高，钢筋锈蚀电流密度越大.3.2.2 拟合经验公式由图3可以看出，钢筋锈蚀速率初期减少较快，逐渐趋于稳定，选择指数小于0的幂函数拟合钢筋锈蚀电流密度与时间关系y=axb（b＜0）；由图4可以看出，钢筋锈蚀电流密度随着氯离子含量增长而增长，选用指数大于零的幂函数拟合锈蚀电流密度与氯离子含量关系y=axb（b＞0）.对幂函数y=axb线性化，利用试验所测数据进行多元线性回归得钢筋锈蚀电流密度与氯离子含量、时间之间的关系为式中：i为锈蚀电流密度，μA/cm2，用来表示锈蚀速度；t′为混凝土内钢筋开始锈蚀后的天数，d；w（Cl-）为钢筋表面混凝土中氯离子质量分数，以水泥重计，%；R为相关系数.4.1 荷载作用下钢筋锈蚀电流密度计算将式（1）代入式（7）可得，荷载作用下钢筋锈蚀电流密度计算公式为式中：i′为荷载作用下钢筋锈蚀电流密度，μA/cm2；tcr为钢筋开始锈蚀的临界时间，d；t′为混凝土内钢筋开始锈蚀后的时间，d.4.2 钢筋开始锈蚀时间tcr计算钢筋开始锈蚀时间计算式为式中：tcr为钢筋表面氯离子浓度达到钢筋锈蚀临界值的时间；C（x，tcr）由式（1）～（6）计算可得；Ccr为临界氯离子浓度，以质量分数计.4.3 混凝土保护层锈胀开裂时间ta计算［11］采用弹性力学方法，考虑混凝土环向不均匀拉应力，混凝土保护层开裂时刻钢筋锈胀力为［11］式中：q*为混凝土保护层开裂时刻钢筋锈胀力；c为钢筋保护层厚度；ftk为混凝土抗拉强度；d为钢筋直径.基于钢筋锈蚀量的平均锈蚀率η可以按下式计算［11］：式中：N为钢筋的摩尔质量，取为0.056 kg/mol；F为法拉第常数，1F=26.8 A·h/mol；t为锈蚀时间；S为混凝土中钢筋的表面积；icorr为锈蚀电流密度；g0为钢筋原始质量.则混凝土保护层胀裂时刻的钢筋锈蚀率表达式［11］为其中，式中：n为钢筋锈蚀后体积膨胀率，取为3；Ec和υc分别为混凝土的弹性模量（MPa）和泊松比；R为钢筋半径；c为混凝土保护层厚度；Er和υr分别为铁锈的弹性模量和泊松比，取Er=120 MPa，υr= 0.49［16］.通过式（12）可求出混凝土保护层锈胀开裂时的平均锈蚀率ηs，代入式（11）即可求出ta.4.4 耐久性极限状态时间tb计算将混凝土保护层裂缝宽度达到1 mm时作为混凝土结构达到耐久性寿命极限状态的标志［17］.混凝土胀裂宽度与钢筋截面锈蚀率公式选为［11］混凝土保护层开裂后的钢筋锈蚀模型选用Chun Qing Li模型［18］：通过式（13）可求出混凝土结构达到耐久性寿命极限状态时的平均锈蚀率ηs，代入式（11）、（14）即可求出tb.某钢筋混凝土高桩梁板码头，基桩混凝土强度等级为C35，水灰比0.48，配有Φ18钢筋，钢筋保护层厚度60 mm，基桩所处的海洋环境为潮汐区.取潮汐区钢筋锈蚀临界氯离子质量分数Ccr= 0.3%［19］（占混凝土质量分数）；t28为28 d；m= 0.2［8］；D0=10-10.90m2/s［8］；Cs=0.519%［17］；x= 60 mm；胶凝材料占混凝土质量分数为18.9%.取拉应力下δ分别等于0、0.3、0.5.则该码头在荷载作用下耐久性计算结果如表4所示.由表4可以算出，当δ等于0.5时，钢筋开始锈蚀时间、混凝土保护层锈胀开裂时间和耐久性寿命分别比没有荷载时提前了18.8%、18.2%和13.3%，可见荷载对海洋环境下的钢筋混凝土结构耐久性寿命有一定影响.1）将荷载作用下的混凝土中氯离子扩散模型代入混凝土中钢筋锈蚀模型，给出计算受荷混凝土中钢筋锈蚀电流密度的计算模型.2）通过室内加速试验验证了在水灰比、外在环境等条件相同时，钢筋锈蚀速率与氯离子含量之间成对数线性关系，混凝土内的氯离子含量越高，钢筋的锈蚀速率越大.3）通过实际算例体现了荷载对结构耐久性寿命存在一定影响.对于海洋环境下的钢筋混凝土结构，需要考虑荷载对结构耐久性寿命的影响.【相关文献】［1］桂志华.氯离子侵蚀条件下混凝土中钢筋锈蚀模型研究［D］.武汉：华中科技大学，2005. ［2］ LIU Youping.Modeling the time-to-corrosion cracking ofthecoverconcreteinchloridecontaminated reinforced concrete structures［D］.Virginia：Virginia Polytechnic Institute and State University，1996.［3］ FRANCOIS R，MASO J C.Effect of damage in reinforced concrete on carbonation or chloride penetration ［J］.Cement Concrete Research，1988，18（6）：961-970.［4］何世钦，贡金鑫.负载钢筋混凝土梁钢筋锈蚀及使用性能试验研究［J］.东南大学学报（自然科学版），2004，34（4）：474-479.HE Shiqin，GONG Jinxin.Experimental studies on steel bar corrosion and serviceability of reinforced concrete beam under service loading［J］.Journal of Southeast University （Natural Science Edition），2004，34（4）：474-479.［5］顾绳仁.荷载对钢筋锈蚀速度的影响［J］.水道港口，1988（2）：10-16. GU Shengren.Reinforcement corrosion rate under theaction of load［J］.Journal of Waterway and Harbor，1988（2）：10-16.［6］张俊芝，王梁英，刘华挺，等.弯曲荷载对混凝土氯离子扩散与钢筋初锈时间的影响［J］.自然灾害学报，2010，19（3）：13-18.ZHANG Junzhi，WANG Liangying，LIU Huating，et al.Influence of flexural loading on diffusion of chlorine ion and corrosion initiation time of steel bar in concrete ［J］.Journal of Natural Disasters，2010，19（3）：13-18.［7］崔衍强.荷载作用下钢筋混凝土构件氯离子扩散试验及耐久性计算方法［D］.天津：天津大学，2012：15.［8］ WANG Yuanzhan，LIN Chen′anpan，CUI Yanqiang. Experiments of chloride ingression in loaded concrete members under the marine environment［J］.Journal of Materials inCivilEngineering，2013，26（6）：04014012.［9］王军.荷载作用下钢筋混凝土结构耐久性分析方法研究［D］.天津：天津大学，2008：9. ［10］周海锋.海洋环境下混凝土中钢筋锈蚀试验及耐久性计算方法［D］.天津：天津大学，2013：38.［11］金伟良.氯盐环境下混凝土结构耐久性理论与设计方法［M］.北京：科学出版社，2011：212，162，213，236.［12］中国建筑科学研究院.普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准GB/T50082-2009［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009：64.［13］林龙缤，吕李青.钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀问题初探［J］.西部探矿工程，2005（11）：215-216.LIN Longbin，LU Liqing.The research of steel bar corrosioninconcretestructure［J］.West-China Exploration Engineering，2005（11）：215-216.［14］佘海龙，徐永模，黄春江，等.试验条件对线性极化法测定钢筋腐蚀速率的影响研究［J］.混凝土，2003 （6）：33.SHE Hailong，XU Yongmo，HUANG Chunjiang，et al. The influence of experiment condition on corrosion rate of rebars by linear polarization method［J］.Concrete，2003（6）：33.［15］安新豪，王书磊，姬永生，等.混凝土结构中钢筋锈蚀过程的研究现状与评述［J］.中国建材科技，2008，33 （2）：43.AN Xinhao，WANG Shulei，JI Yongsheng，et al.The research actuality and comment on rust process of steel bar in concrete structure［J］.China Building MaterialsScience&Technology，2008，33（2）：43.［16］徐港，卫军.钢筋均匀锈胀力的若干问题研究［J］.福州大学学报（自然科学版），2005，33（增刊1）：103.XU Gang，WEI Jun.Research on corroded expansive force of the concrete reinforced bar ［J］.Journal of Fuzhou University（Natural Science），2005，33（Sup1）：103. ［17］孙艺.海洋环境下高桩码头耐久性分析方法研究［D］.天津：天津大学，2005：29. ［18］LI Chunqing.Reliability based service life prediction of corrosion affected concrete structures［J］.ASCE J Structural Eng，2004（10）：1573［19］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（3）：11. ZHANG Baolan，WEI Shushan.Test for reinforced concrete stucture at sea port of south China after ten years’expose［J］.Port&Waterway Engineering，1999 （3）：11.。
钢筋混凝土梁的耐久性能与抗化学侵蚀设计
钢筋混凝土梁的耐久性能与抗化学侵蚀设计钢筋混凝土结构在现代建筑中扮演着重要的角色，尤其是在桥梁、高层建筑和基础设施等工程中。
然而，由于存在一些外界因素的作用，如化学侵蚀等，梁的耐久性能可能会受到影响。
为了确保梁的长期使用和安全可靠性，我们需要对钢筋混凝土梁的耐久性能进行充分的了解，并对其抗化学侵蚀设计进行有效的控制。
首先，梁的耐久性能与设计阶段的质量控制密切相关。
在设计过程中，需要考虑梁所处环境的特点和潜在的化学侵蚀因素。
例如，如果梁经常暴露在海水环境中，设计师就需要采用防潮、抗盐雾腐蚀和抗海洋氯盐侵蚀的材料和设计方案。
其次，钢筋混凝土梁的耐久性能受材料本身的性能和质量控制的影响。
混凝土在抗化学侵蚀方面具有一定的优势，但它仍然会受到酸碱盐溶液的侵蚀。
因此，在浇筑混凝土时，应采用高强度、高抗化学侵蚀的混凝土材料，并注意加强混凝土表面的密实性，以提高其抗侵蚀能力。
同时，在梁的设计中，还应采取一系列的措施来提高其抗化学侵蚀能力。
首先，适当增加梁的截面尺寸和厚度，以增强梁的负荷承载能力和抵抗化学物质的侵蚀能力。
其次，设计师还应考虑采用特殊的防护层或涂层，以阻挡化学物质的侵蚀。
这些防护层可以是环氧树脂、陶瓷涂层等。
此外，还可以考虑使用防护策略，如钢筋的防锈处理和使用耐蚀性更好的钢材。
除了设计阶段的措施外，定期的养护和维修也是确保钢筋混凝土梁耐久性的重要环节。
定期的养护和维修可以延长梁的使用寿命，并及时修复潜在的损坏。
例如，针对已经出现的钢筋锈蚀问题，可以采用修复材料进行修补，以阻止锈蚀的进一步发展。
此外，实施定期的监测和评估也是确保钢筋混凝土梁耐久性的关键步骤。
通过监测梁的结构状态和性能，可以及时发现潜在的问题并采取相应的措施。
监测方法可以包括无损检测、特定区域的抽样测试以及结构负荷测试等。
最后，对于特殊环境下的钢筋混凝土梁，如海上桥梁、化工厂建筑等，需要进行更加细致和全面的设计和施工。
此类梁的抗化学侵蚀性能要求更高，因此在设计和施工过程中需要加大对防护材料和工艺的选择和控制。