第３６卷第１６期 Ｖｏ１．３６ Ｎｏ．１６ ２ ０ １ ０年６月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣｒＵＲＩ Ｊｕｎ．２０１０ ・５３・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１０）１６—００５３—０２ 混凝土碳化引起钢筋锈蚀的试验研究 赵文娟 摘要：针对混凝土碳化引起的钢筋锈蚀，阐述了混凝土碳化和钢筋锈蚀的机理，通过工程实例分析了混凝土碳化对钢 筋的影响，提出了钢筋锈蚀应采取的预防措施，以提高结构的耐久性和安全性，减少耐久性破坏。 关键词：钢筋混凝土，耐久性，碳化，钢筋锈蚀 中图分类号：ＴＵ５２８ 文献标识码：Ａ １概述 件，含氧水分侵入是钢筋锈蚀的充分条件。建筑中通常用的钢材 １．１混凝土结构的耐久性 为碳素结构钢和结构低合金钢，其化学组成除Ｆｅ外，还含有少量 混凝土结构应满足安全性、适用性和耐久性这三方面的要 其他金属（Ｍｎ，Ｖ，Ｔｉ）和非金属（Ｓｉ，Ｃ，Ｓ，Ｐ，０）元素并形成固熔体、 求。混凝土结构的耐久性是指在设计和使用年限内，在正常维护 化合物或机械混合物的形态共存于钢材结构中；此外还有许多晶 下，结构必须保持适合于使用，而不需要维修加固。混凝土结构 界面和缺陷。钢筋表面氧化膜破坏后，当钢材表面从空气中吸收 广泛用于各类工程结构中，如果因耐久性不足而失效，或为了继 溶有二氧化碳的水分，形成一种电解质的水膜时，就会在钢材表 续正常使用而进行相当规模的维修、加固和改造，则要付出高昂 面层的不同成分或晶界面之间构成无数微电池。阳极和阴极反 的代价。保证混凝土结构能在自然和人为环境的化学和物理作 应构成整个腐蚀过程，这即为电化学腐蚀。最初的混凝土孔隙中 用下，满足耐久性的要求，是一个十分迫切和重要的问题。 充满了饱和 （０Ｈ）２溶液，它使钢筋表层发生初始的电化学腐 １．２影响混凝土结构耐久性能的主要因素 蚀，该腐蚀物在钢筋表面形成一层致密的覆盖物，即Ｆｅｚ０３和 Ｆｅ３０４，这层覆盖物称为钝化膜，在高碱性环境中，即ｐＨ≥１１．５ 影响混凝土结构耐久性的因素，主要有内部原因和外部原因 两个方面。内部因素主要有混凝土的强度、密实性、水泥用量、水 时，它可以阻止钢筋被进一步腐蚀。当混凝土碳化深度超过保护 灰比、氯离子及碱含量、外加剂用量、保护层厚度等；外部因素则 层达到钢筋表面时，钢筋周围孔隙液的ｐＨ值降低到８．５～９．０， 主要是环境条件，包括温度、湿度、二氧化碳含量、侵蚀性介质等。 钝化膜被破坏，钢筋将完成电化学腐蚀，导致钢筋锈蚀。 出现耐久性能下降的问题，往往是内外部因素综合作用的结果。 ３工程实例 ２混凝土的碳化与钢筋的锈蚀 ３．１ 混凝土碳化的检测步骤 ２．１混凝土的碳化 采用化学测试法，在混凝土表面凿个小洞，深１ ｃｒｎ左右，用 洗耳球或小皮老虎吹掉灰尘碎屑，然后滴人或涂抹酚酞剂，看混 混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中二 氧化碳渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐 凝土是否变色（碳化），若发现有碳化情况，则可迅速的测试出其 碳化程度。１）酚酞剂的配制。根据实践试验结果得出，用９９％的 和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化， 其化学反应为： （ＯＨ）２＋ｃｏ２—— ｃ０３＋Ｈ２Ｏ。水泥在水化过 酒精加１％的酚酞液，所配制的酚酞剂呈浅色；９６％的酒精加４％ 程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙 的酚酞液，所配制的酚酞剂呈深色。２）混凝土碳化判定。当酚酞 剂涂抹或滴人混凝土体内１ ｍｉｎ－－２ ｍｉｎ后，便有反应。若混凝土 溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难 溶的Ｆｅｚ０３和Ｆｅｚ０４，称为钝化膜。碳化后使混凝土的碱度降低， 变红色，则混凝土未碳化；若混凝土不变色，则混凝土已碳化。３） 混凝土碳化深度测验。用碳化深度测定仪测定没有变色的混凝 当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会 使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土 土的深度。４）￣ｌＪ试混凝土碳化凿开面的处理。在混凝土碳化测 试工作完成后，对检测混凝土碳化的凿开面应用环氧树脂或环氧 碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化 还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会 混凝土作填补封闭处理。 表１ 混凝土碳化深度检测结果 ｍｍ 使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因 试件 保护层厚度 碳化深度 编号 （１） （２） 钢筋锈蚀状况 （１）而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。 （２） 理论分析和试验分析表明，在大气环境下，混凝土的碳化深 Ａ１ ３５ ２５．２８ 基本未锈 ９．７２ 度与时间的关系为： Ａ２ ４０ ６．９７ 基本未锈，局部有锈迹 ３３ Ｏ３ Ａ３ ３０ １１ ５Ｏ 基本未锈，梁肋上有锈迹 １８．５Ｏ ｘ＝ ＝ （１） Ｂｌ ３０ ６ ２２ 局部有锈 ２３ ７８ 其中，ｘ为碳化深度；Ｄｋ为（ 的扩散系数；Ｃ为混凝土表 Ｃ１ ２８ ５ ４９ 基本无锈 ２２ ５１ 面的浓度；ｂ为单位体积混凝土碳化所需的∞ 含量；Ｋ为混凝土 Ｃ２ ２８ １４．１２ 局部有锈，梁主肋无锈，总体较好 １３．８８ Ｃ３ ３２ ７．６６ 梁主肋局部有锈迹，总体较好 ２４ ３４ 碳化系数，与结构所处的自然环境和使用环境、水泥品种、结构混 ＣＡ． ４５ ５．８０ 基本未锈蚀，局部有锈迹 ３９ ２０ 凝土质量及混凝土早期养护条件有关；ｔ为混凝土暴露时间，年。 ３．２试验数据 ２．２钢筋的锈蚀 我们对某工程的几个构件进行编号，并对其进行混凝土碳化 混凝土碳化至钢筋表面使氧化膜破坏是钢筋锈蚀的必要条 检测，测试结果如表１所示。从表１中可以看出，有些钢筋表面的 收稿日期：２０１０—０２—２６ 作者简介：赵文娟（１９８０一），女，助理工程师，山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西晋中０３０６００ 第３６卷第１６期 ・５４・ ２ ０ １ ０年６月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖ０１．３６ Ｎｏ．１６ Ｊｕｎ．２０１０ 文章编号：１００９—６８２５（２０１０）１６．００５４—０２ 钢一混凝土组合梁抗剪连接件承载力计算研究 张鹏飞 摘要：介绍了钢一混凝土组合梁中常见剪力连接件的分类，讲述和分析了目前国内外钢一混凝土组合梁各种剪力连接 件的结构特点，特别重点介绍了本模型试验剪力连接件个数的计算，以期指导工程实践。 关键词：钢一混凝土组合梁，模型试验，连接件 中图分类号：ＴＵ３１２ 文献标识码：Ａ １概述 件易于在周围混凝土中引起较高的应力集中，使混凝土压碎或剪 柔性连接件的破坏形态则较为协调一致， 钢一混凝土组合梁是一种重要的横向承重组合构件，通过抗 切破坏，甚至焊接破坏；很少突然破坏。故从结构的安全角度出发，应该偏向于使用柔性 剪连接件将钢梁和混凝土板组合成整体共同受力，从而能够充分 连接件。所以目前国内设计规范推荐并得到大量实际应用的钢 发挥钢材抗拉、混凝土抗压性能好的优点。而抗剪连接件是将钢 混凝土组合梁用剪切连接件有圆柱头栓钉连接件、槽钢连接件 梁与混凝土板组合在一起工作的关键部件，起到了传递混凝土与 和弯起钢筋连接件三种（见图１）。 钢梁之间纵向剪力的作用，同时还能抵抗使两者分离的掀起作用。 一２剪力连接件的分类及特点 剪力连接件可分为刚性连接件和柔性连接件两大类。刚性 连接件包括方钢连接件、Ｕ形连接件、Ｔ形连接件和马蹄形连接 ３抗剪连接件承载力计算 为了确定栓钉连接件的抗剪能力，可以根据组合梁截面极限 抗弯承载力计算方法，并考虑剪跨混凝土翼板隔离体的平衡条件 件；而圆柱头栓钉、摩擦型高强螺栓、锚型连接件、Ｌ形连接件以 来确定栓钉受到的剪力。其中需要确定弯曲极限状态时临界截 面混凝土翼板压应力的合力ｃ，而Ｃ的计算精度取决于极限抗弯 及角钢则属于柔性连接件。刚性连接件在传递交界面的剪力时 不能变形，而柔性剪力连接件在传递交界面的剪力时具有很好的 能力的计算精度。组合梁临界截面的理论极限抗弯能力Ｍ 可 变形能力，这有利于交界面连接件之间的剪力重分布，为剪力连 接件的简化设计和施工奠定了基础，也就是说在设计剪力连接 时，可以不按照剪力图形布置连接件，而可以简单地沿整个梁长 以按照如图２，图３所示的模型确定，设在弯曲极限状态时临界截 面的简化等效矩形应力块如图２ｂ），图２ｃ），图３ｂ）及图３ｃ）所示。 图２ｂ），图２ｃ）和图３ｂ），图３ｃ）所示的等效矩形应力块模型分别表 或分段均匀布置。这两类连接件除了在刚性（每单位滑移的荷载 示塑性中和轴位于混凝土翼板和钢梁截面两种情况。在弯曲极限状态时，组合梁剪跨内栓钉的抗剪承载力理论平 量）方面有明显的不同外，在破坏形态方面也有所不同，刚性连接 钝化膜遭到破坏，钢筋开始腐蚀，由于钢筋锈蚀，其截面面积减 入。３）在海工结构、强腐蚀介质中的钢筋混凝土结构中，可采用 少，延性降低，强度受损，使结构或构件安全性受到不同程度的影 钢筋阻锈剂、防腐蚀钢筋、环氧涂层钢筋、不锈钢钢筋等。４）若建 响。混凝土中钢筋锈蚀会使构件的承载力下降，使结构的性能劣 筑物地处环境恶劣的地区，宜采取环氧基液涂层保护效果较好， 化。因此我们必须采取一些有效措施，处理钢筋锈蚀。 ３．３钢筋锈蚀后的处理方法 对建筑物地下部分在其周围设置保护层。５）合理设计混凝土配 合比。６）规定钢筋保护层的最小厚度。 １）对碳化深度过大，钢筋锈蚀明显、危及结构安全的构件应 参考文献：拆除重建；２）对碳化深度较小并小于钢筋保护层厚度，碳化层比 ［１］王铁成．混凝土结构设计原理［Ｍ］．北京：中国建筑工业出 较坚硬的，可用优质涂料封闭；３）对碳化深度大于钢筋保护层厚 粉刷高强砂浆或浇筑高强混凝土；４）对钢筋锈蚀严重的，应在修 版社．２００５． ２］ 易伟建．建筑结构试验［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社， 度或碳化深度虽然较小但碳化层疏松剥落的，均应凿除碳化层， ［２００５． 补前除锈，并应根据锈蚀情况和结构需要加补钢筋。 ［３］刘书君．公路工程建筑物混凝土碳化影响因素与预防措施 ４结语 １）混凝土本身要降低水灰比，保证密实度，具有足够的保护 层厚度，严格控制氯含量。２）采用覆盖层，防止二氧化碳等的渗 ［Ｊ］．新疆交通科学研究，２００９（２）：２３—２４． ［４］ 韦 豪，范 军．浅谈混凝土结构耐久性［Ｊ］．山西建筑， ２００９。３５（７）：８０—８２． Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｃｏｎｃｒｅｔｅｄ ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ 【 Ｗｅｎ－ｊｕａｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｉｎ— ｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃａｓｅ，ｉｔ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｔｏ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ｄｕｅ ｔｏ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎ，ｐｍｐｏ￣￣ｌ ｓｔｅｅｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ．ＳＯ ａｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｄａｍａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ，ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ，ｓｔｅｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ 收稿日期：２０１０—０２—２５ 作者简介：张鹏飞（１９８２．），男，助教，天津铁道职业技术学院，天津３００２４０