混凝土受弯构件中钢筋锈蚀修复方法评价.pdf

2 0 1 5 年 第 6期 (总 第 3 0 8 期) N u mb e r 6 i n 2 0 1 5( T o t a l No 3 0 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL R ES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 0 6 0 0 6 混凝土受弯构件中钢筋锈蚀修复方法评价 张鑫 -一 ， 耿欧 。 刘颖凤。 ( 1 中国矿业大学 a 江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室； b 力学与建筑工程学院，江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ； 2 南京航空航天大学 金城学院， 江苏 南京 2 1 0 0 1 6 ) 摘要： 氯离子侵入而引起的钢筋锈蚀严重影响钢筋混凝土结构的服役寿命， 是危害混凝土结构耐久性的重要 因素之一。 如何 阻止氯盐环境下钢筋的继续锈蚀以及采用何种措施对 已锈蚀钢筋混凝土构件进行修复受到了广泛关注。 采用模糊综合评价法 研究了电化学除氯和涂刷迁移性阻锈剂两种修复方法对阻止钢筋继续锈蚀的效果； 和未采取修复措施的锈蚀钢筋混凝土受弯构 件正截面抗弯承载力进行对比， 分析了两种方法的优缺点 ， 结果表明电化学除氯和涂刷迁移性阻锈剂具有相近的修复效果， 涂刷 阻锈剂方法更易于施工。 关键词 ： 钢筋锈蚀 ； 模糊综合评价法； 受弯构件 ； 电化学除氯 ； 迁移性阻锈剂 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 0 2 2 0 4 E v a l u a t i o n o n r e p a i r me t h o d s o f re i n f or c e me n t c or r o s i o n i n f le x u r a l c o n c r e t e me mb e r ZH4 G Xi n 一， GENG Ou ， LI U Yi n gf e n g (1 a J i a n g s u Ke y La b o r a t o r y o fEn v i r o n me n t a l I mp a c t a n d S t r u c t u r a l S a f e t y i n En g i n e e ring； b Sc h o o l o fMe c h a n i c s Ci v i l E n gi n e e rin g C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g&T e c h n o l o g y ， X u z h o u 2 2 1 1 1 6 ， C h i n a ； 2 N an H a n g J i n c h e n g C o l l e g e ， N a n j i n g 2 1 0 0 1 6 ， C h i n a ) Abs t r ac t： S t e e l c o r r o s i o n c a u s e d b y c h l o rid e p e n e a ti o n s e rio u s l y a f f e c t s t he s e r vi c e l i f e o f r e i n f o r c e d c o n c r e m s t r u c t ur e， and i t i s a l s o the i mp o r t a n t f a c t o r s wh i c h i n flu e n c e the d u r a bi l i t y of c o n c r e t e s t r u c t u r e Ho w t o p r e ve n t the c o n tin u e d c o r r o s i o n a nd r e p a i r t h e da ma g e d pa r t s o f the r e i nf o r c e d c o n c r e s t r uc tur e i n c h l o rid e e n v i r onm e nt we r e a t t r a c t e d l o t s o f a e n tio n Th e r e me d i a t i o n e f f e c t o f e l e c t r o c h e mi c a l c h l o rid e e x tra c tio n a n d mi g r a t i n g c o r r os i o n i n h i b i t o r s we r e ana l y z e d b y f u z z y c o mp r e h e ns i v e e v a l u a tio n An d t h e a d v a n t a g e s a n d di s a d v a n t a g e s of t he t wo me tho d s we r e a l s o an a l y z e d b y c o mpa r i n g t h e n o r ma l s e c ti o n s t r e ng t h o f the r e p a i r e d a n d u n r e p a ir e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms T he r e s u l t s s h o w t h e t wo me tho d s h a v e s i mi l a r r e me d i a t i o n e f f e c t a n d the mi g r a ti n g c o rro s i o n i n h i b i t o r s me tho d i s e a s i l y i mp l e me n t e d i n p r a c t i c a l e n g i n e e rin g K e y wor ds： s t e e l c o rr o s i o n ； f u z z y c o mp r e h e n s i v e e v a l u a ti o n ； fl e x u r a l me mb e r ； e l e c tro c h e mi c a l c h l o ri d e e x t r a c t i o n ； mi g r a t i n g c o r r o s i o n i n h i b i t or 0 引言 氯盐环境下 ， 氯离子通过扩散 、 渗透 、 电化学迁移等形 式迁移至钢筋表 面 ， 破坏 钢筋表面钝化膜 ， 进而引起钢 筋 锈蚀 ； 钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最重要 因 素之一 。 目前研究表 明， 随着钢筋锈蚀率 的的不 断增大 ， 钢筋混凝土构件 的承载力不断减小 ， 当锈蚀率超过一定 限 值后构件就会发生突然破坏。 因此 ， 如何 阻止氯盐环境 下 钢筋的继续锈蚀 以及采 用何 种措施对 已锈蚀钢筋混凝 土 构件进行修复是工程领域十分关注的问题 。目前修复 钢筋已经锈蚀 的混凝 土构件常用 的修复方法主要有局 部 补丁修补 、 涂刷迁移性钢筋阻锈剂和采用 电化学方法去除 构件 中氯离 子( 电化学 除氯 ) ， 目前 大多数研究 只是 介绍了修复方法 的修复机理、 优缺点 、 修复效果等 ， 并且 一 般只是针对只配置纵筋 的小型构件 。 但对于某一具体实际 收稿日期： 2 0 1 4 0 9 - 1 6 基 金项 目： 国家 自然科学基金资 助项 目( 5 0 8 0 8 1 7 3) 2 2 工程环境 中的真实构件 ， 这些修复方法的修复效 果以及施 工的难易等 问题研究还不多。 本研究 以钢筋混凝土受弯构 件为例 ， 采用模糊综合评价方法研究 了电化学除氯和涂刷 迁移钢筋性阻锈剂两种修复方法对阻止钢筋继续锈蚀的效 果 ； 同时通过和未采取修复措施的锈蚀钢筋混凝土受弯构件 正截面抗弯承载力进行对 比， 分析了两种方法的优缺点。 1试验 概 况 1 1 试验构件基本情况 为 了尽量和实际工程环境 中的真实构件相似 ， 本试验 采用 了如 图 1所示 的梁 式构件 ， 构件 尺寸 为 2 0 0 mm x 1 2 0 m n l 1 5 0 0 m m， 梁上部架立筋采用 2 d P l O的 H R B 3 3 5 钢筋 ， 下部纵向受力钢筋采用 2 q b 1 4的 H R B 3 3 5钢筋 ， 箍筋 为 中 8 1 5 0 ， 混凝土保护层厚度为 2 5 m m， 混凝 土强度 等 级为 C 3 0 。 水泥采用徐州淮海水 泥厂生产 的 P O 4 2 5级 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杂程度为第5级， 涂刷阻锈剂的施工比未采取修复的施工 复杂 ， 并且随着层数增加其复杂程度 也增加 ， 所 以涂刷一 、 二 、 三层阻锈剂的施工复杂程度分别为 4级 、 3级 、 2级 。 电 化学除氯 的施工比涂刷阻锈剂 复杂 ， 除氯 4 、 6 、 8 周 时其复 杂程度分别为 3 、 2 、 1 级。 对 于不同 的建筑来说 ， 无 论要采 取何种修复方法 ， 其复杂程度都是遵 循这一规律 ， 则施 工 复杂程度 的隶属 函数为 ，1 u 2 I5 f “ ( u 4 ) = 1 “ 2 5 ( 4 ) 【 3 3权 重 确 定 ( 1 ) 建立层次结构图， 如图 7所示。 图 7中， 锈 蚀钢筋 混凝 土的修复效果为评价 目标 ( A) ； 下层( B) 为具 体的评 价指标 ， 包括锈蚀率差 B。 、 裂缝宽度差 B ： 、 正截面抗弯承 载力差 B 、 施工复杂程度 B 。 修复效果评价A 锈蚀率差B l I 裂缝宽度差B ：l l正截面承载力差B ，l l 施工复杂度B 图 7层次 结构 图 ( 2 ) 计算 A B层权重。 采用层次分析法确定权重影 响因素 ， 通过结合经验判断和数学模型共 同确定影响因素 的权重 ， 故准确性较高。 构造构件 A B判 断矩阵 ， 如表 3 。 判断矩阵表示 的是本 层次 中某 因素 和上 层次某 因素重要 性 的标度 。 为 了 实 现定 量 评 价 ， 通 常引 用 19标 度方 法 。 表 4 AB判断矩阵 计算 AB判断矩阵的权重 司知 ， 该矩 阵的一致性是 符合要求的 ， 计算所得特征向量可用。 4 修 复方法的修 复效果评价 进行模糊综合评价时要考虑到所有因素 ， 所 以在评判 时 选用 模型 ( ， o) ： = 0a - = 1 ， 2 ， ， m 。 该 模型兼顾了主要因素的影响和单因素评判的结果， 成为加 权平均型。 根据表 4数据算出各因素隶属度， 以未修复的 各因素隶属度的计算如例 ： r = ( “ )=1 -0 8 6 3 = 0 1 3 7 ( 5 ) ：)= _ 0 3 3 5( 6 ) r ， 。 = ( u ， )= 里 = 0 1 9 o ( 7 ) r 4 。 = ( u 4 )=5 西- 1 =1 ( 8 ) 将未修复 、 涂刷三层阻锈剂和电化学 除氯 6周 中的各 因素隶属度合并 ， 即可得到如下的评判矩阵 R： R = 0 1 3 7 0 3 3 5 0 1 9 0 1 0 3 7 2 1 0 7 9 7 0 2 5 0 7 9 9 1 0 3 9 7 0 2 5 ( 9) 矩 阵 R中， 从左到右 ， 每 一列依次代表 的是未采 取修 复方法 、 涂刷三层阻锈剂 、 电化学除氯 6周 。 利用加权平均 法进行综合评价 ， 有 B=A R=( 0 2 8 9 6 0 1 6 9 2 0 4 1 5 4 0 1 2 5 8 ) 0 1 3 7 0 3 3 5 0 1 9 0 1 0 3 7 2 1 0 7 9 7 0 2 5 0 7 9 9 1 0 3 9 7 0 2 5 = ( 0 3 0 1 0 6 3 9 0 5 9 7 ) ( 1 0 ) 将其归一化后得到( 0 1 9 6 0 4 1 6 0 3 8 8 ) ， 则 由数据 容易得 出， 涂刷 阻锈剂 比电化学除氯 的的修 复效果相近。 综合考虑技术工艺、 经济因素以及修复效果得出， 涂刷迁 移型阻锈剂容 易施 工 ， 经济竞争力大 ， 在实 际工程 中更 能 够广泛地得到推广。 5 结 论 ( 1 ) 涂刷阻锈剂和电化学除氯方法均能有效阻止钢筋 继续锈蚀。 ( 2 ) 电化学除氯方法在防止钢筋继续锈蚀方面 比涂刷 阻锈剂效果更好 ， 但在 防止构件正截面承载性能下降方 面 略低于涂刷钢筋阻锈剂 ， 主要原 因是 电化学除氯方法 可能 导致钢筋与混凝土界面间黏结力下降。 ( 3 ) 涂刷钢筋阻锈剂对钢筋与混凝土界面间黏结力无 影响， 并具有施工简单、 易于操作的点。 ( 4 ) 通过模糊综合评价法确定了评价修复效果的因素 集 u、 评价集 V、 各因素的隶属函数以及因素的权重 A， 得 出了两种修复方法评价矩阵。 参考文献 ： 1 施锦杰 ， 孙伟 混凝土中钢筋锈蚀研究现状与热点问题分析 J 硅酸盐学报， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 9 ) ： 1 7 5 31 7 6 4 2 N I L D E C R I d e n t i fi c a t i o n o f d a m a g e i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms s u b j e c t e d t o c o r r o s i o n J 3 A C I S t r u c t u r a l J o u r n a l ， 2 0 0 9 ， 9 7 ( 6 ) ： 9 0 2 9 0 8 3 - 1李沛 钢筋锈蚀对混凝土梁构件力学行为影响的研究l- D 长 沙： 中南大学 ， 2 0 1 2 4 - 1薛永宏， 等 迁移型有机阻锈剂阻锈效果评价方法初探I - J 混 凝土 ， 2 0 1 4 ( 3 ) ： 1 4 8 1 5 0 5 张猛 混凝土中钢筋锈蚀的氯离子临界浓度及阻锈剂影响的 研究 D 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学 ， 2 0 1 2 r 6 张大利， 等 新型渗透迁移型阻锈剂对混凝土耐久性影响的试 验研究 c 无锡 中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品学分 会 ， 2 0 1 1 ： 1 6 31 6 8 7 郑秀梅， 等 电化学除盐后混凝土微观结构及离子迁移的试验 研究r J 混凝土， 2 0 1 4 ( 6 ) ： 1 3 1 9 下转第 3 1页 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 蚀模型 J 哈尔滨工业大学学报 ， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 1 0 0 1 0 4 1 o i l y 传清 混凝土中氯盐的传输机理及钢筋锈胀模型 D 杭州： 浙江大学 ， 2 0 1 2 1 1 J I A N O J ， Y U A N Y P r e d i c ti o n m o d e l f o r t h e t i me v a r y i n g C O rr O s i o n r a t e o f r e b a r b a s e d o n m i c r o e n v i r o n m e n t i n c o n c r e t e J Co n s t r u c t i o n a n d Bu i l d i n g M a t e ria l s ， 2 01 2， 3 5： 6 2 5 6 3 2 1 2 邱兆国 ， 梁力 ， 张凤鹏 混凝土结构保护层开裂时钢筋的临界 锈蚀率模型 J 1 东北大学学报： 自然科学版， 2 0 1 4 ( 2 ) ： 2 9 0 2 9 4 1 3 J A MA L I A， A N G S T U， A d e y B， e t a 1 Mo d e l i n g o f c o r r o s i o n i n d u c e d c o n c r e t e c o v e r c r a c k i n g ： A c ri ti c a l a n a l y s i s J C o n s t r u e t i o n a nd Bu i l d i n g M a t e ria l s， 2 01 3， 42： 2 2 5 2 3 7 1 4 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， 2 0 1 1 1 5 高飞剑， 耿欧， 郑靖靖 钢筋混凝土锈胀效应的模拟试验研究 J 徐州建筑职业技术学院学报 ， 2 0 1 1 ， 1 1 ( 2 ) ： 2 7 2 8 1 6 彭建新， 胡守旺， 张建仁， 等 钢筋混凝土结构锈胀开裂宽度的 试验研究及预测模型 J 试验力学 ， 2 0 1 4 ( 0 1 ) ： 3 3 4 1 1 7 1 许晨 ， 岳增国， 金伟良 ， 等 昆 凝土内部温湿度对钢筋锈蚀的影 响 J 建筑材料学报 ， 2 0 1 2 ， 1 5 ( 3 ) ： 3 0 6 3 1 1 1 8 张俊芝， 庄华夏， 伍亚玲， 等 临海既有混凝土氯离子侵蚀及钢 筋初锈时间预测 J 建筑材料学报 ， 2 0 1 4 ( 3 ) ： 4 5 4 4 5 8 1 9 K H A N I ， F R AN C O I S R， C A S T E L A P r e di c ti o n o f r e i n f o r c e m e n t c o r r os i o n u s i ng c o r r o s i o n i n d u c e d c r a c k s wi d t h i n c o rro d e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 1 4 ， 5 6 8 49 6 2 o R O D R I G U E Z J ， O R T E G A L M， C C A S A L J ， e t a1 C o r r o s i o n o f r e i n f o r c e m e n t and s e r v i c e l i f e o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s J D u r a b i l i t y o f B u i l d i n g Ma t e ri a l s and C o m p o n e n t s ， 1 9 9 6 ， 7 ( 1 ) ： 1 1 7 1 2 6 2 1 V I D A L T ， C A S T E L A， F R A NC O I S R A n a l y z i n g c r a c k w i d t h t o p r e d i c t c o rr o s i o n i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e arc h ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 1 ) ： 1 6 5 1 7 4 2 2 Z H A N G R， C A S T E L A， F R A N C O I S R C o n c r e t e c o v e r c r a c k i n g wi th r e i nf o r c e me n t c o rro s i o n o f RC be a m d u ring c h l o rid e -i n - d u c e d c o rr o s i o n p r o c e s s J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 3 ) ： 4 1 5 4 2 5 2 3 余江 ， 赵羽习， 金伟良 混凝土结构锈胀裂缝中铁锈分布的试 上接第 2 5页 8 E L S E N E R B， AN G S T U Me c h a n i s m o f e l e c t r o c h e m i c al c h l o r i d e r e m o v al J C o rr o s i o n S c i n e n c e ， 2 0 0 7 ， 4 9 ( 1 2 ) ： 4 5 0 4 4 5 2 2 9 郭育霞 ， 等 冈 筋混凝土电化学除氯的试验研究 J 太原理工 大学报 ， 2 0 1 1 ， 4 2 ( 6 ) ： 5 8 8 5 9 1 1 O 张嘉新外电场作用下混凝土中离子的迁移与分布规律研究 J 混凝土与水泥制品 ， 2 0 1 2 ( 8 ) ： 9 1 4 i 1 朱鹏 钢筋混凝土结构电化学修复技术研究 D 上海： 同济大 学 ， 2 0 0 6 1 2 S O Y L E V T A， R I C H A R D S O N M G C o rr s i o n i n h i b i t o r s f o r s t e e l i n c o n c r e t e ： S t a t eo f t h ea r t r e p o J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 8 ， 2 2 ( 4 ) ： 6 0 9 6 2 2 1 3 屈文俊 ， 王哲 表面应用迁移型阻锈剂研究新进展 J 结构工 程师， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 6 ) ： 1 5 3 1 5 4 验研究 J 混凝土， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 5 8 2 4 L I U Y， WE Y E R S R E Mo d e l i n g t h e ti me t o c o rr o s i o n c r a c k i n g i n c h l o ri d e c o n t a m i n a t e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e s tr u c t u r e s J A C I Ma t e ri a l s J o u r n a l ， 1 9 9 8 ， 9 5 ( 6 ) 2 5 乔荣超， 徐亦冬 ， 孙家瑛 ， 等 环境与荷载共 同作用下混凝土内 钢筋锈蚀特征分析 J 混凝土， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 2 8 3 2 2 6 戴虹 混凝土结构中的钢筋锈蚀产物力学性能研究 D 杭州 ： 浙江大学 ， 2 0 1 2 2 7 韦俊 ， 孟浩 ， 薛圣广 钢筋不均匀锈蚀引起的混凝土保 护层 开 裂有限元分析 J 西安 建筑 科技大 学学 报： 自然 科学版 ， 2 0 1 1 ， 4 3 ( 5 ) ： 7 4 7 7 5 4 2 8 徐港 ， 徐可 ， 王青， 等 钢筋混凝土结构锈胀开裂全过程仿真分 析 J 建筑材料学报 ， 2 0 1 2 ， 1 5 ( 3 ) ： 3 2 7 3 3 3 2 9 1 邱兆国 ， 战宇 ， 张凤鹏 基于塑性损伤理论 的钢筋混凝土锈胀 裂纹模 tSA J 东北大学学 报： 自然 科学版 ， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 2 8 8 29 1 3 0 林泳城 钢筋混凝土保护层初始开裂研究及仿真模拟 D 南 京 ： 南京航空航天大学 ， 2 0 1 2 3 1 朱杰， 方从届 学季刊 ， 2 0 1 3 ( 1 ) ： 3 2 4 0 3 2 季呈 展有限元数值分析 J 力 保护层锈胀开裂初步研究 D 重庆 ： 重庆大学 ， 2 0 1 3 3 3 3 王谊敏 氯盐环境下负载钢筋混凝土柱锈胀开裂全过程分析 D 宜昌： 三峡大学 ， 2 0 1 3 3 4 A A V I J A B， L U K O V I C M， P a c h e c o J ， e t a 1 C r a c ki n g o f th e c o n - c r e t e c o v e r d ue t o r e i n for c e me n t c o r r o s i o n： A t wod i me ns i o n a l l a t t i c e mo d e l s t u d y J j C o n s t r u c ti o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri al s ， 2 01 3， 4 4： 6 2 663 8 3 5 MA E K A WA K， I S H I D A T ， K I S H I T Mu l tis c al e m o d e l i n g o f s t r u c t u r a l c o n c r e t e M C R C P r e s s ， 2 0 0 8 第一作者： 郑颖颖( 1 9 9 0一) ， 男， 硕 士研究生， 研究方向 ： 主要从 事混凝土结构耐久性研究。 联系地址： 浙江大学亍波理工学院土木与建筑学院( 3 1 5 1 0 0 ) 联系电话 ： 1 5 2 5 8 2 9 2 2 2 9 通讯作者 ： 徐亦冬( 1 9 8 0 一) ， 男， 副教授， 硕士研究生导师。 联系电话 ： 1 3 8 5 7 4 8 8 7 5 9 1 4 杨纶标 模糊数学原理及应用 M 广州： 华南理工大学出版 社 ， 2 0 0 3 1 5 骆正清 ， 等 层次分析法中几种标度的比较 J 系统工程理论 与实践 ， 2 0 04 ， 2 4 ( 9 ) ： 5 1 6 0 第一作者 联系地址 联 系 电话 ： 通讯作者： 联系电话 张鑫( 1 9 9 0一) ， 男 ， 硕士研究生， 主要研究混凝土的耐 久性。 江苏省徐州市大学路 1 号 中国矿业大学南湖校区力 建学院 A 3 2 9 ( 2 2 1 1 1 6 ) 1 8 3 61 26 1 3 6 7 耿欧( 1 9 7 3一) ， 男 ， 教授， 博士， 主要从事钢筋混凝土 结构耐久性方面的研究。 】 8 9 0 5 2 0 47 O 8 31 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m