混凝土内部温湿度对钢筋锈蚀的影响.pdf

第 1 5 卷第 3期 2 0 1 2年 6月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI L DI N G MATERI ALS Vo 1 1 5， No 3 J u n ， 2 0 1 2 文章编号 ： 1 0 0 7 - 9 6 2 9 ( 2 0 1 2 ) 0 3 - 0 3 0 6 0 6 混凝 土 内部温湿度对钢筋锈 蚀 的影响 许 晨 ， 岳增 国 ， 金伟 良 ， 李志远 ， 徐 小巍 ( 1 浙江 大学 结 构工程 研 究所 ， 浙 江 杭州 3 1 0 0 5 8 ； 2 浙江 省城 乡规 划设 计研 究 院 ，浙江 杭 州 3 1 0 0 0 7 ) 摘 要 ： 通 过 室 内加 速碳 化试 验 ， 研 究 了混凝 土 内部 温湿度 变化 对钢 筋锈 蚀 的影 响 ， 并使 用 温 湿度 影 响 函数进 行描 述 ， 建立 了考 虑混凝 土 内部 温湿度 影 响的钢 筋锈蚀 速 率模 型 研 究表 明 ：不 同配 比混 凝 土试块 中钢 筋锈 蚀 的温度 影响 函数 差 别较 大 ， 但 对 于 同一 配 比 试 块 ， 即使 钢 筋 处 于不 同 的锈 蚀 程度 ， 其 温度影 响 函数仍 相近 ； 对 于湿度 影 响而 言 ， 无 论 是 对 于不 同 配 比试 块还 是 同一 配 比 中锈 蚀 程度 不 同的试 块 ， 其 受湿度 影响 的相 对 变化 规 律 几 乎 一致 ， 因此 可 用统 一 的 湿 度 影响 函数 进 行 描 述 基 于上述研 究成果 ， 探 讨 了可用 于 实际工程 的钢 筋锈蚀 速 率 实时动 态预 测方 法 关键 词 ：混凝 土 ； 耐 久性 ；钢筋锈 蚀 ；温度 ；湿度 ； 锈 蚀 速率 ； 腐 蚀 电流 中 图分类 号 ： TU5 2 8 文献标 志码 ： A d o i ： l O 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 2 0 3 0 0 3 I nf l u e n c e o f I nt e r n a l Te m p e r a t u r e a n d Hu m i d i t y i n Co nc r e t e o n t he Co r r o s i o n Ra t e o f Re b a r X U Ch e n ， YUE Ze n g guo ， I N W e i l i an g ， L Zhi yua n ， X 己 ，Xi ao we i ( 1 I n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l En g i n e e r i n g，Z h e j i a n g Un i v e r s i t y ，Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ，C h i n a ； 2 Z h e j i a n g Ur b a n a n d Ru r a l P l a n n i n g a n d De s i g n I n s t i t u t e ，Ha n g z h o u 3 1 0 0 0 7，Ch i n a ) Ab s t r a c t ： I n f l ue nc e o f i n t e r n a l t e m p e r a t u r e a nd hu mi di t y i n c o nc r e t e o n r e b a r c o r r os i o n wa s s t u di e d t hr o ug h a c c e l e r a t e d c a r b o na t i on t e s t The i nf l u e nc e de gr e e wa s e xp r e s s e d b y t e m p e r a t u r e a nd hu m i di t y i n f l ue nc e f un c t i on，a n d t he r e l a t e d r e ba r c or r o s i on r a t e mo de l wa s e s t a bl i s he d The r e s ul t s s h ow t ha t p a r a m e t e r s o f t h e t e m p e r a t u r e i n f l ue nc e f u nc t i o n f or d i f f e r e n t ki n ds o f c on c r e t e v a r i e s qu i t e g r e a t l y Ho w e v e r， f o r t he s a me ki nd o f c o nc r e t e，p a r a me t e r s c ha n ge l i t t l e e ve n t ho ug h r e b a r c o r r os i o n ha s d i f f e r e nt de gr e e Fo r hu m i d i t y i nf l u e nc e f un c t i o n，p a r a me t e r s a r e s i m i l a r no t o nl y be t we e n t h e d i f f e r e nt ki nd s of c o nc r e t e， but a l s o f o r t h e di f f e r e nt d e g r e e o f r e b a r c o r r os i o nSo t he hu mi di t y i n f l ue nc e f u nc t i o n c a n be e xpr e s s e d by u n i f o r m f o r mu l a Ba s e d o n t h e t e s t r e s u l t s ，a n e w r e a l t i me d y n a mi c me t h o d o f r e b a r c o r r o s i o n p r e d i c t i o n f o r pr a c t i c a l e n gi ne e r i ng wa s p r o po s e d a nd d i s c u s s e d Ke y wo r d s：c o nc r e t e；du r a bi l i t y；r e ba r c o r r o s i on；t e mpe r a t u r e；humi d i t y；c o r r o s i on r a t e； c or r o s i on c ur rPr l t 当前 ， 混凝 土耐 久 性 问题 主 要 集 中在 由钢 筋 锈 蚀 引起 的混凝 土保 护层 开 裂 一 旦保 护层 开 裂 ， 钢 筋 锈蚀速率便会急剧增加 ， 从而使得钢筋有效截面 以 及其与混凝土之 间的黏结力显著降低 ， 影 响结构承 载能力的发挥【 1 因此 ， 在对某结构物进行耐久性 设计 时 ， 若将 钢 筋保 护层 开 裂 作 为 结 构性 能极 限状 态 ， 钢筋 表面 的 锈蚀 量 将 是 预 测 保 护 层 开 裂 时 间 的 决 定性 参数 I 3 。 为 了定 量计 算 和预测 钢 筋 锈蚀 速 率 的大小 ， 国内外 学者作 了许多研 究 ， 建 立 了多 种钢 筋 锈蚀速率模型 5 _ 8 ， 这些模型都是根据混凝土钢筋锈 蚀过程 中各反应物质 的质量守恒 、 F i c k扩散 定律 、 Ma x e l l 静 电方程 及 化学 反 应 速 率 方程 建 立 的 这 些 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 1 1 1 ；修订 日期 ： 2 0 1 1 - 0 5 2 3 基金项 目： 国家 自然科学基金重大国际合作项 目( 5 0 9 2 0 1 0 5 8 0 6 ) ； “ 十一五” 国家科技支撑计划项 目( 2 0 0 6 B AJ 0 3 A0 2， 2 0 0 6 BA J 0 3 A0 4 ) 第一作者 ： 许晨( 1 9 8 4 一) ， 男 ， 浙江杭州人 ， 浙江大学博士生 E ma i l ： a l a n 2 0 6 1 2 1 1 4 z i u e d u e I l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 期 许晨 ， 等 ： 混凝土 内部 温湿 度对钢筋锈蚀 的影响 3 O 7 模 型 的建立 虽 能 清 晰反 映 钢 筋 锈 蚀 的 电 化 学过 程 ， 但是 由于需要 数值 求解 偏 微分 方程 而导 致 了实 际工 程应 用 的不 便 此 外 ， 还 有 一 些 统 计 模 型 9 ， 能 从 一 定 程度 上反 映锈 蚀 速 率 随 相 应 因 素 的变 化 情 况 ， 从而 可根 据相 应 的 因素 条 件 来 推 测 钢筋 锈 蚀 速 率 以方献 1 0 为例 ， L i u通过 5 a的室外锈蚀试验 ， 得 出钢 筋锈 蚀速 率 的统计 模 型 ， 如 式 ( 1 ) 所示 1 n l _ 0 8 i 一 7 89+ 0 77 7 l l n 1 6 9 c c r 一 3 0 0 6 T一 0 0 0 0 1 1 6 R + 2 2 4 t ( 1 ) 式 中 ： i 。 为腐 蚀 电流 密 度 ； C 广为 氯 离 子 浓 度 ； T为 环境 温度 ； R 为混凝 土 电阻 率 ； t 为时 间 从 式 ( 1 ) 可 以看 到 ， 影 响钢筋 锈蚀 速率 的主要 因 素有 环境 温度 、 混凝 土 电阻 率 、 氯 离 子 浓 度 和 时 间 该 模 型 的不足 之 处 在 于 ， 模 型 中的 氯离 子浓 度 是 通 过 外 掺氯 盐得 到 ， 而 实 际 情 况 下 钢 筋表 面 的氯 离 子 浓 度是 随 时间 逐步堆 积 的 ， 因此 ， 式 中的氯 离 子浓 度 也 是 关于 时 间的变 量 此外 ， 模型 中的混凝 土 电阻率 实质 是混 凝土 内部 湿 度 的 直接 反 映 研 究 表 明混 凝 土 内部湿度 的变化严 重 滞后 于外 界环 境 中湿 度 的改 变 l l 。 ， 因此 不能 通 过外 界环 境 的湿 度 变 量 来 建 立 其与钢筋锈蚀速率的关 系， 而应该建立 混凝 土内部 湿 度 与钢 筋锈 蚀 速 率 之 间 的关 系 直接 建 立 混 凝 土 内部 温湿度 与 钢 筋 锈蚀 速 率 之 间关 系 的好 处 在 于 ： 通 过在 混凝 土结 构物 中埋 置 温湿 度传 感器 便 能直 观 地 反 映钢 筋锈 蚀 速 率 的 动 态变 化 规 律 ， 免 去 了测 试 混 凝 土 电阻率 带来 的繁 琐 基 于 以上 考虑 ， 本 文 以钢 筋 腐蚀 电流密 度 来 表 征钢 筋 锈 蚀 速 率 ， 通 过 快 速 碳 化试验加速钢筋锈蚀 ， 建立 了混凝 土内部温湿度与 钢 筋 腐蚀 电流 密 度 之 间 的定 量 关 系 由 于混 凝 土 碳 化非常缓慢 ， 在相对稳定 的环境条件下， 钢筋的锈蚀 速 率 将 基本 保 持 不 变 因此 ， 在 进行 数 据 分 析 时 ， 可 以忽 略钢筋 锈 蚀速 率 的时变 特征 _ 1 ” 。 1 试 验 设 计 在室 内浇 注尺 寸为 1 0 0 mmx 1 0 0 mm1 0 0 mm 的不 同配 比的混凝 土试 块 ， 配 比见 表 1 试块 中钢 筋 为直 径 1 2 mm 的 Q2 3 5圆 钢 ， 混凝 土保 护层 厚 度 为 2 O mm； 在试块 中部平行 于钢筋放置 直径 1 0 mm 的不 锈 钢棒 电极 ， 以作为 电化 学测 试 中 的辅 助 电极 ， 试 块 详 图 如 图 1 所 示 用 环 氧 树 脂将 图 中钢 筋 和不 锈 钢 棒露出试块的部分连同试块两个侧面进行密封 ， 以 防止 快速碳 化 时钢 筋两 端部 发生 严 重锈蚀 标 准养 护 2 8 d后 ， 将 试 块 置 于二 氧 化 碳 质量 分 数 为 2 0 ， 温度 为 2 5 ， 相 对 湿 度 ( RH， 以下 简 称 湿 度 ) 为 7 5 的碳 化 试验 箱 内 快 速碳 化 期 间 ， 每周 表 1 快速碳化试验的混凝土配 比 T a b l e 1 Mi x p r o p o r t i o n o f s p e c i me n i n c a r b o n a t i o n t e s t k g m。 图 1试 块 详 图 Fi g 1 De t a i l d r a wi n g o f t e s t b l o c k ( s i z e ： mm) 对 试 块进 行半 电位 测试 ， 结 果 发 现试 块 在 1个 月 后 发生 锈蚀 ， 表 明此 时碳 化前 锋 刚到 达钢筋 表 面 为 了 研 究 锈蚀 程度 不 同 的钢筋 其锈蚀 速 率 随温湿 度 的变 化规律 ， 将 B组配比试块中的 2个试块继续放入碳 化 箱 中进 行 碳 化 碳 化 半 个 月 后 ， 取 出其 中 1个 ； 1 个月 后结 束碳 化 为 了对试 块 内部 温湿 度 进 行 监 测 ， 需 要 在 混 凝 土内部埋设温湿度传感器 试验 中， 仅选取 1 个 B组 配 比试块 进行 内部 温 湿 度 监 测 ， 且 该 试 块 中未 放 置 钢筋 和不 锈 钢棒 此监 测 试 块 与 其 他 试 块 一 同浇 注 并 进 行相 同的碳化 历程 目前 ， 比较 有效 的监 测 方法 是 采 用钻 孔放 置 温湿度 传 感 器 1 引 为 了真 实 有效 地 反 映 钢筋 所处 位置 的温 湿度 ， 采 用如 下埋 置 方法 ： 在 钢筋 对应 位 置 钻 取 深 度 为 5 c m， 直 径 为 1 4 mm 的 孔； 将外径 略小 于孔 径 的 P VC管插 入小 孔 ， 确保 P VC管与 孔壁 完 全 贴 合 ， 外 端 与混 凝 土 表 面 齐 平 ； 使用大连北方测控工程有限公司生产的温湿度传感 器 ， 该传感器置于一个圆柱体塑料外壳中 圆柱体一 端有 一 个 小 孔 为 传 感 器 的 探 测 端 ， 其 直 径 略 小 于 P VC管 内径 ， 长约 3 5 c m， 将探 测 端插 入 P VC管底 部； 将钻孑 L 面及其相对面使用环氧树脂进行密封 传 感器 埋 置示 意 图见 图 2 将监 测试 块 联 同其 余 试 块 室 内放 置 6个 月 ， 待 混凝 土 内 部 水 化 几 乎 完 全 后 ， 放 入 2 5 ， RH 为 9 8 的恒 温恒 湿 箱 中 1个 月 后 ， 可 以认 为 所 有试 块 的 内外环 境 均 已达到平 衡 此 时 ， 监 测到 试块 中温度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 O 8 建筑材料学报 第 1 5卷 图 2 传感器埋 置示意图 Fi g 2 S c h e ma t i c d i a g r a m o f t h e s e n s o r e mb e d d e d ( s i z e ： mm) 为 2 6 2 ， 湿 度为 9 8 7 首先 ， 保 持 温 度 不变 ， 通 过降低外界环境 的湿度而使试块内部的湿度逐步降 低 ， 在 不 同的 内部湿 度下 ， 测试 相应 的钢 筋腐 蚀 电流 密度 ； 接着， 继续将试块放人 2 5， R H一9 5 的恒 温恒 湿箱 中 ， 待 混凝 土 内部温 湿度 达到 平衡 后 ， 保 持 湿度 不变 ， 改变 环境 温度 ， 测试 混凝 土 内部 不 同温 度 下钢筋腐蚀 电流密 度 钢筋 腐蚀 电流 测试 仪器 为 R e f e r e n c e 6 0 0电化学 工作 站 ( 美 国 Ga mr y公 司生 产 ) ， 测试 方法 为线 性极 化法 2 试验结果 2 1 温 度对 钢筋锈 蚀 的影 响 钢筋腐蚀 电流随混凝土 内部温度变化 的测试结 果 如 图 3所 示 图 中 ， 混 凝 土 内部 湿 度 控 制 在 9 5 左右 ， 内部 温度 测试 点 分 别 为 3 2 ， 1 4 5 ， 2 5 5 ， 3 4 4 ， 4 5 0 曲线 A， C分 别代 表 A 组 配 比和 C组 配 比 试块 ； B 1 ， B 2 ， B 3分别代表碳化 3 O ， 4 5 ， 6 O d的 B组 配 比试块 从 图 3中可 知 ， 随着 温度 的升 高钢 筋腐 蚀 电 流随之 增加 ， 这是 因为 温 度 的提 高 增 大 了离 子 和 电子 的迁移速率 ， 从而加速 了电化学反应 此外 ， c 组配 比试 块 中钢筋 的腐蚀 电流 远大 于 A 组配 比和 B 组 配 比试 块 ； B 1 试 块 则 与 A 组 配 比试 块 较 为 接 近 究其 原 因 ， 粉 煤灰 虽能 使混 凝土 孔 隙结构 更 加致 密 ， 图 3 腐蚀电流随温度变化规律 Fi g3 Cor r os i o n c u r r e nt - t e mpe r a t ur e c ur ve s 但 却会 大 大降 低 孔 隙 液 的 p H 值 ， 而本 试 验 中碳 化 是在养护 2 8 d后进行的， 粉煤灰的孔隙致密效应并 未发挥 作用 ， 最终 仍 表现 为碳 化速 率 的提高 ， 其 中 以 3 O 掺 量 ( 质量 分数 ) 的粉 煤 灰对 孔 隙液 p H 值 影 响 最为 明显 另外 ， B 2 ， B 3试 块 曲线 非 常接 近 ， 说 明 碳 化4 5 d 之后若继续碳 化则腐蚀 电流不会 明显增 加 ， 这可能是由于碳化产物填充了孔隙结构而使得碳化 速率大大降低所致 1 。 。 2 2湿 度对 钢筋锈 蚀 的影 响 钢筋 腐蚀 电流 随湿 度变 化 的测试 结果 如 图 4所 示 由图 4可 见 ， 随 着混 凝 土 内部 湿度 的降 低 ， 各 曲 线均呈现出先增后减的变化规律 ， 曲线峰值均位 于 湿 度 9 5 左 右 究 其 原 因 ， 最 初 试 块 在 湿 度 9 8 的 恒 温恒湿 箱 中放 置 1个 月 后 ， 混 凝 土 内部孔 隙几 乎 都已饱水 ， 外界氧气很难通过孔隙通道到达钢筋 表 面 ， 此时电化学反应为氧气扩散控制 当外界湿度降 低 ， 混凝土内部湿度也逐渐降低 ， 但远滞后于环境湿 度的改变 随着孔隙中 自由水的蒸发 ， 氧气便更容易 达 到钢 筋表 面 ， 从 而 导致腐 蚀 电流增 大 ； 随着 混 凝 土 内部湿 度继 续 降低 ， 电 化学 控 制 步 骤 将 转 变 为 混 凝 土 电阻控制 ， 主要 表 现 在 两 个 方 面 ： ( 1 ) 离 子 在 混 凝 土 孑 L 隙液 中的迁 移受 阻 ； ( 2 ) 钢 筋锈 蚀 电化 学反 应 所 需 的水 分不 足 因此 ， 之后 钢筋 的腐 蚀 电流 将 随着 内 部湿度 的降低一直减小 4 5 5 0 5 5 6 0 65 7 0 7 5 8 0 8 5 9 0 9 5 1 0 0 I m i n c o n c r e t e 图 4 腐蚀 电流 随湿度 变化规律 Fi g 4 Cor r os i o n c ur r e n t RH cu r ve s 3 数据分析 由以上结 果 可知 ， 钢 筋锈 蚀 速 率 随着 混 凝 土 内 部温度的升高而相应增加 ； 随着混凝土 内部湿度的 增 大而先 增 后 减 ， 相 应 的 峰 值 点 位 于 湿 度 9 5 左 右 若 以 T一2 5 ， RH= = = 9 5 为标 准 状 态 ， 便 能 得 到如 式 ( 2 ) 所 示 的考 虑 混 凝 土 内部 温 湿 度 影 响 的 钢 筋锈 蚀模 型 工 。 一 J -厂 ( T) g( RH) ( 2 ) 1 1 g 工 n I 1 0 _ l o J g 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 许晨 ， 等 ： 混凝土 内部 温湿度对钢筋锈蚀 的影 响 3 O 9 式 中 ： J 。 为 预测钢 筋 腐 蚀 电 流 ； I 为标 准 状 态 下 钢 筋 腐蚀 电流 ； 厂 ( 丁) 为 温度 影 响 函数 ； g( RH) 为 湿 度 影 响 函数 将式 ( 1 ) 稍 加 变换 可 以得到 下式 ： e 7 8 9 ( 1 6 9 c ) 。 e _ 。 e o 。 1 1 6 R c e 2 4 t ” g c o r r 一 一 ( 3) 对 比式 ( 2 ) ， ( 3 ) 可 以发现 ， 式 ( 2 ) 中的温 度 、 湿 度 影 响 函数 在 式 ( 3 ) 中 为指 数 函 数 ， 参 照 试 验 结 果 可 知 ， 温 湿度 影 响规 律 确实 与指 数增 长 函数类 似 3 1温度 影响 函数 以 A 组配 比试 块为 例 ， 在温度 影 响试 验 中 ， 丁一 2 5 5 ， RH一9 5 状 态下 测 得 钢 筋 的腐 蚀 电流 为 一 4 7 9 A 将该值设为 1 ， 其余值取为相对值 使 用指 数增 长 函数 厂 ( z ) 一b e x p ( c ) +a对 曲线进 行 最小二乘拟合 ， A组配 比试块的拟合结果如 图 5所 示 所 有试 块 的拟合 结 果见 表 2 从 拟 合 结 果 可 以 发 现 ， 不 同类 型试 块 的拟 合 结 果 区别 较 大 对 于 B组 配比试块 ， 尽管 B 3 ， B 2试 块的腐蚀程度大于 B 1 ， 但 是拟合 结 果依 然很 接近 由此 可认 为 ， 同一 类 配 比混 凝土试 块 中 ， 处 于 不 同腐 蚀 阶 段 的 钢筋 其 受 温 度 影 响 的相对 变化 规律 近似 一致 图 5 温度影 响函数拟合 图( A类配 比试块 ) Fi g5 Da t a f i t t i ng b y t e mpe r a t ur e i nf l ue nc e f un c t i o n( s pe c i me n A) 表 2 温度影响 函数拟合结果 Ta b l e 2 F i t t i n g r e s u l t b y t e mp e r a t u r e i n flu e n c e f u n c t i o n 6 A B1 B2 B3 C 0 1 9 6 0 0 9 Z 0 1 0 9 0 O 8 6 0 0 4 7 3 2湿 度影 响 函数 以 A 组配 比试 块 为例 ， 在湿 度影 响试 验 中 ， T一 2 6 4 ， RH一9 5 状 态 下测 得 钢筋 的腐 蚀 电 流 为 ， 一4 8 8 A 对 比 3 1小 节 中 T一2 5 5 ， RH一 9 5 状 态下 的结果 ( 4 7 9 g A) ， 两 者 非 常 接 近 ， 可 知 短 期 内混凝 土 在恒定 内环境状 态 下 的钢 筋腐 蚀 速 率 较 为稳 定 ， 时变 特征 可 以不考 虑 采用 与 3 1小 节 相 同的方 法 ， 使用 指 数 增 长 函数对 曲线 进 行 最 小 二 乘 拟 合 ， A 组 配 比试块 的拟 合结 果 如 图 6所示 所 有 试 块 的拟合 结 果见 表 3 需 要 指 出的是 ， 图 6中并 未 对 曲线 的下 降段 进行 拟 合 ， 因 为使 用 单 峰 函数 拟 合 得 到的函数曲线其 峰值都低于实测值 ， 导致最终预测 的锈 蚀量 会 低 于实测 值 对 于 曲线 的下 降段 ， 可 近 似 地简化为直线下 降段 ； 出于保守估计也可视为水平 段 此 外 ， 为 使 拟合 结 果 更 准 确 ， 曲线 拟 合 时 增加 了 RH一0 ， I 。 。 一0 A 的限制条 件 从 表 3拟 合 结果 来看 ， 无论 是 对 于 不 同 配 比还 是 相 同配 比的不 同试 块 ， 在 不 同腐 蚀程 度下 ， 其受 湿 度影 响 的相对 变化 规 律几 乎 一 致 由此 ， 对 全 部 数据 进 行 拟 合 ， 可得 钢 筋 锈蚀 的湿 度 影 响函数 ： g( RH)一 0 0 0 0 1 7 e x p ( RH 1 1 0 3 0 )+ 0 0 0 9 8 ( 4) 图 6 湿 度影响函数拟合图 ( A类 配 比试块) Fi g 6 Dat a f i t t i n g by hu m i d i t y i n f l ue nc e f u n c t i o n( s p e c i me n A ) 表 3湿度影响函数 拟合结果 Ta b l e 3 F i t t i n g r e s u l t b y h u mi d i t y i n flu e n c e f u n c t i o n S a m p l e c o d e a b C R 3 3模型 建 立 仍以 A 组配 比试块 为例 ， 根据温湿度 影 响 函 数 ， 建立考虑温湿度影响的钢筋锈蚀速率模型( 见式 ( 5 ) ) 将 试 块放 置 于 T= = = 2 0 ， RH一8 0 的恒 温 恒 湿箱中， 1 5 d后测试得 到的腐蚀 电流为 1 4 9 3肛 A， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 1 0 建筑材料学报 第 1 5卷 与模型计算值 1 5 9 4 A相近， 从而验证了该模型的 正确性 一4 8 3 5 E 0 1 9 6 e x p ( T 1 9 9 2 4 ) + 兰 ： ： ! 呈 ： ： 墨 0 r 3 7 6 0 4 讨 论 钢筋保 护层 开裂 时 刻 的计 算 需要 预测 钢筋 锈蚀 量的动态发展 ， 而 目前预测钢筋锈蚀量 的钢筋锈蚀 速率模型都是基于室内试 验或是数值分析得到， 脱 离了钢筋所处实际环境的变化 因素 ， 将 导致预测结 果不 可信 实 际环境 下 温湿 度瞬 息万 变 ， 每 一 时刻 钢 筋 的锈蚀 速率 也不 断变 化 研究 表 明 ， 钢筋 锈 蚀速 率 与混 凝 土 内部 的温湿度 变化 具 有 良好 的相 关性 L 1 因此 ， 基 于本 文研 究 可 对 具 体 结 构 物 中 钢 筋锈 蚀 速 率 的动 态变 化进 行实 时监 测 首 先 ， 在 混凝 土结 构 中埋入 温 湿度传 感 器 ， 实 时 记 录混 凝土 内部 温湿 度 的变化 数据 ； 同时 ， 在 室 内浇 注相 同配 比的试 块 进 行 快 速 碳 化 试 验 ， 参 照 本 文 的 试 验 步骤得 到 温湿度 影 响 函数 ； 然 后 ， 将 实 时监 测 的 温湿 度数据 代入 温湿 度 影响 函数 得到不 同时刻 的钢 筋锈蚀速率影响因子 ( T， RH) 一 厂 ( T ) g ( R H) ， 如 图 7 所示 ， 。 ( T， RH) 即为某一时刻 的腐蚀 电流 值 本监测方法的创新点在于： 通过观测每 日的温湿 度 变 化便 能 定 量 计 算 得 到 钢 筋 腐 蚀 电流 的 变 化 状 态 ， 计算精度将 随着温湿度数据采样 间隔的缩短而 提高 需要 指出 的是 ， 本文试验 中的标准状 态定为 T一2 5 ， RH一9 5 ， 实 际情 况 可 根 据具 体 测 试 时 刻 的温湿 度值 进行 调整 ， ( T， RH) 的表达 式 也相 应 改变 此外 ， 本 模 型 中并 未 考虑钢 筋 长期锈 蚀 的时变 效应 ， 所谓时变效应是指若外界环境恒定 不变则钢 筋锈 蚀 速率 随时 间推 移 而 逐 渐 减 小 ， 主 要 是 因 为锈 蚀产物的堆积填充 了钢筋与混凝土过渡层 的孑 L 隙， 导致外界氧气输送困难以及电化学反应产物 的传输 受到阻滞 因此 ， 若要较为准确地预测钢筋锈蚀量就 必须 考 虑钢 筋锈 蚀速 率 的时变 特征 然 而 ， 钢 筋 锈蚀 的时变 趋势 与锈 蚀 量 密 切 相 关 ， 这 导 致 预 测 钢 筋 锈 蚀 量 的理论 模型 更 为复杂 基 于 以上分 析 ， 提 出一 种 简便方法能有效解决这一难题 以 1 a为例 ， 可每个 月月初对 钢筋腐 蚀 电流进行 测试 ( 见 图 7图例 位 置) ， 测试得到的值即为最新 的标准值 ， 当月 的钢筋 锈蚀量则以该值 进行计算 ， 测试次数越多则预测结 果越精确 若将 1 a内测试得到的 1 2个值通过温湿 度影 响 函数 换 算 到 同 一 标 准 状 态 下 如 T一 2 5 ， RH一9 5 ， 通过 回归分析便 可得到钢筋 锈蚀速率 的时变特征函数曲线 ， 结合 ( T， RH) 便能得到修正 的考虑时变效应的影响因子函数 ( T， RH， ) ， 其 中 t 表 示时 间 图 7 钢 筋锈 蚀量预测示意 图 Fi g 7 Sc he mat i c d i a g r a m o f s t e e l c or r os i on ou t p ut ( 5 ) 5 结论 不 同配 比混凝 土试 块 中钢筋 锈蚀 的温度 影 响 函 数差 别较 大 ， 但对 于 同一配 比试 块 ， 即使 钢筋 处 于不 同的锈蚀程度 ， 其温度影响函数仍相近 ； 对于湿度影 响 而言 ， 无论 是 对 于不 同配 比试 块 还 是 同 一 配 比 中 锈蚀程度不同的试块 ， 其受湿度影响 的相对变化规 律几 乎 一致 ， 因 此 可用 统 一 的湿 度 影 响 函数 进 行 描 述 基 于本文 的研 究成 果 ， 探讨 了可用 于实 际工 程 的 钢 筋锈 蚀速 率 实 时预 测 方 法 该 方 法 通 过 对 结 构 物 混 凝 土 内部 温湿 度进 行监 测来 计 算腐 蚀 电流 的变 化 状态 ， 可大大简化 电化学监测带来 的繁琐 此外 ， 该 方 法 考虑 了钢 筋 锈 蚀 速率 的 时 变特 征 ， 使 预测 得 到 的钢 筋锈 蚀量 更为 准确 参考 文献 ： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 许晨 ， 等 ： 混凝土 内部 温湿度对钢筋锈蚀 的影 响 3 1 1 5 6 7 8 9 1 O J 1 1 BAZANT z P Phy s i c a l mo d e l f o r s t e e l c o r r o s i o n i n c o n c r e t e s e a s t r u c t u r e s ： Th e o r y l- J AS CE J o u r n a l o f S t r u c t u r a l D i v i s i o n， 1 9 7 9， 1 0 5 ( 6 )： 1 5 4 1 5 9 BAZANT Z P Ph ys i c a l mo d e l f or s t e e l c o r r o s i o n i n c o n c r e t e s e a s t r u c t u r e s ： Ap p l i c a t i o n J AS C E J o u r n a l o f S t r u c t u r a l Di v i s i o n， l 9 7 9， 1 0 5( ST6 )： 1 1 5 5 - 1 1 6 6 刘西拉 ， 苗澍柯 混凝土结构中钢筋腐蚀及其耐久性计算 J 土木工程学报 ， 1 9 9 0 ， 2 3 ( 4 ) ： 6 9 7 8 LI U Xi l a ， M I A0 Sh u k e St e e l c o r r o s i o n a n d t h e d u r a b i l i t y c a l c u l a t i o n o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u t u r e s J C h i n a C i v i l En g i n e e r i n g J o u r n a l ， 1 9 9 0， 2 3( 4 )： 6 9 7 8 ( i n Ch i n e s e ) 宋 晓 冰钢 筋混 凝 土 结 构 中钢 筋 腐 蚀 D 北 京 ： 清 华 大 学 ， 1 9 9 0 SONG Xi a o bi n St e e l c o r r o s i o n i n r e i nf o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s D B e i j i n g ： Ts i n g h u a Un i v e r s i t y ， 1 9 9 0 ( i n C h i n e s e ) 张誉 ， 蒋利学 ， 张伟平 混凝土结 构耐久性 概论 M 上海 ： 上 海科学技术 出版社 ， 2 0 0 3 ： 2 5 ZHANG Yu， HANG Li x u e， ZHANG W e i p i n g， e t a 1 Du r a b il i t y o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s M S h a n g h a i ： S h a n g h a i S c i e n c e a n d Te c h no l o g y Pr e s s ， 2 0 0 3： 2 5 ( i n Ch i ne s e ) LI U T，W EYERS R W M o d e l i n g t he d y n a mi c c o r r o s i o n p r o c e s s i n c h l o r i d e c o n t a mi n a t e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s J Ce me n t a n d Co n c r e t e Re s e a r c h， 1 9 9 8， 2 8( 3 )： 3 5 6 - 3 7 9 李果 钢 筋混 凝土 耐 久性 的环 境行 为 与基 本退 化模 型研 究 D 徐州 中国矿业 大学， 2 0 0 4 LI Gu o Du r a b i l i t y b e h a v i o r a n d b a s i c mo d e l s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e d e t e r i o r a t i o n u n d e r c l i ma t e e n v i r o n me n t s D Xu z h 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 o u：Ch i n a Uni v e r s i t y o f M ini n g a n d Te c h n o l o g y，2 0 0 4 ( i n Chi n e s e ) ANDRADE C， AL0NSO C， SARRI A J Co r r os i o n r a t e e v o l u t i o n i n c o n c r e t e s t r u c t u r e s e x p o s e d t o t h e a t mo s p h e r e J Ce me n t a nd Co n c r e t e Co mp os i t e s ， 2 0 0 2， 2 4( 1 )： 5 5 6 4 姬永生自然与人工气候环 境下钢 筋混凝 土退 化过程 的相关 性研究