提升钢筋混凝土结构耐久性技术研究进展
杨国征
摘 要：钢筋混凝土结构的耐久性是困扰建筑业的一个重大难题，本文从治的角度，对比了传统修补法和常用的电化学修复法的原理和应用效果，旨在为提高钢筋混凝土结构耐久性提供一些理论性的参考。
关键词：钢筋混凝土;结构耐久性;研究进展
文章编号：2095-4085（2020）04-0076-02
1868年，法国园丁发明了钢筋混凝土花盆， 1872年，美国落成了世界上第一组钢筋混凝土建筑，自此，钢筋混凝土这一对黄金组合开启了建筑工程的新大门，混凝土为钢筋提供了碱性环境，保持了钢筋表层的敦化，让外界的侵蚀性物质不能接触钢筋，而混凝土的韧性由于钢筋的存在变的更好，钢筋抗弯性和抗拉性能也变得更强。钢筋和混凝土结合的方式被建筑业广泛接受，但还是存在钢筋混凝土结构达不到设计寿命，就已经失效的现象。笔者对钢筋混凝土结构失效的原因进行了调研，发现出现这些现象的原因是钢筋混凝土的耐久性不足引起的。而提高混凝土结构的耐久性，已经是让世界上土木工程界倍受困扰的问题之一。结构的耐久性是结构在各种环境的作用下，在预定时间内，失效的概率。国内外学者针对混凝土耐久性提升展开了大量的研究，主要是从三个方面：“防”、“抗”、“治”。常用的预防方法是涂层保护，采用渗入性阻锈材料，取得了较好的阻锈效果，但是如果保护层厚度过大，会因为阻锈材料不能到达钢筋表面而起不到阻锈效果。从抗的角度来说，一般采用的是特种钢筋，而针对已经腐蚀的混凝土结构，则采用治的方法，一般采用电化学修复法，但是要适当控制电流量和电流密度，否则会让混凝土表面发生锈蚀，增加混凝土结构的内部缺陷[1]。本文重点从治的角度讨论如何提升钢筋混凝土的结构耐久性。
1 国内外研究与应用现状
1.1 传统修补法
钢筋混凝土受到外力的破坏或者自然损害，容易造成钢筋锈蚀、裂缝、漏筋、麻面、孔洞等缺陷，传统的修复手段是将已经出现的问题的混凝土保护层去除，然后对钢筋进行除锈，再进行防锈处理。如果发现钢筋发生了严重锈蚀，则要进行更换或者旁焊补强，然后进行除锈、阻锈处理，然后使用丙乳砂浆或者环丙砂浆对其进行填补。这种修补法虽然可以暂时修补钢筋缓凝土结构出现的缺陷，但是这种修补方式耐久性不强，特别是在海洋环境下的钢筋混凝土结构，这些钢筋混凝土受到了含氯盐的侵蚀，即使修补以后，钢筋中内侧的混凝土也会含有氯离子，而且修补的钢筋处于新旧混凝土的交界处，修补会产生一定的电位差，钢筋还是会再次发生锈蚀。以美国为例，多拱大桥锈蚀后，用的就是传统修补法，但是修补后没多久就发现锈蚀加剧的情况出现。
1.2 常用的电化学修复法
1.2.1 阴极保护术
阴极保护术的基本原理是加一定的阴极电流给钢筋，让钢筋的极化到一定程度，降低钢筋阳极的反应。阴极保护术包括外加电流辅助阳极法和牺牲阳极法。外加电流辅助阳极法将被保护的钢筋和直流电源的负极连接起来，将难溶性辅助阳极和直流电源的正极连接起来，以这种方法提供保护电流。此方法从1973年开始使用，当时美国一座受到氯离子侵蚀的钢筋混凝土公路桥使用了该法，取得了良好的效果，自此开始在世界范围内广泛使用。据不安全统计，该法有一定抑制钢筋混凝土锈蚀的效果，但是外加电流辅助阳极法，施工比较复杂，要提供辅助电源，因此增加了维护管理的难度。牺牲阳极保护法顾名思义是将合金或者金属连接到混凝土上，用合金或者金属代替钢筋混凝土的阳极，让它们进行自我消耗或者溶解，从而让钢筋得到阴极电流，这种方法要比外加电流保护法简便，不需要辅助电源，也就不需要特殊的维护，而且不会让钢筋产生“氢脆”的危险。该法在上世纪80年代广泛使用，取得了良好的效果。阴极保护法一般广泛用于在建建筑，但是在已建成的钢筋混凝土结构的钢筋锈蚀的效果还需要进一步研究，因为该法的成本比较高，而且需要专人维护。
1.2.2 电化学再碱化法
上世纪70年代末，欧洲和美国兴起电化学再碱化法，该法主要用于修复碳化混凝土内钢筋腐蚀，它是一种无损的电化学手段，可以通过直流电让碳化混凝土保护层的pH值上升，让鋼筋表面继续钝化。国内外研究结果表明，该法几乎适用于一切碳化混凝土结构的防锈蚀，无论结构之前的锈蚀程度如何，该法都适合[2]。
1.2.3 电沉积修复法
混凝土是一种多孔物质，电沉积修复法为混凝土结构提供阳极，以带裂缝的混凝土结构中的钢筋作为阳极，用海水或者水中的矿物质作为电解质，用低压直流电对混凝土通电，这样就会有电解沉积物产生于混凝土结构的孔隙和裂缝中，让混凝土结构的孔隙和裂缝得到修复。这种方法起源于上世纪90年代日本，该法特别适用于海水锈蚀的混凝土结构，因为海水本身就是非常好的电解质溶液，国内学者也针对该法做了一些研究，储洪强等人研究表明，硫酸锌、氯化镁、硫酸镁是不错的电沉积溶液[3]。
1.2.4 电化学除氯法
该法产生于上世纪70年代美国，原理是对混凝土表面加电解液保护层，然后以钢筋作为阴极，在电解液保护层中加入金属片作为阳极，再通以直流电，这样会让混凝土中存在的氯离子从阴极向阳极发生迁移到电解质溶液中，达到除氯的目的，该法虽然可以有效的去除钢筋混凝土中的氯离子，但是在电化学反应中会产生氢离子，让钢筋混凝土结构发生氢脆。而且此法只限于去除钢筋混凝土表面的氯离子，而结构后方的氯离子还是无法去除[4]。
2 结 语
综上所述，电化学修复法从治的角度对已经发生锈蚀的钢筋混凝土结构进行了修复，传统的修补法修补效果不佳，而且修补后不久会导致锈蚀加剧，国内外学者针对电化学修复法展开了一系列研究，也取得了一些成就，但是这些方法在成本、维护、电解液的选择上仍然需要大量的研究才能发挥更好的使用效果。
参考文献：
[1]金伟良，赵羽习.混凝土结构耐久性[M].北京：科学出版社， 2014.
[2]陈兆伟.混凝土碳化与钢筋混凝土耐久性[J].建材与装饰，2019，（35）：63-64.
[3]王彭生，曾俊杰，范志宏，等.海工结构混凝土耐久性设计中英标准对比及工程应用[J].腐蚀科学与防护技术，2019，31（6）：703-709.
[4]赵景锋，裘泳，陈柳君，等.氯盐环境下钢筋混凝土结构电化学修复效果研究现状[J].硅酸盐通报，2019，38（12）：3868-3872，3877.
