基於可靠性的鋼筋混凝土耐久性發展研究
基礎理論與實踐應用
作者：蔡斌
摘 要：鋼砼的組成材料鋼筋和混凝土兩種材料在荷載作用、環境作用、材料內部作用影響下發生各種物理、化學和力損傷的過程，最終導致其材料性質及幾何尺寸發生變化，繼而引起混凝土構件抗力衰減，最終會使結構在規定的時間內、規定的條件下完成預定功能的能力降低，即結構的可靠度降低。關於影響混凝土結構耐久性的原因方麵的研究國內外專家已經做了許多研究。總的看來，混凝土的碳化、鋼筋的鏽蝕、堿—骨料反應、混凝土的凍融破壞、化學侵蝕和混凝土表麵磨損是主要因素，其中混凝土碳化和鋼筋鏽蝕又是最主要的原因。
關鍵詞：可靠度；鋼筋混凝土結構；混凝土碳化
中圖分類號：G640 文獻標識碼：A 文章編號：1003-2851（2012）-12-0198-01
一、混凝土碳化的研究
混凝土碳化是由於空氣中的二氧化碳作用，導致混凝土PH值下降的過程。在一般情況下混凝土碳化本身並沒有太大危害，相反混凝土碳化還會在一定程度上提高混凝土的強度。但是當混凝土碳化至鋼筋表麵時，鋼筋鈍化膜被溶解，這樣鋼筋失去了堿性保護環境就會導致鋼筋的鏽蝕。混凝土的碳化與結構所處環境的二氧化碳濃度、濕度以及混凝土本身的抗碳化能力等多種因素都有很大關係。目前國內外專家對混凝土碳化的機理以及碳化的原因都已經做了大量的研究工作。
混凝土碳化深度計算模型主要包括理論分析模型以及試驗分析模型兩大類。第一類理論模型：前蘇聯科學家阿列克謝耶夫模型，以及希臘學者Papadaids的質量平衡條件模型。而經驗模型則是學者根據工程試驗數據以及實驗分析根據自己的觀點來確定影響碳化速度的各個參數值的大小，但是每位學者考慮的影響因素不盡相同，因此每位專家自己確定的計算模型表達形式也是不盡相同的。Nishi模型考慮了水灰比對混凝土碳化速度的影響，然後用材料參數對模型進行修正。
二、鋼筋鏽蝕的研究
結構工程中常用的鋼材多為普通碳素鋼和普通低合金鋼，在特定的條件下鋼筋可能發生鏽蝕。混凝土中鋼筋鏽蝕的主要原因是混凝土碳化和氯離子侵入。鋼筋鏽蝕的過程主要包含三個階段：原來堿性環境中鋼筋表麵的鈍化膜被溶解；並且由於空氣中水和氧氣的存在鋼筋開始鏽蝕，膨脹混凝土開始出現順筋開裂；順筋裂縫出現後加速鋼筋的鏽蝕過程。目前這方麵的研究主要集中在影響鋼筋鏽蝕的基本原理、鋼筋鏽蝕的影響因素、混凝土中鋼筋鏽蝕量及鏽蝕速度的預測、鏽蝕後鋼筋力學性能的變化、鋼筋鏽蝕的防護措施等方麵。
混凝土中鋼筋鏽蝕可以認為是電化學腐蝕，是在鋼筋表麵發生的電極反應。1982年，英國學者Page在自然雜誌上發表文章，係統的闡述了混凝土作為保護層對鋼筋的保護作用、氯離子對鈍化膜的破壞作用、混凝土保護層碳化對鋼筋的鈍化作用機理，並且研究了在鋼筋鏽蝕過程中氧氣擴散作用對鋼筋鏽蝕的影響。隨後，Gonzalez和Bentz提出了一種計算模型，用界麵層球狀顆粒模擬混凝土，並且考慮界麵和水泥石之間物理差異，導出了彈性模量、氯離子擴散係數、膨脹係數的解析式。