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不锈钢钢筋在钢筋混凝土结构中的应用


时间:2018-10-12 10:51  来源:未知   作者:admin  点击:
 
1、不锈钢钢筋的主要特性

无锡不锈钢板厂家-鑫晟荣不锈钢2018年10月12日讯  不锈钢表面有一层自修复富铬氧化膜,其优良耐蚀性不仅使不锈钢成为建筑构件的首选,还是被腐蚀的钢筋混凝土构件中碳钢钢筋的最佳替代材料。不锈钢钢筋的自修复氧化层使其耐腐蚀性优于涂层耐蚀钢的耐腐蚀性,耐氯化物腐蚀性优于其他耐蚀钢筋替代材料。

 
2、钢筋混凝土结构的腐蚀情况

混凝土碱性高(13.5pH),使钢筋表面形成钝化氧化层,对碳钢钢筋有保护作用。混凝土还防止钢筋受到空气、水和盐等外部腐蚀性物质的侵蚀。

但是,混凝土无法阻止氯化物(存在于道路除冰盐和海洋环境)的侵入。当氯化物含量足够高时,钝化氧化层起不到保护作用。因此,在三种情况下容易发生腐蚀:

・在空气的碳酸化作用下,pH值降到9,氧化层失去钝化性;

・混凝土表面氯化物浓度过高,渗透到钢筋;

・混凝土结构出现裂纹,钢筋与空气接触。

2.1 腐蚀预测

1 9 4 8 年以来, 钢筋混凝土结构施工标准CP114经过多次修订,标准规定了沿海地区混凝土包覆层防裂最小厚度,防止与空气中二氧化碳发生碳酸反应,防止氯化物侵蚀;还规定了水泥含量及牌号,施工要求及不同腐蚀环境下混凝土包覆层的等级。最近的科研重点是预测二氧化碳和氯化物渗透速度。碳酸化过程与时间的平方根成正比,使二氧化碳不断渗入混凝土更为困难。而氯化物的渗透,正如FICK的第二定律所述,是以指数形式递增。尽管体积小的氯化物离子比体积大的二氧化碳分子先接触到钢筋并对其进行腐蚀,但碳酸化仍是一个重要过程,因为氯化物的临界值(发生腐蚀的点)取决于pH值。

氯化物渗透的变化取决于表面氯化物浓度和氯化物在该混凝土表面的扩散系数。因此,工程师应该能估算已知构件所允许的氯化物表面浓度,难的是测算该混凝土的表面扩散系数,并预测在结构的使用寿命内,距混凝土包覆层最近的钢筋所允许的氯化物浓度。

2.2 选择性使用不锈钢钢筋延长钢筋混凝土结构的使用寿命

选择性使用不锈钢钢筋,是指用不锈钢钢筋替代碳钢钢筋混凝土包覆层厚度小于80mm,使用期寿命可达100年。不锈钢钢筋的氯化物临界值为4%~5%,在表面含量不超过3%的情况下,不锈钢钢筋是最理想的防腐钢筋。虽然原理非常简单,但是要确定表面扩散系数非常复杂,预测模型为选择性使用不锈钢钢筋提供帮助。BSSA的电子版资料“不锈钢钢筋在桥梁上的应用”使选择性使用不锈钢钢筋这一理念得到推广。澳大利亚目前正在建造的第二座(Gateway Bridge)立交桥在桩帽的潮汐区选用了不锈钢钢筋(OutobumpuLDX2101®),不锈钢钢筋的替换率仅占1.67%,大桥的设计寿命可超过300年。

2.3 选择性使用不锈钢钢筋与电化学腐蚀

选择性使用不锈钢钢筋必然会遇到碳钢钢筋与不锈钢钢筋的连接问题。在pH值>9的混凝土中,两种钢筋都是钝化的,而且连接后仍保持钝化状态,因为它们的自由腐蚀电位基本相同,碳钢略高于不锈钢钢筋。在有选择地使用碳钢时,碳钢总是处于钝化pH区,处于低pH区或受到氯化物侵蚀的是不锈钢钢筋。在这些情况下,不锈钢钢筋和碳钢钢筋仍处于钝化状态。无论在可能出现腐蚀失效的连接处使用不锈钢钢筋,还是在由于设计原因可能出现裂纹的部位使用不锈钢钢筋,都会达到预期的效果。

2.4 混凝土中不锈钢钢筋的修复

当氯化物穿透了混凝土包覆层,或包覆层太薄发生碳酸反应,或结构损坏,裂纹处进入异物,都必须对混凝土包覆层进行修复。在上述情况下,如果同时发现横断面上的钢筋受损需要更换时,不锈钢钢筋是长久性修复的理想材料。图(a)所示部分结构已经被腐蚀,不锈钢钢筋具有耐蚀性。其次,不锈钢钢筋的结构性比碳钢钢筋好,可以保持结构的完整性。第三,修复和加厚混凝土不影响结构原有的形状,修复和加厚包覆层是在新增的钢丝网或钢筋周围进行混凝土二次浇筑或喷补,不锈钢钢筋是最经济的替代材料。

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图 混凝土结构损坏及修复示意图

就电化学腐蚀而言,对新的建筑选择使用不锈钢钢筋会得到不同的效果。当未发生腐蚀的钢筋四周的混凝土在修复后发生碳酸反应时,新修复的混凝土中pH值增高,新的碳钢钢筋会对更换了钢筋的部位造成阳极腐蚀,更换的钢筋起阴极的作用。使用不锈钢钢筋作为替代材料的话,由于不锈钢钢筋的阴极作用不强,对碳钢钢筋造成新的腐蚀是有限的。

当氯化物造成腐蚀时,在未清除的混凝土中总会有残留氯化物。因此存在向修复的混凝土或原有的碳钢钢筋处转移的风险。不锈钢钢筋不会受到氯化物侵蚀,还能阻止对周边的腐蚀。

 
3、标准与指南

1986年不锈钢钢筋首次被纳入BS6744标准,1996年被纳入ASTM A955标准。有些国家制定的标准主要是针对不锈钢钢筋的表示方法,目前欧盟国家正在统一标准,正在申请欧洲技术认证(ETAs)。德国通过的DEUTSCHES INSTITUT FURBAUTECHNIK(DIBt)和英国通过的UK CARES这两个不锈钢钢筋标准都已获得了ETAs。已颁布的ETAs适用于所有欧盟国家,有效期五年,重新认证后可延期。1999年混凝土学会出版了第51号技术报告“不锈钢钢筋使用指南”,报告指出电化学耦合问题已经解决。2002年英国高速公路局已经将此写入BA84/02“不锈钢钢筋在高速公路构件中的应用”,允许减薄包覆层,电化学耦合问题也被取消。2004年版的欧洲规范2( Eurocode 2)“混凝土结构的设计“也对使用不锈钢钢筋减薄包覆层做出了规定。

包覆层厚度计算公式:

 

最小包覆层厚度Cmin=△Cmin,b+△Cmin,dur+△Cdury-△Cdur,st- △Cdur,add。按标准规定,△Cdur,st表示使用不锈钢钢筋时包覆层的减薄量。

 

虽然混凝土混合料标准考虑了氯化物侵蚀机理,但包覆层对氯化物浓度时间的技术规范没有考虑预测模型。预测模型见混凝土学会出版的第61号技术报告“延长钢筋混凝土使用寿命”,它们必定成为今后长寿命结构选择使用不锈钢钢筋技术规范的参考资料。


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