桥梁钢筋腐蚀检测方法探讨

苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 211112

1 桥梁钢筋腐蚀环境与腐蚀机理

1.1 桥梁钢筋腐蚀环境

桥梁在长期使用过程中，受自然环境的影响会造成腐蚀问题，在腐蚀极为严重的情况下，会导致桥梁整体结构失效，酿成坍塌事故。桥梁钢筋面临的腐蚀环境主要包括大气环境、水环境和土壤环境。

（1）大气环境。温度、湿度、酸雨和氯离子是对桥梁钢筋起腐蚀作用的大气环境因素。具体表现如下：①温度。当气温为-20～20℃时，钢筋锈蚀率随着温度的升高而增加，且增加幅度不断增大。这说明平均气温较高的地区，其桥梁钢筋腐蚀破坏程度越大。②湿度。钢筋腐蚀的临界湿度为65%，在超过临界湿度的情况下，钢筋表面会形成水膜，溶解氧、氯离子，发生化学腐蚀现象，加快钢筋腐蚀速度。③酸雨。酸雨中的SO4-对桥梁钢筋的腐蚀性较大，钢筋受酸雨侵蚀会形成硫酸盐，尤其在潮湿的气候条件下，会成倍增加钢筋腐蚀速度。

（2）水环境。①淡水环境。淡水环境对桥梁钢筋的腐蚀性相对较弱，如果淡水环境受到工业排放物的污染，增加了淡水中Cl-、H+、SO2等污染物质的含量，会对钢筋表面造成钝化，出现局部腐蚀。②海水环境。海水中Cl-含量较高，pH值超过8.0时会对钢筋造成严重腐蚀。

（3）土壤环境。桥梁基础、墩身部分的钢筋会深扎到土壤中，当桥梁周围建有地铁、轻轨等轨道交通设施或铺设大量电缆时，带电物体会从电缆中流出，选择土壤中的钢筋结构传递电流，如果此时钢筋位于阳极区域，那么会使钢筋发生电化学反应，出现腐蚀现象。

1.2 桥梁钢筋的腐蚀机理

桥梁钢筋腐蚀主要包括钢铁构件与钢筋混凝土结构腐蚀两大类，其腐蚀机理基本一致。混凝土含有高碱性物质，在混凝土结构养护过程中会产生水泥水化热现象，生成碱金属氧化物，对钢筋表面形成钝化膜，起到保护钢筋的作用。当氯离子渗入到混凝土内层，并逐步积累到一定浓度后，会使混凝土的pH值从12.5降至8～9，影响钢筋所处的环境。一旦氯离子接触钢筋，会使钢筋表面的钝化膜受到破坏，让钢筋缓慢腐蚀，再经过氧化反应，生成铁锈。在这一过程中，涉及的电化学反应表达式为2Fe+O2+H2O=2Fe(OH)2。

2 桥梁钢筋腐蚀常用的检测方法

2.1 物理试验检测法

此类检测方法具备操作简便的优点，由于此类检测方法属于定性分析、静态分析，因此仅限于桥梁钢筋原位测试。

（1）电阻探针法。该检测方法需找到与钢筋材质相同的电阻针，将电阻针埋入混凝土中，通过施加恒定电流测量出电阻探头的电阻值，再根据探针直径变化量换算出钢筋腐蚀深度值。电阻探针法拥有复杂的电路设计，无需取出试样和腐蚀产物进行检测，具备检测精度高、检测速度快的优势。在桥梁钢筋检测中应用电阻探针法进行检测，能够达到以下应用效果；能够保证腐蚀检测的精度，准确反映腐蚀的严重程度；能够反映钢筋在真实环境中的腐蚀行为，准确测定钢筋腐蚀速率，跟踪钢筋腐蚀状况变化。

（2）光纤传感技术。该检测方法是在光纤纤芯上镀一层合金敏感膜，形成光纤传感器装置，将其安装在钢筋上，对钢筋腐蚀情况进行定性分析。该检测方法是智能检测技术发展的重要成果，当前常用的智能传感器包括S+R阳极梯形传感器、多探头俯视传感器等，这些传感器具备耐高温、抗腐蚀、抗电磁干扰等优势。在桥梁钢筋检测中应用光纤传感探测法进行检测，能够达到以下应用效果：能够对桥梁结构的腐蚀情况进行预测，判断是否会出现钢筋腐蚀现象及可能发生钢筋腐蚀现象的时间。以公司参与建设的港珠澳大桥的钢筋腐蚀检测为例，应用多功能腐蚀检测传感器，将传感器安装到检测部位，可准确测得混凝土环境中的pH值和氯离子浓度，并对钢筋腐蚀状态和腐蚀速度进行准确评价，为评估港珠澳大桥整体结构安全性提供了数据支持。

2.2 自然电位检测法

该检测方法通过测量钢筋的自然电位，用于评价钢筋的腐蚀情况。钢筋处于强碱性的混凝土环境中，其发生腐蚀部位与未发生腐蚀部位的自然电位存在一定差异，前者的自然电位低于后者的自然电位。从电化学层面来看，钢筋完好区视为阴极，腐蚀区视为阳极，由此形成腐蚀电池。因此，通过测定钢筋表面的自然电位分布参数，判断钢筋是否存在腐蚀情况。自然电位检测法十分适用于海洋环境下的桥梁钢筋腐蚀检测及工程现场原位检测，具备操作简便、无损伤检测的优势。在桥梁钢筋检测中应用自然电位探测法进行检测，能够检测出钢筋正在发生腐蚀的情况，将自然电位检测法与表面观察法结合应用，能够判断出钢筋腐蚀状态。结合国内外较具代表性的桥梁钢筋腐蚀检测情况，以日本井岸大桥的钢筋腐蚀检测为例，检测中运用自然电位法，对主桥4#和5#桥墩承台以上钢筋构件进行检测，每间隔50cm布设一个测点，对各个测点进行依次检测，生成钢筋构件检测的电位图。检测人员结合钢筋表面病害情况，根据电位图评估钢筋腐蚀情况，判断出具体的腐蚀区域位置，为桥梁钢结构修复提供了数据支持。以珠海海燕大桥的腐蚀性检测为例，采用自然电位法对桥墩墩柱部位的钢筋腐蚀情况进行检测，根据检测结果区分腐蚀区与完好区。对检测的腐蚀区现场开凿，发现该区域与自然电位法检测的结果完全相符。

2.3 极化电阻法

该检测方法利用双电极或三电极系统，对混凝土环境与钢筋的耦合腐蚀率进行检测，定量分析钢筋自由腐蚀电位处的腐蚀电流，评价钢筋腐蚀情况。该检测方法适用于现场原位测试和实验室试验，具备检测速度快、测量精度高的优势。但是，该检测方法对检测环境要求较高，只能对导电性较好的介质进行检测，得到钢筋整体性的腐蚀信息，而不能测定出钢筋局部腐蚀信息。以杭州湾跨海大桥的腐蚀检测为例，在检测中运用电化学原理研制预埋式监测系统，针对不同检测部位采用不同的阳极元件和阴极元件，借助腐蚀脱钝敏感膜构建起检测信号通道，形成钢筋脱钝传感单位，实现了对桥梁钢筋腐蚀速率的动态检测，为制订大桥维护方案提供了可靠依据。

2.4 交流阻抗谱法

该检测方法需要对电极施加交流信号，分析输出输入信号的相位、振幅等变量，进而判断钢筋的腐蚀情况。该检测方法属于暂态频谱分析技术，利用电荷转移电阻值与低频容抗弧半径存在的线性关系，对钢筋腐蚀信息进行分析，一般情况下低频容抗弧半径越小，钢筋腐蚀速率越大，腐蚀程度越严重。在桥梁钢筋检测中应用交流阻抗谱法进行检测，能够达到以下应用效果：能够获取钢筋混凝土电阻值、双电层电容、钢筋腐蚀速率等多方面的信息；能够测算出混凝土钢筋腐蚀的氯离子临界浓度；能够对混凝土钢筋腐蚀机制和钢筋修复方案进行有效性分析。

2.5 EIR综合评估法

该检测方法为三要素综合评价方法，主要通过综合分析钢筋自然腐蚀电位、腐蚀电流密度、混凝土电阻率三项要素，对钢筋腐蚀状态做出评价。该方法能够避免单一检测数据对钢筋腐蚀状态造成的误判断，使检测结果更全面、更准确。在运用EIR综合评估法时，需要建立数学模型，划分钢筋腐蚀区与完好区，确定三要素变量，建立三元判别函数，最终计算出检测结果。在桥梁钢筋检测中应用EIR综合评估法，能够达到以下应用效果：能够提高概率分析结果的可靠性，综合考虑影响钢筋腐蚀的多项因素，对钢筋腐蚀状态做出完整性的评价；能够构建起科学的钢筋腐蚀检测系统，提高钢筋腐蚀检测效率。

2.6 声发射探测法

该检测方法主要利用声发射探头对混凝土开裂产生的应力波进行感知，并将探测到的机械振动转换为电信号，对电信号进行增益，输送到采集系统中进行处理，最终得出钢筋腐蚀探测结果。该检测方法属于无损检测技术，具备检测信息丰富、检测速度快速的优点。由于会受到其他检测声波的干扰，其检测结果的精度相对偏低。在桥梁钢筋检测中应用声发射探测法进行检测，能够达到以下应用效果：能够对钢筋进行动态实时检测，快速确定钢筋腐蚀部位以及腐蚀破坏范围；能够长期监测钢筋腐蚀损伤，推演出钢筋腐蚀变化趋势。

3 结束语

综上所述，桥梁钢筋腐蚀检测要科学运用无损检测技术，对钢筋腐蚀情况进行准确评价。在实际检测中，要结合桥梁工程实际情况，灵活选用电阻探针法、光纤传感技术、自然电位检测法、极化电阻法、交流阻抗谱法、EIR综合评估法以及声发射探测法，对桥梁钢筋腐蚀部位、腐蚀速率、腐蚀程度以及腐蚀发展状况等方面做全面检测，从而为钢筋混凝土结构耐久性评估及桥梁维修方案制订提供数据支持。