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钢筋腐蚀的代价与应对之策

来源:腐蚀科学与防护技术 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2021-03-26
作者:网站采编
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摘要:? 作者:Ivan Zambon1,2,*, Monica Santamaria Ariza3, José Campos e Matos3?and Alfred Strauss2 ? 1. FCP Fritsch,Chiari & Partner ZT 有限责任公司,桥梁建设部,奥地利,维也纳; 2. 奥地利自然资源与生命科学大

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作者:Ivan Zambon1,2,*, Monica Santamaria Ariza3,

José Campos e Matos3?and Alfred Strauss2

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1. FCP Fritsch,Chiari & Partner ZT 有限责任公司,桥梁建设部,奥地利,维也纳;

2. 奥地利自然资源与生命科学大学,土木工程与自然灾害系,结构工程研究所,

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3. 葡萄牙米尼奥大学土木工程系,

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* 通讯作者:Ivan Zambon,

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一直以来,钢筋混凝土凭借其耐久性和相对较低的养护成本,成为民用基础设施(例如桥梁)的主要建筑材料。然而近年来有证据表明,钢筋混凝土实际的养护和维修成本较高。


氯化物引起的腐蚀是钢筋混凝土劣化的主要原因之一。2002年,美国腐蚀工程师协会(NACE)和美国联邦公路署(FHWA)指出,由于钢筋腐蚀,美国约有13.4万座桥梁存在结构缺陷。因此,研究人员和有关组织机构已致力于开发、改善氯化物的导入模型。研究中使用的模型得到了国际结构混凝土联合会(fib)欧洲混凝土规范Model Code 2010(MC2010),fib公告34 (fib?Bulletin 34),fib公告59 (fib?Bulletin 59)和fib公告76 (fib?Bulletin 76)的支持。


测量和监测氯含量的技术,以及将相关数据用于贝叶斯统计法决策的研究,也引起了广泛关注。此外,COST行动TU1402“量化结构健康监测(SHM)的价值”(2014-2019)在贝叶斯决策理论方面做出了巨大贡献,共有来自中国、美国、澳洲等29个国家的学术界、混凝土行业、基础设施业主、运营方和政府的人士参与。这一行动侧重于在贝叶斯决策理论的框架下,制定信息价值(VoI)分析,进而做出最优决策。


对抗腐蚀的成本效益


钢筋腐蚀的过程可以粗略地分为引发阶段和后续过程。混凝土中碱性物质在钢筋表面上形成了氧化层,使钢筋处于钝化状态。当碱度超过氯化物阈值时,氧化物层溶解,导致钢筋去钝化。此时,腐蚀开始蔓延,出现各种劣化情况,如混凝土开裂、分层、钢筋-混凝土黏结损失,以及钢筋截面面积损失。这些因素会影响结构的耐久性和生命周期性能,导致大量的维修和养护成本。


因此,对抗钢筋腐蚀应优选预防策略。也就是在腐蚀仍处于萌芽阶段,没有可见损坏的情况下,对遭受氯离子浸入的钢筋混凝土结构进行养护/修复。因此,应测量氯化物的含量。然而,这样的测量会产生成本,且测试的准确性并不确定。所以,在无可见的损害中,VoI的数值可帮助判断测试和测量是否具有成本效益。


决策树如图1所示。如果进行测量,可在一定程度上显示钢筋是否发生去钝化。在检测到去钝化的情况下,不论幅度大小,都应进行修复。此外,在没有进行任何测量或测量表明没有去钝化的情况下,钢筋仍存在去钝化的可能。


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图1 决定氯化物测量信息值的决策树,其中(a)表示决策树中的事件;(b)表示发生的概率和相关成本。


决策树得出了9种可能的结果。其中,成本标记为Ui,如图1。氯化物测量和混凝土维修的成本取决多个参数,如测量方法、维修类型、市场情况等。因此,测量和维修成本是相对的,继而产生成本比率。表1给出了图1中的事件及其发生概率。


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为找到测量最具成本效益的最大测量成本,决策树的两侧必须处于平衡状态,得出等式(1):

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将每个特定结果量化为可能发生的成本总和,乘以发生概率(在此标记为Ei和Ej)。表2列出了九种可能结果的量化方法。


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本文使用的氯化物侵蚀模型基于菲克第二扩散定律,其中混凝土中氯化物主要受扩散控制。

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其中Φ(u)是正态分布函数,给出了标准正态变量采用区间[0, u]中值的概率。


测量技术的因素


实验室测试技术包括快速氯化物渗透性测试(RCPT)、非稳态扩散测试、沉陷测试、电迁移测试等。实验室测试通常用于确定有关氯化物侵蚀的混凝土性能,例如非稳态扩散测试被认为是覆盖面最广的实验室测试。现场测试技术可以分为破坏性技术(在提取的岩心上进行)和非破坏性技术。破坏性技术是从服役结构中取样,并通过物理(如定量X射线衍射分析)或化学(如Volhard法——电位评估)实验室技术确定氯化物分布。相反,非破坏性技术(NDT)不会改变测量材料未来的实用性。

文章来源:《腐蚀科学与防护技术》 网址: http://www.fskxyfhjszz.cn/zonghexinwen/2021/0326/577.html



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