用三要素综合评估混凝土中钢筋腐蚀状态

D0I:10.13374/i.issm1001053x.2003.02.024 第25卷第2期 北京科技大学学报 Vol.25 No.2 2003年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2003 用三要素综合评估混凝土中钢筋腐蚀状态 杨振波”何积铨”李成华”朱敏》梅学平)张玉光) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)中国国际广播电台，北京100040 摘要介绍了一种判断钢筋腐蚀状况的方法一ER法，该方法采用钢筋自然腐蚀电位、 腐蚀电流密度、混凝土电阻率三个电化学要素判断钢筋腐蚀状况，解决了美国ASTMC876-91 标准等单一要素判别方法判断钢筋腐蚀的缺陷，并准确地对北京某一重点工程大楼部分区域 混凝土中钢筋的腐蚀状态进行了评估. 关键词混凝土：钢筋：腐蚀：检测：评估 分类号TG174.3;TU502 混凝土结构中钢筋的早期腐蚀发展趋势预 电位（例如美国ASTMC876一91标准），或以钢 估与剩余使用寿命预估以及维修对策的选择，迫 筋腐蚀电流密度1，或以混凝土电阻率阿等单一 切需要一套能在腐蚀早期进行无损检测的综合 因素为判据的评价方法，由于其所依赖的单一检 评价方法，目前工程上采用的检测方法以单一检 测数据容易受到混凝土及环境中不同因素的影 测数据进行评判，不仅错判率高，而且不能确定 响而产生误差，致使对钢筋腐蚀状态做出错误的 的盲区非常大，为此，本文提出了便于现场实施 判断（如表】中的测点e,i,h等），或者存在一些腐 测量的钢筋自然腐蚀电位、腐蚀电流密度和混凝 蚀的不确定区（如a,b,c等点）. 土电阻率的电化学三要素来诊断钢筋腐蚀状况 2.2ER法判断钢筋腐蚀 钢筋腐蚀ER综合评估法（简称ER法）. ER综合评估法采用多元统计分析中Fisher 准则下的判别分析法建立数学模型.首先根据 1现场检测仪器及设备 已有数据，暂将钢筋的腐蚀状况分为两类：A类 (钢筋已腐蚀)和B类（钢筋未腐蚀）.将与钢筋腐 在实际混凝土结构中，以自行研制的护环电 蚀密切相关的且现场易测得的电化学三要素， 极(Guard Ring),现场测量混凝土结构中钢筋的 E,o,作为三元变量，建立三元判别函数；然后将 腐蚀电流密度，、钢筋的腐蚀电位E、混疑土的电 阻率σ，并在检测点破开混凝土覆盖层，检测钢筋 新个体带入判别函数及判别准则，将其最终分 类：最后用Bayes统计侧计算新个体在A或B类 的表面状态，进行对比验证.电化学测量使用的 仪器是由本实验室研制开发的钢筋腐蚀电化学 的后验概率来验算分类的可靠性.表1列出了部 分现场测点的ER法分析评估结果， 微机测量系统.采用恒电流瞬断法测量腐蚀电 23ER法判断钢筋腐蚀的实验结果分析 流密度，钢筋电位以饱和硫酸铜电极作为参比电 极（以下均相对于SCE). 从表1可见，ER法评估结果趋同于实际破 型检测结果，大量测点的对比验证结果可确认其 2检测结果与分析讨论 一致性可达到85%以上.该方法不仅纠正了单一 因素评判方法的某些误判（如h,i,n点），而且还 2.1采用单一因素分析实验结果 大大缩小了单一法的评判盲区（如a,b,c点）.现 钢筋腐蚀主要判别方法是以钢筋自然腐蚀 场实际应用的结果证明了采用ER法正确评估 混凝土结构内钢筋腐蚀的可行性和可靠性， 收稿日期2002-10-23 杨振波男，24岁，硕士 特别需要指出的是，如果可以获得更多类别 *“九五"科技攻关课题0No.96-535-2-2) 的数据，建立多元、多类判别的ER评估软件进

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 心】 一 用三要素综合评估混凝土 中钢筋腐蚀状态 杨 振 波 ‘， 何积 栓 ” 李成 华 ” 朱 敏 ” 梅 学平 ” 张 玉 光 北 京 科技大 学 材料科学 与 工程 学 院 ， 北京 中国国 际广 播 电台 ， 北 京 摘 要 介绍 了一 种判断钢 筋腐 蚀状 况 的方 法— 法 该 方法 采用 钢 筋 自然 腐蚀 电位 、 腐蚀 电流密 度 、 混凝土 电阻 率 三 个 电化学要素判断钢 筋腐蚀状况 ， 解 决 了美 国 一 标 准等单一要 素判 别 方 法 判 断钢 筋腐蚀 的缺 陷 ，并准 确 地对 北 京某 一 重 点 工 程 大楼部 分 区 域 混凝土 中钢 筋 的 腐蚀 状态 进行 了评估 关键词 混凝 土 钢 筋 腐蚀 检测 评 估 分 类号 混 凝 土 结 构 中钢 筋 的 早 期 腐 蚀 发 展 趋 势 预 估 与剩 余 使 用 寿命 预 估 以及 维 修对 策 的选 择 ， 迫 切 需 要 一 套 能 在 腐 蚀 早 期 进 行 无 损 检 测 的综 合 评 价 方法 目前 工 程 上 采用 的检 测 方 法 以单 一检 测 数据 进 行 评 判 ， 不 仅 错 判 率 高 ， 而 且 不 能确 定 的盲 区 非 常 大 为 此 ， 本 文 提 出 了便 于 现 场 实 施 测 量 的钢 筋 自然 腐 蚀 电位 、 腐蚀 电流 密 度 和 混 凝 土 电 阻 率 的 电化 学 三 要 素 来 诊 断 钢 筋 腐 蚀 状 况 — 钢 筋 腐 蚀 仅 综 合 评 估 法 简 称 法 现 场 检测 仪 器 及 设 备 在 实 际混凝 土 结 构 中 ， 以 自行 研 制 的护 环 电 极 形 ， 现 场 测 量 混 凝土 结 构 中钢 筋 的 腐蚀 电流 密 度 人 、 钢 筋 的腐 蚀 电位及 、 混 凝 土 的 电 阻率 ， 并在 检 测 点破 开 混 凝 土 覆 盖 层 ， 检 测 钢 筋 的表 面 状态 ， 进 行 对 比验 证 电化 学测 量 使用 的 仪 器 是 由本 实验 室 研 制 开 发 的钢 筋腐 蚀 电化 学 微 机 测 量 系 统 采 用 恒 电流 瞬 断 法 价，测 量 腐 蚀 电 流 密度 钢 筋 电位 以饱 和 硫 酸 铜 电极作 为参 比 电 极 以下 均 相 对 于 检测 结果 与分 析 讨 论 采用 单一 因素 分 析 实 验 结 果 钢 筋 腐蚀 主 要 判 别 方 法 是 以钢 筋 自然 腐 蚀 收稿 日期 加 一 杨振波 男 ， 岁 ， 硕 士 “ 九 五 ” 科 技攻 关课题 一 一 一 电位 例 如 美 国 一 标 准‘，， ， 或 以钢 筋 腐 蚀 电流 密 度 ‘侧 ， 或 以混 凝 土 电阻 率 【 等 单 一 因素 为判据 的评 价 方 法 由于 其所 依赖 的单 一 检 测 数 据 容 易 受 到 混 凝 土 及 环 境 中 不 同 因 素 的影 响而 产 生 误 差 ， 致 使对 钢 筋腐 蚀状 态 做 出错 误 的 判 断 如 表 中 的测 点 ， ， 等 ， 或 者 存 在 一 些 腐 蚀 的不 确 定 区 如 ， ， 等 点 法 判 断钢 筋 腐 蚀 皿 综 合评 估 法 采 用 多元 统 计 分 析 中 准 则 下 的判 别 分 析 法 ’ 建 立 数 学 模 型 首先 根 据 已 有 数 据 ， 暂 将 钢 筋 的腐 蚀状 况 分 为 两 类 类 钢 筋 己 腐 蚀 和 类 钢 筋 未腐 蚀 将 与 钢 筋腐 蚀 密 切 相 关 的且 现 场 易测 得 的 电化 学 三 要 素 人 ， 瓜 ， 。 ， 作 为三 元 变量 ， 建 立 三 元 判 别 函 数 然 后 将 新 个 体 带 入 判 别 函 数 及 判 别 准 则 ， 将 其 最 终 分 类 最 后 用 统 计 〔盯 计 算 新个 体 在 或 类 的后 验 概 率 来 验 算 分 类 的可 靠 性 表 列 出 了部 分 现 场 测 点 的 法 分 析评 估 结 果 法 判 断钢 筋腐 蚀 的 实验 结 果 分 析 从 表 可 见 ， 法 评 估 结 果 趋 同于 实 际破 型检 测 结 果 ， 大量 测 点 的对 比验 证 结 果 可 确 认 其 一 致 性 可 达 到 以上 该 方 法 不 仅 纠 正 了单一 因 素 评 判 方 法 的某 些 误 判 如 ， ， 点 ， 而 且 还 大 大 缩 小 了单 一 法 的评 判 盲 区 如 ， ， 点 现 场 实 际应 用 的结 果 证 明 了采 用 法 正 确 评 估 混 凝 土 结构 内钢 筋腐蚀 的可 行 性 和 可 靠 性 特 别 需要 指 出 的是 ， 如 果 可 以获 得 更 多类 别 的数 据 ， 建 立 多元 、 多类 判 别 的 评 估 软 件 进 DOI ：10．13374／j ．issn1001—53x．2003．02．024

·194· 北京科技大学学报 2003年第2期 表1部分钢筋腐蚀检测及综合评判结果 参考文献 Table 1 Rebar corrosion measurement results and synthetical assessment results 1陈英.关于混凝土中 测 实际现场检测结果 单因素判别 EIR评估 钢筋腐蚀电化学测 EmV/(A·cm)ok2·cm)破型检测E法法σ法软件预测未腐蚀概率 量技术的探讨[D] a-336 4.79 6.5 腐蚀不确定中锈蚀腐蚀 腐蚀 0.3109 北京：北京科技大 b-310 0.34 17.6 未腐蚀不确定低锈蚀不确定未腐蚀 0.6122 学，2001 c-328 3.58 5.7 腐蚀不确定中锈蚀腐蚀腐蚀 0.3432 2 朱敏，何积铨，李成 d-445 6.79 3.2 腐蚀 腐蚀中锈蚀腐蚀 腐蚀 0.1153 华.R降对混凝土中 e-94 3.21 23.7 腐蚀未腐蚀中锈蚀未腐蚀未瘸蚀 0.5990 钢筋腐蚀电化学测 f-350 2.49 3.6 腐蚀腐蚀中锈蚀腐蚀 腐蚀 0.2396 量结果的影响[)北 g-153 0.68 15.0 未腐蚀未瘸蚀低锈蚀不确定未腐蚀 0.8673 京科技大学学报， h-359 1.45 47.4 未腐蚀腐蚀中锈蚀未腐蚀未腐蚀 0.8738 2002,24(2):111 i-345 1.02 19.7 未腐蚀不确定中锈蚀不确定未腐蚀 0.5643 3 ASTM C876-91,Stan- j-123 0.37 17.2 未腐蚀未腐蚀低锈蚀不确定未腐蚀 0.9080 dard Test Method for k-260 0.38 27.8 未腐蚀不确定低锈蚀未腐蚀未腐蚀 0.8438 Half-Cell Potentials of 1-352 2.36 9.0 腐蚀腐蚀中锈蚀腐蚀 腐蚀 0.3444 Uncoated Reinforcing m-380 3.41 16.4 腐蚀腐蚀中锈蚀不确定 腐蚀 0.3739 Steel in Concrete [S] n-298 2.66 9.6 未腐蚀不确定中锈蚀腐蚀 未腐蚀 0.9309 American National 0-397 26.46 4.1 腐蚀腐蚀高锈蚀腐蚀 腐蚀 0.0280 Standard,1999 4 Law D W,Millard S G, 行计算，其评估结果将更加准确，ER法的应用前 Bungey J H.Galvanostatic pulse measurements of passive 景将更加广阔. and active reinforcing steel in concrete [J].Corrosion Sci- ence,2000,56(1):48 3结论 5 Hassanein A M,Glass G K.The use of small electrochem- ical perturbations to assess the corrosion of steel in con- (1)采用单一因素对钢筋的腐蚀进行判断具 crete [J].NDT&E,1998,31(4):265 有一定的局限性，而ER法以钢筋的腐蚀电位、 6 Glass G K,Field S N,Green WK.Non-destructive deter- 腐蚀电流、混凝土电阻率等多类因素综合判定钢 mination of the sheet resistance of conductive coating 筋腐蚀状态，可以克服不同因素对钢筋腐蚀及检 anodes on concrete [J].Anti-corrosion Methods and Ma- 测的干扰，比单一因素评判结果更加准确、可靠， terials,,2000,47(1):5 其准确率可达到85%以上. 7杨维权，刘兰亭.多元统计分析M].北京：高等教育 (2)ER法具有可拓性，可以随时将与钢筋腐 出版社，1995 8茆诗松.贝叶斯统计M.北京：中国统计出版社， 蚀相关且彼此独立的其他因素纳入ER法的判 1999 别函数，使钢筋腐蚀的检测结果更加准确， Corrosion Severity Assessment of Reinforcing Steel in Concrete by Using Three Electrochemical Factors YANG Zhenbo",HE Jiquan",LI Chenhua",ZHU Min,MEI Xueping",ZHANG Yugang" 1)Material Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Chinese Radio International,Beijing 100040,China ABSTRACT A method named EIR Method is introduced,which makes use of corrosion potential,corrosion cur- rent and concrete resistivity to assess the corrosion severity of reinforcing steel.It ameliorates the veracity of some standards such as ASTM C 876-91,and has been successfully used to estimate the corrosion severity of reinforcing steel in concrete in a famous building in Beijing. KEY WORDS concrete:rebar:corrosion:measurement;assessment

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 表 部分 钢 筋腐蚀 检测 及 综合评 判结 果 测 点 实 际现场 检测 结 果 单 因素 判别 评 估 瓜 叭 · 一 价 · 破 型检测 及 法 人法 。 法 软件预 测 未 腐蚀 概率 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 ， 腐 蚀 不 确 定 中锈蚀 腐蚀 腐蚀 未腐 蚀 不确 定 低锈蚀 不确定 未腐蚀 腐蚀 不 确 定 中锈蚀 腐蚀 腐蚀 腐蚀 腐蚀 中锈蚀 腐蚀 腐 蚀 腐 蚀 未 腐蚀 中锈蚀 未腐蚀 未腐蚀 腐蚀 腐蚀 中锈 蚀 腐蚀 腐蚀 未 腐蚀 未腐蚀 低 锈 蚀 不 确 定 未腐 蚀 未腐 蚀 腐蚀 中锈蚀 未腐蚀 未腐 蚀 未 腐蚀 不 确 定 中锈蚀 不 确 定 未腐 蚀 未 腐蚀 未 腐蚀 低锈 蚀 不确 定 未腐蚀 未 腐 蚀 不确定 低 锈 蚀 未腐蚀 未腐 蚀 腐 蚀 腐蚀 中锈蚀 腐蚀 腐 蚀 腐蚀 腐蚀 中锈蚀 不确定 腐蚀 未腐蚀 不 确 定 中锈蚀 腐蚀 未腐 蚀 腐蚀 腐蚀 高锈蚀 腐蚀 腐蚀 行 计 算 ， 其 评估 结 果将 更 加准 确 ， 法 的应 用 前 景 将 更 加 广 阔 参 考 文 献 陈英 关 于 混 凝土 中 钢 筋 腐 蚀 电化 学 测 量 技 术 的 探 讨 』 北 京 北 京 科 技大 学 ， 朱敏 ， 何积锉 ， 李成 华 降对 混凝 土 中 钢 筋 腐 蚀 电 化 学测 量 结 果 的影 响 北 京 科 技 大 学 学 报 ， ， 一 ， ， ， ， 结 论 采 用 单一 因 素 对 钢 筋 的腐 蚀 进 行 判 断 具 有 一 定 的局 限性 而 法 以钢 筋 的腐蚀 电位 、 腐蚀 电流 、 混 凝 土 电阻率 等 多类 因素 综 合 判 定钢 筋腐 蚀状 态 ， 可 以克服 不 同因素对 钢 筋腐蚀 及 检 测 的干 扰 ， 比单 一 因素评判 结 果 更 加准确 、 可靠 ， 其 准 确 率 可 达 到 以上 法 具 有 可 拓 性 ， 可 以随 时将 与钢 筋腐 蚀 相 关 且 彼 此 独 立 的其 他 因素 纳 入 法 的判 别 函数 ， 使 钢 筋 腐 蚀 的检 测 结 果 更 加 准 确 【 ， ， ， 』 ， ， ， ， 一 一 ， ， 杨 维权 ，刘 兰 亭 多 元 统 计 分 析 』北 京 高等教育 出版 社 ， 茹诗 松 贝 叶斯统 计 【 北 京 中 国统 计 出版 社 ， 别刃 汤 刀百 习 ， 万 几刃 ，厄酣 尹 ， 月叼 五惬闷心 ， ， ， 】 ， ， ， ， 一 ， 而 即