¿Estado de la investigación y medidas de tratamiento de la corrosión del acero en estructuras de hormigón?

¿Cuáles son el estado actual de la investigación y las medidas de tratamiento para la corrosión de las barras de acero en estructuras de hormigón? El siguiente profesor de licitaciones de Zhongda Consulting le dará las respuestas para su referencia. 1 Mecanismo de corrosión de las barras de acero El proceso de corrosión de las barras de acero es un proceso de reacción electroquímica. El agua en las grietas del hormigón suele existir en forma de una solución saturada de hidróxido de calcio que contiene partes de hidróxido de sodio y potasio, con un pH de aproximadamente 12,5. En este entorno alcalino fuerte, se forma una película de pasivación, concretamente óxido hidratado (nFe2O2.mH2O), en la superficie de las barras de acero para evitar una mayor corrosión de las barras de acero. Por lo tanto, para estructuras de hormigón armado con buena calidad de construcción y sin grietas, las barras de acero básicamente no se corroerán incluso en un ambiente marino. Sin embargo, debido a diversas razones, cuando la película pasiva sobre la superficie de la barra de acero se destruye y se vuelve activa, la barra de acero se corroe fácilmente. La corrosión por iones cloruro es una de las principales razones del deterioro de la durabilidad de las estructuras de hormigón armado en ambientes contaminados con iones cloruro. Los iones cloruro son altamente permeables y pueden reaccionar directamente con Fe a través de la película de pasivación para formar FeCl2, formando así picaduras de corrosión en la superficie de las barras de acero. Cómo mejorar la resistencia a la corrosión por iones cloruro de las estructuras de hormigón es un tema candente en la investigación actual. Este artículo lleva a cabo una investigación experimental sobre la permeabilidad del hormigón con diferentes relaciones agua-cemento mezclado con cenizas volantes y humo de sílice, proporcionando una base experimental para configurar hormigón con alta resistencia a la erosión por iones cloruro. El mecanismo electroquímico de la reacción de corrosión de la superficie del acero activado es que cuando hay humedad en la superficie de la barra de acero, se produce una reacción anódica de ionización de iones y una reacción catódica de reducción de oxígeno disuelto, y ambas proceden a la misma velocidad. La fórmula de reacción es la siguiente: reacción anódica: Fe-2e→Fe2; reacción catódica: O2·2h2o 4e→4oh-; toda la reacción en el proceso de corrosión es una combinación de reacción anódica y reacción catódica. El hidróxido ferroso precipita en la superficie de la barra de acero y el compuesto se disuelve y oxida para formar Fe(OH)2, lo que genera además nFe2O2 mH2O (óxido rojo), que se oxida parcial e incompletamente a Fe2O3·4 (óxido rojo). , formando una capa de óxido en la superficie de la barra de acero. El volumen de óxido rojo se puede aumentar hasta cuatro veces y el volumen de óxido negro se puede aumentar hasta dos veces. La expansión del volumen de óxido ejercerá presión sobre el concreto circundante, haciendo que el concreto se agriete en la dirección de las barras de acero, y luego la capa protectora se caerá en pedazos. Las grietas y el desprendimiento de la capa protectora causarán aún más. corrosión. 2. Estado actual de la investigación sobre el comportamiento de estructuras de hormigón armado corroídas (1) Métodos de investigación. En la actualidad, los métodos de investigación para la corrosión de estructuras de hormigón armado son principalmente investigación experimental y análisis de elementos finitos. En estudios experimentales, la simulación de la corrosión de las probetas se realiza mediante ensayos de laboratorio, incluyendo ensayos rápidos de corrosión (corrosión electroquímica, corrosión por cloruros, etc.). ) y prueba de niebla salina. La prueba electroquímica de corrosión rápida generalmente implica sumergir la muestra en una solución de NaCl de cierta concentración, conectar la fuente de alimentación externa a una fuente de alimentación constante, utilizar barras de acero de hormigón como ánodo y acero inoxidable como cátodo. Las barras de acero se controlan controlando la densidad de corriente y el tiempo de energización. La prueba de corrosión rápida de agregar sal de cloro al concreto generalmente implica agregar una cierta proporción de sal de cloro (como CaCI2) a la mezcla de concreto al verter la muestra de concreto y luego colocarla en condiciones naturales o aplicar una cierta cantidad de corriente para acelerar. corrosión. Las pruebas de corrosión en una cámara de niebla salina se utilizan para simular la penetración de cloruro en muestras de hormigón. Generalmente, la muestra se coloca en una cámara de niebla salina cerrada con cuatro boquillas en la esquina superior. En las cámaras de niebla salina también se pueden realizar alternancias de húmedo y seco y cambios de temperatura. La prueba de exposición natural a largo plazo coloca muestras de hormigón armado en diversos entornos de erosión natural. El ciclo de prueba es largo, pero puede reflejar verdaderamente la situación real. El método de reemplazo de componentes consiste en sacar del lugar de trabajo los componentes de hormigón armado que han estado en un ambiente corrosivo durante mucho tiempo y que se encuentran en proyectos reales, y realizar varias pruebas de propiedades mecánicas. Las complejas condiciones de la corrosión natural deben simularse en el laboratorio mediante métodos simples pero representativos. Cómo simular mejor el entorno real de corrosión en los componentes en el laboratorio y obtener el estado de corrosión de la estructura después de un cierto período de tiempo en poco tiempo es crucial para la confiabilidad de los resultados de las pruebas. (2) Comportamiento a la flexión de componentes de hormigón armado corroídos. La corrosión del refuerzo a menudo cambia el patrón de falla de las vigas de hormigón armado ordinarias. En general, las vigas intactas se dañan por flexión, mientras que las vigas oxidadas se dañan por corte en muchos casos. Antes de que las barras de acero cedan, las grietas por tensión en las vigas corroídas no son obvias y la altura de las grietas es muy baja. Una vez que se produce una altura significativa de fisura por tensión, la barra de acero ha cedido y el componente está a punto de fallar. Las pruebas han demostrado que cuando el ancho de la grieta longitudinal en la zona de compresión es mayor a 2 mm después de que la barra de acero se corroe, el concreto será aplastado en la parte superior de la barra de acero que acaba de ceder, y el modo de falla está en un límite. Estado de falla entre el refuerzo excesivo y el refuerzo apropiado. Sin embargo, cuando la corrosión de las barras de acero en tensión alcanza un cierto nivel, el componente cambiará de una viga con el refuerzo adecuado a una viga con menos refuerzo.

Ya sea que se trate de la falla de una viga demasiado reforzada o de una viga poco reforzada, el modo de falla de la estructura va desde falla plástica con advertencia hasta falla frágil sin advertencia. (3) Resistencia al corte de componentes de hormigón armado corroídos. Dado que los estribos en los componentes de hormigón están situados fuera de las barras longitudinales, su capa protectora es siempre más pequeña que las barras longitudinales, por lo que los estribos generalmente se corroen primero, y el grado de corrosión es a menudo más severo que el de las barras longitudinales, especialmente la conexión. entre los estribos y las barras longitudinales. Los estribos no sólo afectan directamente el rendimiento de corte de los componentes de hormigón armado, sino que tampoco pueden sujetar eficazmente el hormigón, afectando así indirectamente la capacidad de carga de los componentes. (4) El rendimiento de la unión entre barras de acero y el hormigón en estructuras de hormigón armado corroídas Una de las principales razones del deterioro del rendimiento de los componentes de hormigón armado corroídos es la degradación de las propiedades de unión. En algunos casos, la corrosión de las barras de acero no es una corrosión uniforme, sino una corrosión localizada, que tiene un mayor impacto en la unión entre las barras de acero y el hormigón. En la prueba de extracción que simula la corrosión local en la superficie de las barras de acero, la resistencia máxima de unión aumentó antes de que la corrosión de las barras de acero alcanzara un cierto nivel (el valor de la prueba fue 65438 ± 0%), pero a medida que la corrosión aumentaba aún más, la fuerza de unión última disminuyó hasta llegar a cero. En pruebas de vigas que simulaban una corrosión relativamente uniforme de barras de acero, la resistencia máxima de unión también aumentó antes de que la corrosión de las barras de acero alcanzara un cierto nivel (valor de prueba 0,5%). Luego disminuye a medida que aumenta la corrosión, pero muy lentamente. Ambas pruebas mostraron que con el desarrollo de grietas longitudinales, el valor de deslizamiento del extremo libre aumentó rápidamente, lo que indica que la restricción de la barra de acero se perdió repentinamente, lo que indica que el deslizamiento crítico de la falla de la unión se vio muy afectado por la condición de la superficie de la barra de acero y el grado de restricción. (5) El rendimiento de las estructuras de hormigón armado corroídas bajo carga de servicio. Los componentes de acero sueltos en realidad están en condiciones de funcionar. La corrosión de los componentes bajo tensión es muy diferente de la que se produce sin carga, y el rendimiento de varios aspectos también ha cambiado mucho. cambiar. Las cargas tienen diversos efectos sobre los elementos de hormigón armado corroídos. El historial de carga y los niveles de carga tienen un impacto significativo en la aparición y desarrollo de la corrosión, afectando la cantidad de corrosión de las barras de acero en el concreto y, a su vez, la capacidad de servicio de los miembros de concreto a través de la pérdida de resistencia o rigidez. La precarga y la carga continua tienen efectos similares sobre la corrosión. Bajo las mismas condiciones de exposición, los niveles de carga crecientes acortaron el tiempo de corrosión. A niveles de carga más altos, las muestras se corroían antes, generalmente debido a grietas en el concreto durante la carga. Las grietas permiten que medios corrosivos como el agua y los iones de cloruro penetren fácilmente en la superficie de las barras de acero y aceleren la corrosión de las barras de acero. (6) Rendimiento dinámico de estructuras de hormigón armado corroídas. Debido a la corrosión, el tamaño y la condición de la superficie de soporte de las barras de acero y la unión entre las barras de acero y el hormigón han cambiado. El óxido tiene un impacto en el rendimiento dinámico de las estructuras de hormigón armado corroídas. Estructuras de hormigón armado (como el rendimiento ante la fatiga y el rendimiento sísmico). Los efectos adversos serán graves. Sin embargo, las estructuras de hormigón armado que han servido en el ambiente corrosivo de mi país durante muchos años también tienen peligros ocultos de reducción del rendimiento sísmico. 3 Medidas de tratamiento contra la corrosión: La aplicación de recubrimientos o selladores sobre la superficie del concreto solo puede evitar que entre vapor de agua. No puede evitar que los iones de cloruro que ya están en el concreto continúen corroyendo las barras de acero, ni puede evitar que los iones de cloruro, la humedad y el oxígeno que ya se encuentran en el concreto sigan corroyendo las barras de acero. nunca se han aplicado. Partes (como la parte trasera y los costados), partes agrietadas u otras partes que no se pueden aplicar (como las juntas de puentes y edificios) penetran en el concreto y destruyen las barras de acero internas. Si simplemente usa acero adherido o tela de fibra de carbono como refuerzo sin usar inhibidores de óxido para inhibir la corrosión de las barras de acero internas, las barras de acero internas aún se corroerán y expandirán, causando huecos y desprendimientos entre la capa protectora de concreto y el cuerpo principal de La estructura. Las placas de fibra de carbono o acero encima de la capa protectora de hormigón no pueden fortalecer eficazmente la estructura original. En la actualidad, algunas empresas han desarrollado una nueva generación de placas de acero permeables a la superficie para esta situación, que no pueden fortalecer eficazmente la estructura original. En la actualidad, algunas empresas han desarrollado una nueva generación de inhibidores de corrosión por penetración superficial de hormigón armado. Cuando esté en uso, aplique el inhibidor de óxido sobre la superficie del concreto. El inhibidor de óxido puede penetrar automáticamente en el concreto hasta más de 70 mm y adsorberse en la superficie de las barras de acero para formar una película protectora. Este inhibidor de la corrosión penetra en el hormigón siguiendo el mismo principio que provoca la corrosión del acero. Se inyecta en el hormigón en forma de líquidos (como agua), gases (como oxígeno) e iones (como iones de cloruro), y el producto llega a todos los lugares donde pueda producirse corrosión. Al mismo tiempo, debido a que tiene una fuerza de adsorción más fuerte en las barras de acero que los iones cloruro, puede reemplazar los iones cloruro en la superficie de las barras de acero y formar una película protectora relativamente fuerte en la superficie de las barras de acero, evitando así más Corrosión de las barras de acero.

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