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Resumen: La corrosión del acero es el factor más importante y directo que conduce al daño por durabilidad de los puentes de concreto reforzado, y también es una de las principales formas de daño por durabilidad de los puentes de concreto. Este artículo proporciona una discusión exhaustiva de los mecanismos de corrosión, los factores que influyen y sus consecuencias.
La corrosión del refuerzo es un problema común de durabilidad que amenaza seriamente la seguridad de las estructuras. Domina entre los factores que afectan la durabilidad de las estructuras. Países como Estados Unidos, Reino Unido, Alemania y Japón gastan cada año enormes sumas de dinero en reparaciones duraderas de estructuras de hormigón, de las cuales la corrosión de las barras de acero representa una gran proporción. Un número considerable de puentes de hormigón armado en nuestro país han entrado progresivamente en periodo de envejecimiento, por lo que es muy importante estudiar y prevenir la corrosión del acero.
La corrosión del refuerzo es el factor más importante y directo que conduce al daño por durabilidad de los puentes de hormigón armado, y también es una de las principales formas de daño por durabilidad de los puentes de hormigón. El daño causado por la corrosión de las barras de acero a la estructura del puente se puede dividir en tres etapas: en la etapa inicial, aparecen manchas de óxido y descamación en la superficie de las barras de acero debido a la corrosión local; en la etapa intermedia, la superficie general del puente; las barras de acero se corroen, se expanden, se desprenden de la capa protectora y se desprenden en la etapa posterior, la corrosión de las barras de acero se expande aún más y el concreto mismo se daña, el concreto se agrieta a lo largo de las barras de acero y el concreto se separa hasta que las barras de acero continúan corroyéndose, la sección transversal efectiva continúa disminuyendo, la capacidad de carga de la estructura del puente continúa disminuyendo y los componentes de hormigón armado pierden su capacidad de carga básica.
1. Mecanismo de corrosión de barras de acero en puentes de hormigón armado.
Generalmente, debido a la alta alcalinidad del hormigón inicial, se forma una densa capa de corrosión contundente en la superficie del mismo. barras de acero en la estructura del puente de hormigón armado, haciéndolo pasivo. Sin embargo, con la intrusión de medios ambientales, la película de pasivación se destruye gradualmente, provocando corrosión.
Hay tres factores básicos para la corrosión del tendón de acero:
(a) Destrucción de la película de pasivación en la superficie de la nervadura;
(2) Suministro suficiente de oxígeno ;
(3) Humedad adecuada (RH = 60 ~ 80).
Tres elementos son indispensables. El primer elemento son las condiciones inductoras, donde la velocidad de corrosión depende del suministro de oxígeno y agua.
La corrosión de las barras de acero es generalmente corrosión electroquímica. Se deben cumplir tres condiciones para la corrosión electroquímica:
1. Se forma una diferencia de potencial en la superficie de la barra de acero.
2 Hay suficiente oxígeno y agua en la superficie de. la varilla de acero del cátodo;
3. En el área del ánodo, se activa la superficie de la barra de acero en el ánodo, es decir, se destruye la película de pasivación en la superficie de la barra de acero.
Bajo la acción combinada del oxígeno y el agua, la superficie de las barras de acero continúa perdiendo electrones, sufre reacciones electroquímicas y se corroe gradualmente, formando óxido rojo en la superficie de las barras de acero, provocando que el hormigón se agriete. .
Para puentes de hormigón armado, en condiciones ambientales generales, la corrosión de las barras de acero suele ser causada por dos efectos: uno es la carbonización del hormigón y el otro es la erosión por iones cloruro. El dióxido de carbono y los iones cloruro no causan daños graves al hormigón en sí, pero estas dos sustancias ambientales son los medios ambientales más importantes y más comunes que destruyen la película pasiva de las barras de acero en el hormigón: la carbonización del hormigón aumenta la concentración de Ca(OH). )2 contenido en la solución de poros de concreto Disminuye gradualmente, el valor de pH disminuye gradualmente, lo que hace que la película de pasivación se vuelva gradualmente inestable o incluso se destruya por completo, dejando las barras de acero en un estado insensibilizado. Los iones de cloruro en el entorno circundante penetran gradualmente en el concreto; desde la superficie del hormigón. Cuando la concentración de iones de cloruro libres en la solución de los poros del hormigón que llega a la superficie de las barras de acero excede un cierto valor (concentración crítica), incluso si la alcalinidad del hormigón es alta y el valor de pH es superior a 11,5, el Cl- puede destruir la película de pasivación, provocando así la corrosión de las barras de acero. La corrosión de las barras de acero causada por la sal de cloro se desarrolla rápidamente y es mucho más grave que la corrosión por carbonización. Esto ocurre a menudo en entornos marinos o marinos y en entornos donde se utiliza sal de deshielo con frecuencia durante el invierno.
2. Principales factores que afectan a la corrosión de puentes de hormigón armado
(a) El espesor y la integridad de la capa protectora de hormigón y la densidad del hormigón
Estos tres aspectos están relacionados con la tasa de erosión de los medios corrosivos. El impacto del espesor de la capa protectora sobre la corrosión de las barras de acero es lineal. Por lo tanto, el espesor de la capa protectora está estipulado en las normas de varios países del mundo. mundo.
El "Código de diseño para puentes y alcantarillas de hormigón armado y pretensado de carreteras" recientemente revisado de mi país estipula el espesor mínimo de la capa protectora de las barras de acero. El espesor de la capa protectora de hormigón aumenta con el deterioro del entorno de servicio. La densidad del hormigón afecta la permeabilidad del hormigón y el hormigón con alta permeabilidad es más susceptible a la corrosión.
(2) Grado de carbonatación del hormigón
La carbonatación del hormigón reduce la alcalinidad del hormigón, lo que produce una disminución del valor del PH, permitiendo pasivar las barras de acero. La tasa de pérdida de peso de las barras de acero tiene una relación casi lineal con la profundidad de carbonatación del hormigón, por lo que el grado de carbonatación del hormigón tiene una gran influencia en la corrosión de las barras de acero.
(3) Condiciones ambientales
El impacto ambiental en la corrosión del acero incluye principalmente los siguientes aspectos: temperatura, humedad, concentración de dióxido de carbono, concentración de oxígeno y concentración de medio corrosivo. Para los puentes de hormigón armado, la humedad es el factor más importante. Los puentes son más susceptibles a la oxidación cuando se encuentran en un ambiente de alta humedad, especialmente en muelles y zonas de salpicaduras donde los niveles de agua flotan.
(4) La influencia de los iones cloruro
El cloruro es un medio corrosivo peligroso. Sin embargo, en el norte de mi país, para garantizar un tráfico fluido en invierno, se esparcen agentes para derretir la nieve en carreteras, puentes y pasos elevados urbanos, y se utilizan grandes cantidades de cloruro de sodio y cloruro de calcio, lo que hace que los iones de cloruro penetren en el hormigón. , provocando daños por corrosión en las barras de acero.
Muchas experiencias de ingeniería y lecciones aprendidas en la región norte muestran que el uso extensivo de sal deshielo es una de las principales razones que afectan la durabilidad de las estructuras de puentes de hormigón armado. Según informes de investigaciones extranjeras pertinentes, las estructuras de puentes que utilizan sal deshielo generalmente comienzan a corroerse y romperse en un plazo de 5 a 10 años, lo que provoca la corrosión de las barras de acero y el agrietamiento del hormigón. Dado que no se ha encontrado ningún método de descongelación que pueda reemplazar completamente la sal descongelante, se seguirá utilizando sal descongelante. Por lo tanto, es muy importante tomar medidas anticorrosión para la sal de deshielo. En tercer lugar, el impacto de la corrosión del acero en la durabilidad de los puentes de hormigón armado
El resultado directo de la corrosión del acero es la reducción del área de la sección transversal del acero. La corrosión desigual produce una superficie desigual de las barras de acero, produce concentración de tensiones y degrada las propiedades mecánicas de las barras de acero, como resistencia reducida, mayor fragilidad y empeoramiento de la ductilidad, lo que resulta en una reducción de la capacidad de carga de los componentes.
(1) Propiedades mecánicas de las barras de acero corroídas
La resistencia reducida de las barras de acero corroídas afecta directamente la capacidad de carga de las estructuras y componentes existentes. En casos severos, puede provocar. a un fallo prematuro o incluso al colapso de la estructura. Cuando se produce corrosión uniforme a lo largo de la barra de acero, la tasa de pérdida de peso de la barra de acero es aproximadamente igual a la tasa de pérdida del área de la sección transversal de la barra de acero, y la reducción en la fuerza de tracción última que la La capacidad de resistencia de la barra de acero es básicamente proporcional a la velocidad de corrosión del área de la sección transversal de la barra de acero. En este momento, la capacidad de carga máxima de tracción de la barra de acero corroída se puede obtener simplemente multiplicando el área de la sección transversal real de la barra de acero corroída por la resistencia máxima a la tracción de la barra de acero corroída.
Sin embargo, debido a factores como la falta de homogeneidad de los materiales del hormigón, la inestabilidad del entorno de servicio y los diferentes niveles de tensión de las distintas partes de las barras de acero, la corrosión de las barras de acero en el hormigón rara vez es uniforme. . Normalmente, la tasa de pérdida del área de la sección transversal de las barras de acero es mayor que la tasa de pérdida de peso, y con el desarrollo de la corrosión de las barras de acero, aumentan las irregularidades y la discreción de la corrosión y la diferencia entre la tasa de pérdida de peso y la tasa de la sección transversal. La tasa de pérdida de área también es mayor. Por lo tanto, la disminución de la capacidad de tracción última de las barras de acero se debe a la corrosión de las barras de acero y a la reducción del área de la sección transversal efectiva. También hay otro factor: la superficie de las barras de acero corroídas es desigual y. la concentración de tensiones ocurre en el espacio después de la tensión, lo que reduce el límite elástico y la resistencia máxima y cuanto más grave es la corrosión, mayor es la reducción de la resistencia causada por la concentración de tensiones.
(2) El impacto de la corrosión de las barras de acero en el rendimiento cooperativo de las barras de acero y el hormigón.
Después de que las barras de acero se corroen, se reduce el rendimiento de unión y anclaje entre las barras de acero y el hormigón. Los resultados de la prueba muestran que el valor de la prueba de la capacidad de carga a flexión de la viga de hormigón armado corroída es menor que el valor calculado que solo considera el área de la sección transversal y la reducción del límite elástico de la barra de acero corroída, lo que indica que la fuerza de unión reducida entre Las barras de acero y el hormigón también afectan la reducida capacidad de carga a flexión de la viga de hormigón armado corroída, uno de los principales factores. Por lo tanto, el refuerzo de tensión debe multiplicarse por el factor cooperante para tener en cuenta el efecto de la degradación de la adherencia sobre la capacidad de flexión de las vigas de hormigón armado.
Teóricamente, considerando el impacto de la reducción de la resistencia de la adherencia, la capacidad de carga a flexión de las vigas de hormigón armado corroídas debería estar entre la de los miembros corroídos y la de los miembros estructurales no adheridos, mientras que la capacidad de carga a la flexión de los miembros estructurales no adheridos debería estar entre Es aproximadamente 70 ~ 80 de los componentes normales en las mismas condiciones, por lo que kb debe estar entre 0,7 ~ 1.
(3) El impacto de la corrosión de las barras de acero en el rendimiento estructural de los puentes de hormigón armado
Una vez que las barras de acero del hormigón se corroen, se formará una capa de productos de corrosión sueltos. Se genera en la superficie de las barras de acero y, al mismo tiempo, se difundirá por los poros del hormigón circundante. El volumen de productos de corrosión es mucho mayor que el volumen de barras de acero corroídas, generalmente hasta 2-4 veces la cantidad de corrosión de las barras de acero. La expansión volumétrica de los productos de corrosión produce tensiones de tracción circunferenciales en el hormigón que rodea las barras de acero. Cuando la tensión de tracción circunferencial alcanza la resistencia a la tracción del hormigón, aparecerán grietas radiales internas en la interfaz entre las barras de acero y el hormigón. A medida que la corrosión de las barras de acero se intensifica aún más y la cantidad de corrosión de las barras de acero aumenta, se desarrollarán grietas internas radiales en la superficie del concreto hasta que la capa protectora del concreto se agrieta o incluso se desprende, lo que afecta seriamente el uso normal de los puentes de concreto reforzado.
La unión entre las barras de acero y el hormigón es una interacción compleja. A través de esta interacción, la tensión entre las barras de acero y el hormigón se transfiere y se coordina la deformación. Por lo tanto, el rendimiento de unión y anclaje entre las barras de acero y el hormigón es el requisito previo básico para garantizar que los dos materiales diferentes, las barras de acero y el hormigón, trabajen juntos. La lubricación de la capa de corrosión entre las barras de acero y el hormigón, la corrosión de las nervaduras transversales en la superficie de las barras de acero y el agrietamiento o desprendimiento de la capa protectora del hormigón harán que el rendimiento de unión y anclaje del hormigón armado se reduzca o incluso se pierda por completo. afectando en última instancia la seguridad y aplicabilidad del rendimiento y la durabilidad de las estructuras de puentes de hormigón armado.