有机阻锈剂对桥梁混凝土性能及钢筋锈蚀的影响.pdf

2 0 1 5年 第 7 期 (总 第 3 0 9 期) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 0 9 ) 混 凝 土 Con c r e t e 实用技术 PRACTI CAL TECHN0L0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 7 0 3 9 有机阻锈剂对桥梁混凝土性能及钢筋锈蚀的影响 张建锋 ( 西安文理学院，陕西 西安 7 1 0 0 6 5 ) 摘要： 研究了两种有机阻锈剂( Z X1 、 Z X 2 ) 对混凝土性能的影响， 选择 Z X1 和亚硝酸钙两种阻锈剂 ， 用 电化学方法考察了阻锈 剂对钢筋的保护效果。 研究表明， 有机阻锈剂对桥梁混凝土的性能基本无负面影响， 但不同种类 阻锈剂的影响规律有所不同； 电 化学工作站对钢筋的线性极化测试表明 ： 随着干湿交变循环次数的增加 ， 掺加有机阻锈剂钢筋试件 的腐蚀 电流密度较小且较稳 定， 阻锈剂基本无溶出现象， 抗蚀效果明显。 关键词： 混凝土 ； 钢筋锈蚀；阻锈剂 ； 电化学方法 ； 腐蚀电流密度 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 2 6 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 7 0 1 5 1 04 E ffe c t s o f o r g a n i c c o r r o s i o n I n h i b i t or I n b r i d g e c on c r e t e a n d s t e e l c or r o s i o n b e h a v i or ZH ANG J i a n f e n g ( xi ，柚 Un i v e r s i ty， Xi a n 7 1 0 0 6 5， C h i n a ) A b s t r a c t ： T w o o r g a n i c c o r r o s i o n i n h i b i tor s ( Z X 1 ， Z X 2 ) w e r e m i x e d t o e x p l o r e t h e i n fl u e n c e o f f r e s h c o n c r e t e E f f e c t o f c o rr o s i o n i n h i b i t o r s o n t h e p e r f o r man c e o f c o n c r e t e we r e i n v e s ti g a t e d Th e n， o r g a n i c c o r r o s i on i n hi b i t o r ZX1 an d c a l c i u m n i t r i t e we r e c h o o s e n t o i n v e s t i g a t e the p r o t e c ti o n e ffe c t o n r e b a r s Re s u l ts s ho w tha t the a p pi c a ti o ns o f o r g a n i c c o r r os i o n i n h i bi t o r s i n b r i d g e c o n c r e t e p r o v e s o u t t o n o n e g a ti v e i nfl u e n c e ， b u t the r e g u l a r i ty d e p e n d s o n the i r ty p e T e s t s d e mo n s tr a t e tha t c o r r o s i o n c u r r e n t d e n s i t y o f r e b a r s i n c o n c r e t e mi x e d wi th o r g ani c c o r r o s i o n i n h i b i tor s i s l o w and rel a tiv e l y s ta bl e a s the we t an d d r y alt e r na tio n c y c l e s， whi c h p r o v e s o u t t hat the C O rrO s i o n r e s i s tan c e p r o p e r t y i s o b v i o u s， an d h a v e n o d i s s o l u ti o n ph e no me n a K e y WO r d s： c o n c r e t e ； s t e e l c o rr o s i o n ； c o rr o s i o n i n h i b i tor s ； e l e c tr o c h e mi c al me tho d s ； c o r r o s i o n c u r r e n t d e n s h 0 引 言 混凝土 中钢 筋腐 蚀对 桥 梁工 程 服役 寿命 的影 响最 大 J 。 在碳化及氯 离子侵蚀等多重环境 下 ， 混凝土 中钢 筋脱钝 导致腐蚀 ， 混凝土存在一定 的安 全隐患。 钢筋锈蚀 成铁锈后体积增大 ， 膨胀应力相应增 大 ， 从 而引起钢筋 混 凝土保护层的开裂、 破损， 导致裸露的钢筋锈蚀速率加快， 尤其是在港湾、 桥梁等钢筋混凝土结构中 。 如何阻止混 凝土中钢筋的电化学腐蚀行为， 延缓锈蚀速率， 已成为全 球关注的问题 。 因此 ， 阻锈剂在桥梁混凝土 中的应用 及其 长效性能的评价显得尤为重要 。 本试验研究有机阻锈 剂对桥梁混凝土性能 的影响， 探明有机 阻锈剂对钢筋阻锈 的作用功效 ， 为阻锈剂 的长效性评估以及在桥梁工程上 的 应用提供帮助 。 1 试验研 究 1 1 试验原材料 水泥采用小野 田 P I I 5 2 5级水 泥 ； 粉煤灰采用 沈 阳 热 电厂 级粉煤灰 ； 细集料采用河砂 ， 细度模数 2 6 ， 级配 合格； 粗集料采用小石、 中石； 阻锈剂采用江苏博特生产的 有机阻锈剂 Z X 1 、 有机阻锈剂 Z X 2 、 亚硝酸钙 ； 减水剂采用 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 0 1 8 江苏博特生产的高效减水 剂 ， 固含量 2 0 ； 水 采用清洁 的 民用 自来水。 1 2试 验 方 法 1 2 1 混凝土试验 新拌混凝 土性 能试验按 照 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 普通 混凝土拌合物性能试验方法标准 进行 ， 试验内容包括： 坍 落度， 扩展度， 含气量； 混凝土力学性能试验按照 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行； 混凝土氯离子渗 透试验按 照 G B f r 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通 混 凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 进行。 1 2 2 钢筋试验 采用 电化学工作站测试试件 的极化电阻和腐蚀 电位 ， 着重考察不同保 护层厚度 、 干湿交变作 用下 ， 阻锈剂对 钢 筋的保护效果。 ( 1 ) 试件加速腐蚀条件 养护环境 ： 试件置于标 准养护室 中， 养护 7 d 。 养护 室 湿度9 6 ， 温度( 2 2 2 ) 。 标准养护结束， 测试初始极 化电阻及腐蚀电位， 结束测试将试件置于3 5 的氯化钠溶 液中浸泡 4 8 h ， 再干燥 4 8 h ( 干燥温度设定为 6 o) ， 9 6 h 作为一个周期 ， 进行干湿循环试验 。 ( 2 ) 线性极化法 1 51 试验中采用动电位 扫描 的方法 ， 相对于开路 电位 ， 从 + 1 0 m V到 一1 0 mV 。 测试 时将 辅助电极置于水 中， 甘 汞 电极前端浸入水 中， 试件完全浸没在水 中， 并置 于辅助 电 极上 。 再将三个 电极上 的导线与恒电位仪上 的导线一一对 应连接 。 静置约 1 m i n ， 当恒 电位仪上 的电位数据无波动 ， 开始测试。 1 2 3阻锈剂的损耗行为试验 制备水胶比为O 2 8 - 0 3 2的混凝土试件 ， 阻锈剂掺量 为 1 0 ， m 。 分别将试件养护至 3 、 7 d 后 ， 进行损耗试验 。 溶出试验步骤 ： ( 1 ) 试件标准养护至相应龄期 ， 擦去表面水分 ， 放置于 5 0 c m X 3 0 c m X 3 0 c m 的水槽中， 每个水槽放置一个试件。 能溶 出的阻锈剂浓度。 采用紫外可见分光光度计检测浸泡 试件水中的 N含量变化以及阻锈剂本身的 N含量。 2混凝 土配合 比设计 表 1 表示了 C 5 0桥 梁索塔混凝 土 的配合 比， 第一批 l 、 2 、 4 、 5 四组不掺 阻锈剂 ， 第二批 1 6 六组掺加 阻锈 剂 ， 其中 1 、 2 、 4 、 5 掺有机阻锈剂 Z X 1 ， 3 和 6 掺有机 阻 锈剂 Z X 2 。 3结果与讨论 3 1 阻锈剂对桥 梁混凝 土性能 的影响 3 1 1 阻锈剂对新拌桥梁混凝土性能的影响 ( 1 ) 坍落度 ( 2 ) 浸泡时定期搅动水槽中的水 ， 以降低试件表面可 阻锈剂对索塔混凝土坍落度的影响如图 1 所示。 表 1 0 5 0桥梁索塔混凝土配合比 J 口 不掺阻锈剂 口 有机阻锈剂I 芝 缸 ( F A1 0 S L 1 0 ) ( F A1 0 S L I 5 ) ( F A1 0 S L 1 0 ) ( F A1 0 S L 1 5 ) ( a ) 4 4 0 4 6 0 ( F A1 0 S L 1 5 ) ( F A1 0 S L1 5 ) ( b ) 图2 阻锈剂对索塔混凝土含气量的影响 由图 2可知 ， 中低含气量( 3 0 ) ， 不同种类有机阻 分子结构及引气剂等 附加保 障措施 。 通过分析 ， 有机阻锈 锈剂对混凝土含气量无明显影响。 有机阻锈剂在桥梁混凝 剂分子结构侧链组成存在较大差异， 影响含气量的主导因 土工程 中应用 时， 应根据混凝 土含气量设计值 ， 合 理选择 素为侧链分子种类 。 1 5 2 测试结果 。 可能由于 ： ( 1 ) 水 中阻锈剂浓度不 断增加 ， 导致混凝土 内外阻锈 剂浓度梯度差减小 ， 溶出缓慢 ； ( 2 ) 混凝土试件在水中浸泡( 相当于水养) ， 密实度不 断提高 ， 阻锈剂的溶出阻力逐渐增大 ； ( 3 ) 容器中水暴露时间过长 ， 可能存在 已溶 出的阻锈 剂向空气挥发 ， 导致溶液浓度降低。 有 机阻锈剂分子在混凝土 中主要通过气相 扩散 的方 式到达钢筋表面， 这种扩散机理使得阻锈剂在混凝土内部 服役过程中存在损耗的可能( 向外扩散 ) ， 由于试验条件为 干湿交变循环周期 浸泡， 溶液中的阻锈剂分子有可能向空气扩散， 导致溶出 量测试结果先增大后减小 。 试验证明了阻锈剂存在损耗行 为， 但 只是存在细微 的变化 。 在桥梁实际长期服役过程 中， 受环境等因素的影响， 阻锈剂的损耗可能会更加剧烈， 这 也是影 响阻锈剂长期阻锈效果的重要因素。 3 2 。 2 不同保护层厚度 的阻锈效果 在保护层厚度分别 为 1 0 m it t 和 3 0 m m 的情况下 ， 索 塔钢筋混凝土试件所测得的腐蚀电流密度和自腐蚀电位 如图 7 、 8 所示 ， 图中 J Z 、 Z X 2 、 C N分别表示基准 、 有机阻锈 剂 、 亚硝酸钙。 目 n。 0 黼 堰 锄 干湿交变循环周期 ( a ) 3 0 mm ( b ) 1 0 mm 图 7 保护层厚度对钢筋腐蚀电流密度的影响 一5 0 0 十湿交变循 环周期 干湿 交变循 环周期 ( a ) 3 0 f i lm( b ) l O m m 图8保护层厚度对钢筋腐蚀电位的影响 由图7可知 ， 首先 ， 随着干湿交变循环次数 的增加 ， 和 ( 3 ) 模拟桥梁混凝土结构长期服役 ( 加速溶出表征阻 不掺阻锈剂的试件相比， 掺入阻锈剂的钢筋腐蚀电流密度 锈剂长期稳定性) 的试验表明， 有机阻锈剂在混凝土中存 明显降低 ， 阻锈效果明显 ； 其次 ， 保护层厚度 由 3 0 m T n减 在损耗行为， 实际应用中应适 当提高有机阻锈剂的浓度 。 小为 1 0 mm时 ， 相 比无机亚硝酸钙阻锈剂 而言， 有机阻锈 剂的腐蚀电流密度无显著增加， 比较稳定。 由图8可知， 与 参考文献： 腐蚀电流密度变 化相似 ， 无机 阻锈剂 在保护层 厚度减 小 1 迟培云， 袁建成， 杨崎 高性能钢筋阻锈剂的研究与应用 J 混 时， 腐蚀 电位急剧降低 ， 有机 阻锈剂腐蚀 电位 变化则不 明 凝土， 2 o o 5 ( ) ： 5 2 - 5 7 显 。 在 桥 梁 混 凝 土 工 程 中 ， 当 保 护 层 厚 度 出 现 问 题 或 服 役 2 三 妻 ，张 全 ， 张 万 友 ，等 国 内 夕 凝 土 钢 筋 阻 锈 剂 研 究 进 展 J - 出现破损日 寸 ， 有机阻锈剂可为钢筋 的长期 防腐蚀提 3 应用发展概况 J 施工技 1 哭侏 障 。 术 ，2 0 0 4 ( 6 ) ： 5 2 5 3 4结论 ( 1 ) 桥梁混凝土工程进行有机阻锈剂应用时 ， 有机阻锈 剂对混凝土的新拌性能 ( 坍落度 、 含气量 ) 、 力学性能 ( 抗压 强度) 和耐久性能( 氯离子扩散系数) 无负面影响。 ( 2 ) 模拟桥梁混凝土结构长期劣化( 保护层厚 度减小 甚至破损) 的试验表明， 掺人有机阻锈剂可降低钢筋腐蚀 电流密度、 提升腐蚀电位， 因此， 桥梁混凝土中使用该类有 机阻锈剂时， 可适当减小保护层厚度。 】 5 4 r 4 - 1 洪乃丰 钢筋阻锈剂的发展与应用 J 工业建筑， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 6 87 O 5 杨水彬 ， 彭英 钢筋阻锈剂阻锈效果的评价 J 腐蚀与防护 ， 2 0 0 5 ( 2 ) ： 6 0 6 2 6 李建勇， 杨红玲 国外混凝土钢筋锈蚀破坏的1 复和保护技术I- J 建筑技术 ， 2 0 0 2 ( 7 ) ： 4 9 1 4 9 3 r 7 3杨林 ， 李遵云 ， 胡珊 有机钢筋阻锈剂在混凝土中的阻锈性能 及其对混凝土性能的影响 J 混凝土， 2 0 1 2 ， ( 2 ) ： 7 2 7 4 下转第 1 5 8页 0 O O O O 0 0 5 0 5 O 5 0 5 l 2 2 3 3 4 4 一 一 一 一 一 一 一 目 a