盐渍土环境下钢筋混凝土腐蚀的电化学研究.pdf

第 l 9 卷第 2期 2 0 1 6年 4月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATE RI ALS Vol _ 19 No 2 Apr ， 2 01 6 文章编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 3 9 0 0 8 盐渍土环境 下钢 筋混凝土腐蚀 的 电化学研究 张俊喜 ， 易 博 ， 林德 源 ， 陈云翔。 ， 戴念维 ， 洪毅成。 ( 1 上海电力学院 上海市电力材料防护与新材料重点实验室 ， 上海 2 0 0 0 9 0 ； 2 国网湖南省 电力公司 东江水力发电厂 ，湖南 郴州 4 2 3 4 0 3 ； 3 国网福建省电力有 限公司 电力科学研究 院， 福建 福州 3 5 0 0 0 7 ) 摘 要 ：采 用极化 曲线 、 电化 学阻抗谱 技 术对 4种 盐渍 土环境 下 的钢 筋混凝 土试 件进 行 了测 试 ， 考 察 了不 同腐蚀 环境及 腐蚀 阶段 钢 筋 混凝 土 试 件 腐蚀 特 征 的 差异 性 试 验 结 果表 明 ： 盐 渍土 环 境 中硫 酸根 离子 与氯 离子 的质量 比 m( S O： ) m( C 1 一 ) 不 同， 钢 筋 的腐蚀 特 征 呈 现 明 显 的差 异 ； 总 合 盐质 量分数为 5 9 6 的模拟液 中r n ( S O 一) re( C 1 一 ) 由0增加为 0 0 8 2或 0 2 7 5时， 在腐蚀 中、 后期钢筋腐 蚀 速率较 快 ； 当 m( S O 一 ) re( C 1) 为 2 0 7 0时 ， 钢 筋在 整个 腐蚀 龄期 内的 腐蚀 速 率均较 慢 ， 说 明 盐 渍土环 境 中硫 酸根 离子在 一 定含 量 范 围 内能促 进 钢 筋 的腐蚀 最后 结 合 电化 学 测量 结 果对 硫 酸 盐 的作 用机理 进行 了分析 关 键词 ：盐渍 土 ；钢 筋混凝 土 ；氯 离子 ； 硫 酸根 离子 ；电化 学 阻抗谱 ；腐蚀 中图分 类 号 ： TU5 2 8 0 1 文献 标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 6 0 2 0 3 1 El e c t r o c he mi c a l S t u d y o n t h e Co r r o s i o n o f Re i nf o r c e d Co n c r e t e u n d e r S a l i ne S o i l Env i r o n me nt ZHANG Ju n z i ， YI B o m ，Ll N De y u a n 3 ，CHEN Yu n xi a n g3 ，DAI Ni a n we i 1，HoNG Y i c h e n g ( 1 S h a n g h a i Ke y L a b o r a t o r y o f Ma t e r i a l s P r o t e c t i o n a n d Ad v a n c e d Ma t e r i a l s i n El e c t r i c Po we r S h a n g h a i Un i v e r s i t y o f El e c t r i c Po we r ，Sh a n g h a i 2 0 0 0 9 0，Ch i n a ； 2 Do n g j i a n g Hy d r o p o we r P l a n t ，S t a t e Gr i d Hu n a n El e c t r i c P o we r Co ，Ch e n z h o u 4 2 3 4 0 3，Ch i n a ： 3 El e c t r i c P o we r Re s e a r c h I n s t i t u t e ，S t a t e Gr i d Fu j i a n E l e c t r i c P o we r Co Lt d ，Fu z h o u 3 5 0 0 0 7 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Cor r o s i o n c ha r a c t e r i s t i c s o f r e i nf or c e d c o nc r e t e s p e c i me ns u nd e r 4 t yp e s o f s a l i ne s o i l e nv i r o n me n t we r e i n v e s t i g a t e d b y me a n s o f p o l a r i z a t i o n c u r v e s a n d e l e c t r o c h e mi c a l i mp e d a n c e s p e c t r o s c o p y ( EI S) t e c hn i qu e，a nd t h e d i f f e r e nc e of c o r r os i o n c ha r a c t e r i s t i c s by e nv i r o n m e n t a n d c o r r o s i o n s t a g e wa s a n a l y s e d Th e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t r e i n f o r c e d c o n c r e t e a t e a c h c o r r o s i o n s t a g e p r e s e n t s d i s t i n c t f e a t u r e W he n t he ma s s r a t i o o f s u l f a t e i o n v s c h l o r i d e i o n m( S O； 一) ( C 1 一)o f s a l i n e s o i 1 e n v i r o n me n t i S d i f f e r e n t ，t h e c o r r os i o n s t a t us o f r e i nf o r c e d c o nc r e t e r e v e a l s o me d i f f e r e n c e s Co r r o s i o n r a t e o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n c r e a s e s i n mi d d l e a n d 1 a t e s t a g e s a s m( S O； 一)m( C 1 一)r i s e s f r o m 0 t o 0 0 8 2 o r 0 2 7 5 o f s i mu l a t e d s o l U t i o n wh i c h c ont a i ns 5 s a l t ma s s f r a c t i on H o we ve r，t h e c or r o s i o n r a t e o f r e i n f o r c i n g s t e e l b e c o m e s s l o w i n t he w h o l e p e r i o d wh e n ( S 0： 一) m( C1 一)i S 2 0 7 0 S o i t c a n b e c o n c l u d e d t h a t s u l f a t e i o n s i n s a l i n e s o i l e n v i r o n me n t p r o mo t e t he c o r r os i o n o f r e i nf or c i ng s t e e l i n a c e r t a i n c ont e n t r a n ge At t he s a m e t i m e ，t h e m e c ha ni s m o f s u l f a t e i o n s wa s a n a l y s e d c o mb i n e d wi t h r e s u l t s o f e l e c t r o c h e mi c a l me a s u r e me n t Ke y wo r d s：s a l i n e s o i l ；r e i nf o r c e d c onc r e t e；c h l o r i d e i o n；s ul f a t e i o n；e l e c t r oc he m i c a 1 i m p e d a nc e s p e c t r o s c o p y ( EI S) ；c o r r o s i o n 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 1 0 4 ；修订 日期 ： 2 0 1 4 1 2 2 7 基金 项 目： 国家电网重 点科研课题 ( g wk j 2 0 1 2 0 1 0 一 I I 一 2 ) ； 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 7 7 1 0 6 2 ) 第一作 者 ： 张俊喜 ( 1 9 6 9 一 ) ， 男 ， 山西汾西人 ， 上海 电力学院教授 ， 博士 生导师 ， 博 士 研究方 向为材料腐 蚀与 防护研究 s h i e p e d u c r l E ma i l ： z h a n g j u nx i 第 2期 张俊喜 ， 等 ： 盐渍土环境下 钢筋混凝土腐蚀 的电化学研究 大量工程实践证 明， 钢筋混凝土结构中钢筋 的 锈蚀是影响服役结构耐久性的主要 因素 ， 而氯离子 的侵蚀又是 引起钢筋腐蚀的首要 因素口 环境 中的 氯 离 子扩 散到 钢筋一 混凝 土界 面 区 ， 在 此逐 渐 累积 到 一 定含量并超过 临界值时 ， 会使钢筋表面的钝化膜 发生 破裂 ， 继 而 发 生腐 蚀 3 实 际 工 况 不 同于 单 纯 氯离子侵蚀环境 ， 如海水环境 以及盐渍土环境 ， 侵蚀 介质还包括诸如 s O 一， Mg 等其他侵蚀性离子 ， 在 这些离子的参与下 ， 钢筋混凝土结构的腐蚀特征与 单纯氯离子侵蚀环境有一些差异 _ 8 特别是盐渍土 侵蚀环境 ， 由于地理分布及气候的差异 ， 不同地 区盐 渍土侵蚀介质组成的差别较大 ， 其对钢筋混凝土中 钢筋腐蚀 的影 响尚不清楚l_ g A1 一 Amo u d i 等 7 将钢 筋混凝土棒浸泡于同时含有硫酸根和氯离子的盐渍 土模拟液中， 发现较之单纯氯盐溶液浸泡 ， 钢筋 的腐 蚀 速率 明显 增 大 ， 并 且 当 S O j 一的含 量” 从 0 5 5 增 大到 2 1 0 时 ， 钢筋 的腐蚀速率增大 1倍 刘 晓敏 等 】 指 出， 混凝土模拟孔溶 液 中有氯离子存在 时， 硫酸根具有缓蚀作用 ， 可提高钢筋表面钝化膜的抗 蚀性能 二者的试验结论有所差别 ， 因此硫酸根与氯 离 子 的质量 比 m( S O j 一 )m( C 1 一) 以 及 2种 离 子 交 互作用对 钢 筋 混凝 土 腐蚀 的影 响还 有 待 进 一 步 研 究 混凝土 中钢筋的腐蚀是一种 电化学过程 ， 电化 学测量是反映钢筋腐蚀本质过程的有力手段 ， 与其 他物理测量方法相比具有速度快、 灵敏度高、 可连续 跟踪 、 原位无损等优点 1 自J o h n等口 。 首次尝试采 用电化学阻抗谱来检测混凝土和水泥净浆 中钢筋腐 蚀以来 ， 电化学阻抗谱在钢筋混凝土腐蚀研究领域 得到广泛应用 本文采用极化 曲线结合电化学 阻抗 谱对盐渍土环境下钢筋混凝土中钢筋 的腐蚀行为进 行 了测试 ， 研 究 了不 同 m( S O 一)m( C 1 一 ) 条 件 下 钢 筋的腐蚀特征 ， 并初步探究 了硫酸根离子含量对氯 盐环境下钢筋腐蚀 的影响 1 试 验 采用 P O 4 2 5普通硅酸盐水泥 ， 细骨料为普 通河 砂， 使 用前 过 1 3 ml T l 筛 ， 混 凝 土 配合 比为 ( 水 泥)： ( 水 )： m( 砂 )： m( 石 ) 一1 0 0：0 6 0： 2 3 3：3 4 9 钢 筋 为 Q 2 3 5光 圆 钢 筋 ( 直 径 为 1 2 ram) ， 两端用环氧树脂封装 ， 其 中一个端 面焊接 引出包封的铜芯导线 ， 中问预 留 5 c m 的工作面 ， 钢 筋位于圆柱形 模具 的中心 ， 工作 面与 混凝 土试 件 1 ) 本文所涉及 的含量均 为质量分数 侧面平行 ， 浇筑得到直径为 4 0 mm 的钢筋混凝土试 件， 试件标准养护 2 8 d后脱模 参照 J TG D3 0 2 O 0 4 公路路基设计规范 ， 以 m( S O 一 ) re( C 1 一) 为因素设 置了梯度溶液 ， 溶液 1 为 5 9 6 ( 质量分数) 的 Na C 1 溶液 ， 溶 液 2 4为结合 实际盐渍土中不同侵蚀介质含量设定 的模拟液 ， 其 中溶液 2和溶液 3为高氯盐渍土模拟液 ， 溶液 4为 高硫盐渍土模拟液。 各侵蚀溶液主要 成分如表 1所 示 对应的钢筋混凝土试件分别记为 1 4 表 1 侵蚀溶液的主要成分 Ta b l e 1 M a i n c o mp o s i t i o n o f t h e e r o s i o n s o l u t i o n 采用 7 d为 1个周期 的浸烘循环来加速钢筋混 凝 土 的侵蚀 过程 ， 即先 在 室 温 ( 2 0 2 )条 件 下 浸 泡 3 d ， 接着在 5 8烘箱中干燥 3 d ， 然后室温冷却 1 d 由于混凝土中钢筋腐蚀 电流的最大值 出现在浸 泡开始后约 1 2 h ， 最小值 出现在浸泡 阶段结束和干 燥阶段开始的时刻_ 1 ， 因此对钢筋混凝土的测试尽 量选择在浸泡 3 d中的第 2天进行 ， 使测试结果尽 量反映钢筋腐蚀的真实状况 各侵蚀环境下钢筋混 凝土试件平行数量均为 4个 ， 测量结果取平均值 电化学测量 采用英 国 A C M 电化学 工作 站 ， 测 试 采用三电极体系， 参 比电极为饱和甘汞电极 ， 辅助 电 极为 P t 电极 电化学阻抗谱测试所用 的激励信号为 正弦波 ， 幅值 1 0 m V， 频率范围： 2 1 O 1 1 0 _ 。 Hz ， 数据采用 Z s i mp Wi n软件解析 极化 曲线测 试扫描 范 围为 7 O mV V S OC P， 扫描 速率 1 mV s ， 数 据采 用 C o r s h o w软件拟合分析 2 结果与分析 2 1腐蚀 速率 运 用 C o r s h o w 软件 对 测 得 的 极 化 曲线 进 行 拟 合分析， 得到腐蚀电流密度 i 。 并对浸烘循环周期 7 作 图， 得到不同侵蚀溶液中试件 i 随浸烘循环周 期 的变化趋势 ， 见 图 l _ 腐蚀龄期 可划分 为腐蚀前 期 、 腐蚀 中期 和腐蚀 后期 ， 在 腐蚀前期 ( 7 = = = 0 1 5 次) ， 腐蚀电流密度值 出现大幅增长 ， 钢筋 由钝态转 化为活性腐蚀状态 ； 在腐蚀 中期( 一1 5 3 O次) ， 各 建筑材料学报 第 1 9卷 试件腐蚀 电流密度值趋 于稳定 ， 基本维持在同一个 数量级 ； 在腐蚀后期( = = = 3 O 4 0次) ， 各试件的腐蚀 电流密度值继续保持 稳定， 或 出现衰减 由图 1可 知 ， 第 2周时 ， 1 试件钢筋已经腐蚀 ， 而 2 #， 3 ， 4 # 试件 钢筋处 于腐蚀诱 发状态 ； 从 第 4周 开始 ， 2 #， 3 #， 4 试件钢筋逐渐转化为活性腐蚀状态 髫 图 1 试件 中钢筋腐蚀 电流密度随浸烘循环周期 的变化 Fi g 1 Va r i a t i o n o f i f o r r e i n f o r c i n g s t e e l i n c o n c r e t e s pe c i me ns wi t h i mme r s i o n - d r y c yc l e s 从腐 蚀 电流 密度 变 化 来 看 ， m( S O ： 一)m( C 1 一) 不同时 ， 钢筋的腐蚀速率呈现明显的差异 总含盐量 为 5 的侵蚀溶液 中， m( S O ：) m( C 1 一) 由 0增加 为 0 0 8 2和 0 。 2 7 5时， 在腐蚀 中、 后期钢筋的腐蚀速 率较快 ； 当 m( S O ： 一 ) m( C 1 ) 为 2 0 7 0时， 钢筋在 整个腐蚀龄期 内腐蚀速率均较慢 ， 说 明盐渍土环境 中硫酸根离 子在 一定含量范 围内能促进钢筋 的腐 蚀 浸烘循环第 2周时， 1 试件钢筋先于 2 ， 3 # ， 4 试件钢筋发生去钝化过程 ， 说明钢筋混凝土试件在 仅含 Na C 1 侵蚀溶液环境下， 腐蚀过程较快 浸烘循 环 4 1 O周 时 ， 随 着 m( S O ： 一) m( C 1 一) 的增 大 ， 1 4 试件钢筋的腐蚀速率依次减小 ， 且 4 试件 钢筋的腐蚀速率 明显小于 1 ， 2 ， 3 ， 说 明试件在 高硫盐渍土模拟液环境 中的响应过程相对较慢 在 浸 烘循 环 1 O 4 0周所 对 应 的腐 蚀 中、 后 期 ， 各试 件 中钢筋腐蚀速率的特征与 4 1 0周时明显不同： 1 试件钢筋的腐蚀速率从 1 6周开始即出现缓慢的下 降 ， 这 是 由于氯 离 子 扩散 速 率 的衰减 以及 氯 离 子 与 混凝土结合 ， 使模拟孔 隙液 中 自由氯 离子含量减少 所致 ； 2 ， 3 试件钢筋 的腐蚀速率在 1 O 2 2周时继 续 增长 ， 并在 2 2周 时 达 到 最 大 值 ， 2 2周 后 2 试 件 钢筋的腐蚀速率趋于稳定 ， 3 试件钢筋的腐蚀速率 缓慢降低 ； 4 试件钢筋 的腐蚀速率在 1 0 1 6周时 迅速增加 ， 并在 1 6 3 0周 时维持稳定 ， 3 O 4 O周时 出现下降 A1 一 Amo u d i 等_ 7 和 De h wa h等 1 曾指 出钢筋混凝土试件在高氯盐渍土模拟液 中浸泡时， 增大模拟液中 S 0 ： 含量会促进钢筋的腐蚀 由图 1 可见 ， 腐蚀 中、 后期各试件钢筋的腐蚀速率大小关系 依次为 ： 2 3 1 4 ， 说明盐渍土环境 中硫酸 根离 子在 一定 含量 范 围 内能促 进 钢 筋 的腐 蚀 ， 测 试 结果与文献 7 ， 1 4 1 5 的结论一致 2 2电化 学阻抗谱 2 2 1 电化学阻抗谱的特征 图 2 ， 3为钢筋混凝土试件在不 同腐蚀 阶段的 Ny q u i s t 图谱及其对应的 B o d e 图谱 ， 其中 Z 和 Z 分别为阻抗值的实部和虚部， 1 Z1 为阻抗模值 由图 2 ( a ) 可见 ， 第 2周 时 ， 2 ， 3 ， 4 试 件 的 Ny q u i s t 图 谱在高频段呈半径较大的容抗 弧， 1 试件在高频段 容抗弧则 出现明显的收缩 ， 结合 图 1可知 ， 此 时 1 试件钢筋处 于腐蚀状 态， 2 #， 3 ， 4 试件钢 筋处于 腐蚀诱 发状 态 腐 蚀诱 发 状态 最 显 著 的特 征 为 ： Ny q u i s t 图谱 高频段收缩 ， 低频段出现扩散 阻抗 ， 侵 蚀过程 中混凝 土层 电阻率下 降， 钢筋表面钝化膜发 生 破裂 1 6 - 1 7 由图 2 ( b ) 可 以 看 到 ， 当 浸 烘 循 环 进 入 第 4周 时， 不 同试件的 Ny q u i s t 图谱在高频段和中频段为 2 段 圆 弧 ， 低 频 段 为 扩 散 特 征 的 W a r b u r g 阻 抗 ， Ny q u i s t 图谱高频段及 中频段容抗 弧均出现收缩 结合对应的 B o d e图， 图 3 ( b ) 中各试件相 角曲线均 出现 3个时间常数 的特征 ， 说明钢筋混凝土在内外 因素的作用下腐蚀加剧 4 试件在这一腐蚀周期表 现出明显的扩散阻抗特征 ， 表 明钢筋表 面钝化膜破 裂后 ， 由于混凝土 中介质流动性差以及腐蚀产物难 以扩 散 ， 腐 蚀反 应 由阴极反 应 的扩散 步骤所 控 制 第 l 0周 时 ， 图 2 ( c ) 中不 同试 件 的 Ny q u i s t 图谱 高 频段 均 出现一 段 感抗 弧 ， 其原 因可 能 是环 境 中 的 C 1 一， S O ： 大量侵入混凝土后 ， 混凝土胶凝材料中存 在 的 自由电荷 对 外 电 场 响应 较 快 ， 因而 出 现一 个 时 间 常数很 小 的并联 电感 1 ， 当外 界施 加 正 弦波 交 流 电时 ， 存 在 2种 电流 和 J ， 总 电流 为 = ： ： +J 。 I 对 应物 理 的 响 应 过 程 ， 在 外 电压 很 小 时 ， 与 电压 成 正 比 ； 与混凝 土 中胶 凝 材 料 同侵 蚀 离 子发 生 的 物理、 化学反应有关 浸烘循环 1 O周 时阻抗谱对应 1 ： T 1 9 的等效 电路解析表达式 为 Z一 一 其 、 T J L 中 ， Z为 阻抗 ， y 为 导 纳 ， R 为 电 阻 ， L为 电 感 ， = 2 T c f ( f为 阻抗测 量频 率) ， j 一 一1 2 2周 时 ， 由 图 2 ( d ) 可 以看 到 ， 处 于 腐 蚀 中期 的 2 #， 3 ， 4 试件阻抗谱在 高频段 以及 中频段容抗弧 相对于 4周时进一步收缩 ， 试件钢筋腐蚀速率增加 第 2期 张俊喜 ， 等 ： 盐渍土环境下钢筋 混凝 土腐 蚀的电化学研究 Z R o 1 0 一 ( Q c I n 2 ) ( a ) n = 2 t i me s z J( n ( c ) n = 1 0 t i me s 蠢 百 6 Z 锄 ) ( e ) n = 4 0 t i me s Z( Q c m。 ) ( d ) n = 2 2t im e s 图 2 试件 中钢 筋的 Ny q u i s t 图谱 Fi g2 Ny qu i s t p l o t s o f r e i nf or c i ng s t e e l i n c on c r e t e s p e c i me ns 图 1中 1 试 件 钢 筋 在 1 6周后 腐 蚀 速 率逐 步减 小 ， 对应的 2 2周时其阻抗谱低频段表现为扩散阻抗 ， 说 明钢筋腐蚀反应逐步受到阴极扩散过程的控制 由 图 3 ( d ) 可 以看 到 ， 1 ， 2 ， 3 试 件 的相 角 曲线 所 包 含的时间常数 由 3个减小为 2个 ， 4 试件 的相角 曲 线仍 包含 3 个 时 间常数 4 O周时， 由图 2 ( e ) 和图 3 ( e ) 可见 ， 处于腐蚀后 期的各试样阻抗谱特征 又与腐蚀 中期存在一 些差 别 1 试件阻抗谱包 含 3个时间常数 ， 低频段为 1 段 容抗 弧 ， 并 未呈 现 出扩散 阻抗 的特征 ， 说 明钢筋 腐 蚀受到的阴极扩散阻力减弱 ； 2 试件阻抗谱仍包含 2 个时间常数 ， Ny q u i s t图谱 的形 状及数量级与 2 2 周时基本相 同， 腐蚀后期 2 试件钢筋腐蚀速率逐渐 趋稳 ； 3 试件 Ny q u i s t 图谱的形状虽与 2 2周时基本 相同， 但数量级却有所增长 ， 其原因为腐蚀后期硫酸 根 替换 F r i e d e l 盐 中 的氯 离子 从 而 导 致混 凝 土 结 构 密实【 l ， 钢筋腐蚀受到的阴极扩散 阻力增强 ； 4 试 件阻抗谱包含 3个时 间常数， 同样存在硫酸根与混 3 9 4 建筑材料学报 第 1 9 卷 百 吕 a Fr e qu e nc y Hz ( a ) n = 2t i me s ， ， ，- I 一 _ ： ： ： T 二 r k Fr e q u e n c y Hz ( c ) n -1 0t i me s 百 疆 Fr e q ue nc y Hz ( b ) n = 4 t i me s Fr e q u e n c y Hz ( e ) n = 4 0 t i me s Fr e qu e nc y Hz ( d ) n = 2 2 t i me s 0 一 山 图 3 试件 中钢筋 的 B o d e图谱 F i g 3 B o d e p l o t s o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n c o n c r e t e s p e c i me n s 凝土结合使得混 凝土结构密实的情况 ， 阻抗谱高频 段 容抗 弧半 径增 大 2 2 2 电化学阻抗谱的拟合 对于常处于加速腐蚀状态下的钢筋混凝土体系 而言 ， 其阻抗谱通常含有 2到 3 个时间常数 钢筋混 凝土体 系在侵蚀环境下的等效 电路 已提出很 多， 其 中 J o h n等口 提 出的串联 2 个 时间常数的等效 电路 和 S a g o e C r e n t s i l 等 2 提 出的串联 3个时间常数的 等效电路能够较好地描述钢筋在混凝土中的腐蚀过 程 ， 应 用较 为普 遍 由于在 测量过 程 中溶液 电阻相 对 于混 凝土层 的电阻来 说很 小 ， 基 本 可 以忽 略 ， 因此这 2 个等效 电路也均不包含溶液电阻 图 4为 2 试件 中钢筋在不 同腐 蚀阶段的 Ny q u i s t 图谱拟合结果 等效 电路 中 C ， R 分别为混凝土层 的电容 、 电阻 ； C ， R 分别为混凝土与钢筋界面膜的膜电容和膜电 阻 ， 由于腐蚀 过程 中界 面膜 的变化 过程 较 为复 杂 ， 界 面膜参数的变化 规律还有待进一步研究 ； Q R 分 别为钢筋表面双 电层电容和腐蚀反应 的电荷转移电 【 。 一 Z 0 日 一 o J ， Z_ o Q 日 一 。 z 0 3 s 日 第 2 期 张俊喜 ， 等 ： 盐渍 土环境下钢筋混凝 土腐蚀 的电化 学研究 ZR ( Q c I 】1 z ) ( a ) n = 4t i me s 直 壹 ( c ) n = 4 0 t i me s ( b ) n = 2 2t i me s 图 4 2 试 件中钢筋在不 同腐蚀 阶段 的 Ny q u i s t 图谱拟 合结果 Fi g 4 S im u l a t e d Ny q u i s t p l o t s o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n 2 s p e c i me n a t d i f f e r e n t c o r r o s i o n s t a g e s 阻 ； w 代表与扩散相关 的 Wa r b u r g阻抗 在 阻抗 的 测量过程 中， 阻抗弧常呈现压扁的半 圆， 说明腐蚀体 系所含的不再是理想双 电层电容， 可 以用常相角元 件( Q) 来替代 图 5给出了不 同腐蚀阶段钢筋混凝土试件 R 和 R 的变化 由图 5 ( a ) 可知 ， 1 #， 2 试件 R 呈先 增大后减小 的趋势 ， 2 2周 时 由于大量 氯盐扩 散至 S pe c i m e n nu m b e r ( a ) R 混凝土内部 并与 混凝 土结 合生 成复盐 ， 堵 塞混凝 土孔隙 ， 从而导致混凝 土 电阻增 大 ， 4 O周 时 ， 氯 离 子进一步扩 散导 致混凝 土 电阻 降低 而 3 ， 4 试 件 R 则 呈 先 减 小后 增 大 的趋 势 ， 2 2周 时硫 酸根 和 氯离子 的扩散使 混凝土 电阻降低 ， 4 0周时混凝 土 中大量钙矾 石生 成导致混 凝土 结构致 密化 ， 混凝 土 电 阻增 大 黾 奎 一 n t i me s ： 团4 ； 目 2 2 4 0 ； 一 一 8 I 一 1 2 3 4 S pe c i m e n nu m b e r ( b ) 凡 图 5 不 同腐蚀 阶段 钢筋混凝土试件 的 R 和 R F i g 5 R a n d Rc t o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s p e c i me n s a t d i f f e r e n t c o r r o s i o n s t a g e s 由图 5 ( b ) 可知， 1 ， 2 试件 R 也呈先增大后减 小 的趋势 ， 2 2周时 由于混凝土结构致 密化 ， 钢筋腐 蚀受到的阴极扩散阻力增大 ， 因而 R 增大， 4 O周时 混凝土中自由氯离子总量的增加促进 了钢筋 的阳极 O O O O O O O 舳 加 m 3 9 6 建筑材料学报 第 1 9 卷 腐蚀过程 ， 因而 R。 减小 3 # ， 4 试件 R 呈先减小后 增大的趋势 ， 2 2周时混凝土 电阻的减小导致 阴极扩 散 阻力 减小 ， 因而 R 减 小 ， 4 0周 时 由于 硫 酸根 与 混 凝土结合产生大量 的钙矾石使混凝 土结构变得致 密， 导致阴极扩散阻力增大 ， 因而 R 增大 由混凝土 层 电阻 R 以及 试 件 电荷 转移 电阻 R 的变化 规律 来 看 ， 侵 蚀性 离子 在混 凝土 中的扩散 过程 ， 会 导 致混 凝 土结 构 的变化 ， 而 混 凝 土 结 构 的致 密 程 度 以及 自由 氯离子含量会影响钢筋的腐蚀过程 3 结论 ( 1 ) 盐渍土环境中硫酸根离子与氯离子的质量 比不同， 致使混凝土中钢筋 的腐蚀速率呈现明显的 差异 总含盐量为 5 的模拟液 中硫酸 根离子 与氯 离子的质量 比由 0增加为 0 0 8 2和 0 2 7 5时， 腐蚀 中、 后期钢筋的腐蚀速率较快 ； 增加至 2 0 7 0时， 钢 筋在整个腐蚀龄期内的腐蚀速率均较慢 ， 这说 明盐 渍土 环境 中硫 酸根 离子在 一定 含量 范 围内能 促进 钢 筋 的腐蚀 ( 2 ) 钢筋混凝土试件在腐蚀初期钢筋腐蚀速率 的迅速增加与混凝土层 电阻的减小有关 ， 后期腐蚀 速率的降低与阴极扩散阻力有关 处于高氯盐渍土 环境下的钢筋混凝土试件， 由于硫酸根与 F r i e d e l 盐 的结合 ， 释放出其 中的自由氯离子 ， 使混凝土孔隙溶 液中 自由氯离子含量升高 ， 促进了钢筋的腐蚀 ， 在腐 蚀中、 后期试件 的腐蚀 速率较大 高硫盐渍土环境 下 ， 硫酸根与混凝土结合产生大量的钙矾石使混凝 土结构变得致密 ， 在腐蚀中、 后期试件 的腐蚀速率较 小， 这说 明盐渍土环境中硫酸根在一定含量范 围内 会促进钢筋的腐蚀 ， 而更 高含量 的硫酸根则对钢筋 的腐蚀有一定的抑制作用 参 考文献 ： 1 ME THA P K Du r a b i l i t y o f c o n c r e t e F i f t y y e a r s o f p r o g r e s s c D u r a b i l i t y o f C o n c r e t e ， S e c o n d I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e Mo n t r e a l ， C a n a d a ： I s n ， 1 9 9 1 ： 1 - 3 1 2 3 4 GLAS S G K ， BU ENFELD N RTh e i n f l ue n c e o f c hl o r i d e b i n d i n g o n t h e c h l o r ide i n d u e c o r r o s i o n r i s k i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e J C o r r o s io n S c i e n c e ， 2 0 0 0 ， 4 2 ( 2 ) ： 3 2 9 3 4 4 杜雅 丽 ， 张俊喜 ， 蒋俊 ， 等 c l 一 浓度渐 变的混凝土 孔隙液 中钢 筋的腐 蚀 过 程 J 中 国腐 蚀 与 防 护 学 报 ， 2 0 1 3 ， 3 3( 4 ) ： 3 3 卜3 3 8 DU Ya l i ， ZHANG J u nx i ， J I ANG J un， e t a 1 Co r r o s i o n b e h a v i o r o f r e i n f o r c e d s t e e l i n s i mu l a t e d p o r e s o l u t i o n wi t h g r a d u a l a u g me n t o f C I J J o u r n a l o f C h i n e s e S o c i e t y f o r C o r r o s i o n a n d Pr o t e c t i o n， 2 01 3 ， 3 3( 4 )： 3 3 1 - 3 3 8 ( i n Ch i n e s e ) S OYLEV T A， FRANC0I S R Qu a l i t y o f s t e e l i n c o n c r e t e i n 一 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 t e r r a c e a n d c o r r o s i o n o f r e i n f o r c i n g s t e e l J C e me n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 3， 3 3 ( 9 )： I 4 0 7 1 4 1 5 CAS TEL A ， VI DAL T ， FRANCOI S R，e t a 1 I n f l u e n c e o f s t e e l c o n c r e t e i n t e r f a c e q u a l i t y o n r e i n f o r c e me n t c o r r o s i o n i n d u c e d b y c h l o r i d e s J Ma g a z i n e o f C o n c r e t e Re s e a r c h， 2 0 0 3 ， 5 5( 2 )： 1 5 1 - 1 59 RY0U J S， ANN K Y Va r i a t i o n i n t h e c h l o r ide t h r e s h o l d l e v e l f o r s t e e l c o r r o s i o n i n c o n c r e t e a r i s i n g f r om d i f f e r e n t c h l o r i d e s o u r c e s E J Ma g a z i n e o f C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 8 ， 6 O( 3 ) ： 1 7 7 1 8 7 AI 一 AM 0UD1 O S B，M ASI EHU DDI N M Th e e f f e c t o f c h l o r i d e a n d s u l f a t e i o n s o n r e i n f o r c e me n t c o r r o s i o n J C e m e n t a nd Co n c r e t e Re s e a r e h， 1 9 9 3， 2 3 ( 1 )： 1 3 9 - 1 46 王伦 ， 秦鸿根 ， 庞超明 ， 等 不同腐蚀盐环境下的混凝土耐久性 刀 混凝土 ，