环氧树脂与缓蚀剂对钢筋混凝土构件防锈的组合效应研究.pdf

2 0 1 5年第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C ONC RE T E AND C EME NT P R0DUC T S 2 01 5 N o 2 F e b r u a r y 环氧树脂与缓蚀剂对钢筋混凝土构件 防锈的组合效应研究 张 恒 ， 李瑞鸽 ， 卓武磊 ， 范梦真 ( 台州学院建筑工程学院 ， 3 1 7 7 0 0 ) 摘要 ： 单独使 用环氧树脂或缓蚀剂对钢筋混凝 土结构 中铜筋的防护效果有限。 为取得更好的防护效果 ， 本文尝 试将缓蚀 剂和环氧树脂组合使用 ， 采用半电池电位 法测定缓蚀剂和环氧树脂不 同涂刷顺序 对混凝 土构件 中钢 筋的防 护效 果。 试验结果表明 ， 先涂一层缓蚀剂再覆盖一层环氧树脂对混凝土构件 中的钢 筋防护效果最佳 ， 能有效降低钢 筋 的腐蚀 电位 ， 使 构件 中钢 筋的腐蚀概率小于 5 ， 因此 ， 缓蚀剂与环氧树脂的组合使 用能有效保护钢筋不被 腐蚀 。 关键词 ： 钢筋阻绣 ； 钢 筋混凝 土 ； 腐蚀 ； 缓蚀 剂 ； 环氧树脂 Ab s t r a c t ： T h e p r o t e c t i o n c a n n o t s h o w t h e i n t a c t e f f e c t i v e n e s s wh e n e p o x y r e s i n o r c o r r o s i o n i n h i b i t o r s i s u s e d a l o n e o n t h e r e i n f o r c e d s t e e l c o n c r e t e s t r u c t u r e I n t h i s p a p e r ,ma k i n g a c o mb i n a t i o n o f e p o x y r e s i n a n d c o r r o s i o n i n h i b i t o r s i s t r i e d f o r g e t t i ng a b e t t e r pr o t e c t i v e e f f e e t ，an d h a l f -c e l l p o t en t i a l me t ho d i s u s e d t o d e t e r mi ne t he p r o t ec t i v e e f f e c t o f e po x y a n d c o r r o s i o n for r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t ruc t u r e wh e n t h e y a l e a p p l i e d i n d i ff e r e n t o r d e r T h e r e s u l t s s h o w t h a t b rus h i n g a l a y e r o f c o r r o s i o n i n h i b i t o r t h e n c o v e r i n g a l a y e r o f e p o x y c o r r o s i o n i n h i b i t o r h a s a b e t t e r p r o t e c t i o n o n r e i n f o r c e d s t e e l c o n c r e t e s t r u c t u r e w h i c h c a n e f f e c t i v e l y r e d u c e t h e p o t e n t i a l c o r r o s i o n o f t h e s t e e l a n d ma k e s t h e p r o b a b i l i t y of c o r r o s i o n o f s t e e l me mb e r s l e s s t h a n 5 T h e r e f o r e u s i n g t h e c o mb i n a t i o n o f c o r r o s i o n i n h i b i t o r a n d e p o x y r e s i n c a n e f f e c t i v e l y p r o - t e c t s t e e l f r o m c o r r o s i o n Key wor d s：Re i n f o r ce d c o rros i o n r e s i s t a nc e ；Re i nf o r c e d c o n c r e t e；Co rro s i o n ；I nh i b i t o r ；Epo x y r e s i n 中图 分 类 号 ： TU5 2 8 01 文 献 标 识 码 ： A 文 章 编 号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 5) 0 2 0 1 0 4 0前 言 据相关统计 ， 在 2 7 1 个混凝土结构劣化破坏的 事故中 ， 钢筋腐蚀 占到全部的 5 5 【 ” ， 这表 明钢筋腐 蚀造成混凝 土结 构提前失效是当今世界 13益 突出 的工程灾害之一 。目前 ， 采用较为广泛的是环氧 树脂作为保护材料来 阻止钢筋腐蚀 ， 这项技术 已在 很 多 实 际 工程 中得 到应 用 ，并 取 得 了不 错 的效 果 。 研究表明在氯盐环境 中， 环氧树脂对钢筋具有较好 的保 护作用 ， 缓蚀剂也具有一定的保护作用5 - 7 。在 工程应 用中 两者 多为单独使 用 。 而对 于二者组合 使 用 的 研究 ， 还未 见 公 开报 道 。本 文通 过 试 验研 究 缓蚀剂 和环氧树脂 组合使用对工程结构构件 的防 护 效果 。 每一种钢筋保护材料都各有利弊 。 环氧树脂涂 层具有极高 的化学稳定性 、 延展性好和极佳的粘着 性等物理特点阎 。若涂层质量控制 良好且在表面形 成致密 的保护膜 ， 能够延缓钢筋腐蚀 。然而， 一旦锈 蚀开始后 ， 锈蚀速率便会加快9 - 。缓蚀剂在一相对 基金项 目： 浙江省 2 0 1 4年 大学 生新 苗计 划资助项 目。 密闭且达到一定量浓度的环境中能起到保护作用 。 但缓蚀剂大多都不能完全降解 ， 当有少量残余渗透 到水体 中 ，会造成水体污染并且后期处 理 比较 困 难 ， 这就大大限制了缓蚀剂的应用【 n 。 为了解决两者 存在的不足之处 ， 使之优势互补 ， 将环氧树脂涂层 和缓蚀剂组合使用进行钢筋 防锈试验 ， 研究不 同组 合方式的防锈效果 。通过对 比分析找出最佳的组合 方式 。 1 模型 试 验 1 1 试 验材 料及 配合 比 缓蚀 剂 ： 石 家 庄某公 司生产 含有 D 一 葡 萄糖 酸钠 的缓蚀 剂 。 环氧树脂 ： 湖南省岳阳某公司生产的双酚 A型 液体环氧树脂 C Y D 一 1 2 8 。 钢筋 ： 天津某公司生产的直径为 6 mm的普通低 碳光 圆钢 筋 。 混凝土原材料 ： 太仓某公 司生产的 P C 3 2 5复 合硅酸盐水泥 、 标 准砂 ( 主要 为中砂 ， 表观密度 ： 2 6 5 g c m ， 堆积密度 = 1 5 0 0 k g m。 ) ， 人工碎石( 最大 粒径 为 2 0 m m) 。 一 1 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 2 期 混凝土与水泥制品 第 2 2 6期 C 3 0混凝 土试 验配 合 比参 数见 表 1 。 1 2试 验方 案 本文采用以下四种方案进行防腐试验 ， 具体见 表 2 。 由于试验 室 的试 验条 件 有 限 ， 故在 方 案 3中不 能采用 静 电喷涂 环氧树 脂粉 末 的方 法 。为了解 决这 一 问题 。 本方案采用 的是在环氧树脂液体 中添加固 化剂( 环氧树脂 ： 固化剂= l ： 4 ) 并用乙醇作为溶剂。 当 表 1 混凝土试验 配合 比参数 方案 1 单独用 料在钢直径为 6 mm的普通低碳光 圆钢 3 c 3 。 人工模拟海洋环境 内层 的环氧树脂物理保障层因外力 因素遭 到破 坏 时 ， 外层的缓蚀剂化学屏 障层起 到保护作用 ， 来填 补 破坏 点 。 在方案 4的试验 中。 当内层 的缓蚀剂浓度达到 一 定量要求时 ， 再在其外层包裹一层无破损且密封 的环氧树脂物理保 障层 。 共同保护钢筋不与外界的 有害溶液接触 ， 起到隔离的最佳效果。 混凝 土为 C 3 O等级 ，试件尺 寸均为 l O O mmx l O O mmx 5 l O mm并 在试 件 中埋 置两 根 直径 为 6 ra m 的普通低碳光 圆钢 ( 如图 1 所示 ) ，其表 面成色较 新 ， 无 明显锈蚀 现象 ， 且每根 钢筋长度 为 ( 3 0 0 1 ) m m。 用钢 丝刷人 工 打磨其 表 面 ， 确保 表 面光滑 清洁 。 用磨砂纸将钢筋两端打磨平整 ， 防止后期试液涂抹 一 2 一 钢筋定位板 图 1 钢筋混凝土试件示意图 不均。把处理好的试件放于干燥器 中备用。 1 3试验 过程 混凝 土试件 成 型后要 在标 准 养护 室养 护 ， 养护 时要求相对湿度 9 0 以上 ， 温度 ( 2 0 3 ) c ( = ， 试件彼 此距离 1 0 2 0 c m， 并避免用水直接淋刷试件 。 本项 目在试 验 室 采 用 人 工 模 拟 海 洋 环 境 加 快 腐蚀 ， 先将试件放入 8 0 的恒温干燥箱中烘 4 8 h后 取 出 ， 在 2 0 的 5倍浓度 人 工模拟 海洋 溶 液f 其 化学 组 成 为 ： W( N a C 1 ) = 2 3 5 ； ( Mg C 1 2 ) = 0 5 0 ； ( Mg S O 4 ) = 0 3 9 ； 彬( C a C 1 2 ) = 0 1 l ； ( KC 1 ) = 0 0 7 1 中浸 泡 4 8 h ， 随后将试件放人恒温恒湿箱 中 7 2 h ， 恒温恒 湿 标准 养 护箱 中将 温度控 制 在 5 0 ，湿 度 为 9 8 ， 恒 温恒 湿 箱底 部放 人 饱 和氯 化钠 盐 水 ， 如 此 为 一个 循环来加速模 拟濒海环境 中干湿交替和烟雾腐蚀 情 况 切 。试 验 流程如 图 2所示 。 检 测采 用 半 电池 电位 法 ， 半 电池 电位 法 是通 过 测量钢筋的自然腐蚀电位判断钢筋 的锈蚀程度。在 测 定 时 ，混凝 土试 件 的表 面 放置 高 导 电性 海 绵 ， 用 饱和 C u S O 溶液作为参 比电极 ，接高阻抗 电压表 ， 钢筋接正极 ， 参 比电极接负极 ， 进行钢筋腐蚀 电位 的测定 f l 3 1 ， 试 验装置 如 图 3所示 。 2试 验结 果及分 析 在人工模拟海洋环境下 ，钢筋混凝 土在饱 和 C u S O 溶液 ( 参 比电极) 中测定钢筋腐蚀 电位 ， 结果 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张恒 ， 李瑞鸽 ， 卓武磊 ， 等环氧树脂与缓蚀剂对钢筋混凝土构件防锈的组合效应研究 对 市场 上 买来 的直 径 为 6 ram 的普通 低 碳 钢进 行 刮去钢 筋 上沾 附的 杂质 擦干 净 后 放 在 干燥器 中 图 2试 验 流 程 图 图 3 半 电池 电位法检测 图 见表 3 。 土包裹 的保护层厚度越大时 其被腐蚀 的概率越 表 3 钢筋混凝土中钢筋的半电池电位 v 小 。 试 验 组 半电池 电位 位置 1 位置 2 表 3中钢 筋 混 凝 土钢 筋 的 半 电池 电位 是 指 钢 筋表面微阳极和微 阴极的混合 电位 。当钢筋混凝土 中钢 筋 表 面 阴极 极化 性 能 变化 不 大 时 ， 钢 筋 半 电 池 电位主要决定于 阳极性状 ， 即阳极钝化 ， 电位偏低 ； 阳极活化 ， 电位偏负。 根据美 国 A S T MC 8 7 6 t 3 1 的评 估标准 半 电池 电位 负向小于 2 0 0 m V 则此 区域发 生钢筋腐蚀概率约为 5 ： 半电池 电位在一 2 0 0 mV一 3 5 0 m V， 则此区域发生钢筋腐蚀概率约为 5 O 。 据此 试验结果可知 ，钢筋在没有涂任何保护材料时 ， 其 发 生腐 蚀 的概率 是涂 有保 护 材料 钢筋 的 1 3 1 5 倍 。钢筋被放置位置不 同时， 其腐蚀概率也不相同。 由数据得出 ，在相同试验条件下 同一试件位置 2 的腐蚀 电位负 向要小于位置 1的。 说 明钢筋被混凝 对半 电池 电位得出的试验数据进行分析 ： ( 1 ) 在海洋环境下 ， 钢筋混凝 土试件 中无涂刷 保护材料的钢筋锈蚀速度 ( 一 2 8 9 m V一3 0 4 m V， 属于 高腐蚀状态) 要大于其在 自然环境 中的腐蚀速率 ( 一 2 2 6 mV 一2 3 7 m V， 偏向于中腐蚀状态 ) 。单独涂了环 氧 树 脂 的 钢筋 ( 一 2 1 8 m V 2 3 3 m V， 属 于 中低 腐 蚀 临 界状 态 )和单 独涂 了缓蚀 剂 的钢筋( 一 1 9 3 mV一 1 9 6 mV， 属于中低腐蚀临界状态 ) 都体现出了良好 的 防腐蚀性能经过处 理的钢筋在模拟海洋环境 下测得 的腐蚀 电位绝对值 明显低于未处理 的钢筋 腐蚀电位 ， 且接近 自然环境下的腐 蚀电位 。 甚至体 现 出低腐 蚀 的特 点 ( 2 ) 对 比先涂环氧树脂与先涂缓蚀剂两组试验 数据 可以看出 ： 先涂缓蚀剂 的试验组腐蚀 电压更接 近一 1 8 5 m V， 而先涂环氧树脂 的试验组的腐蚀 电压更 接近一 2 0 0 mV。两者差距虽小 但多次试验均可得 出 先涂缓蚀剂的防腐蚀效果要优 于先涂环氧树脂的。 排除试验涂抹不均匀等 因素 ， 证明了先使用化学效 应使钢筋表面离子变得致密 ， 再通过物理效应保护 钢筋 的效果要 明显优于先建立物理保护 ， 再进行化 学 干 预 的效 果 好 根据试验结果可以推测 ： 物理保护存在着一定 一 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 2期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 6期 的不足 ， 单独使用时 。 虽可 以阻挡外物的进入 ， 却无 法抵 御 内部 已经存在 的化 学离 子对 钢筋 的腐蚀 。在 实 际应 用 中 ， 可 以先用 化 学干 预 的方 法 去 除 内部 离 子干扰 ， 然后再施加物理防护 ， 使物理保护更加完 善。 ( 3 ) 对 比钢 筋 涂抹 组 合保 护 层 的保 护 效 果 与单 独涂抹一种保护材料的保护效果可以看 出： 单独涂 抹的电位大多集 中在一 1 9 0 m V一2 2 5 m V， 而涂抹组合 保护层的电位则集 中在一 1 7 5 m V 2 0 0 m V之间。涂 抹组合保护层对钢筋 的保护效果要 明显好于单独 涂抹保护层对钢筋 的保护效果。试验证 明， 将具有 不 同保 护 效 果 的保 护 材 料 进 行 组 合 使 用 确 实 能 够 起到更好的保护效应 。根据试验结果 可以看出 ： 对 具 有 物 理 、 化 学 原 理 区别 的保 护 材料 ， 先 涂 抹 化 学 原理的保护层 ， 再涂抹物理原理的保护层能对试件 产生更好的保护效果 。 ( 4 ) 通过试验综合 比较 ， 得出方案 4的腐蚀概 率 比方 案 1的 降 低 2 0 6 6 ， 比方 案 2的 降 低 4 0 0 比方案 3的降低 5 6 6 ，比对照组 1降低 2 3 6 4 ， 比对照组 2降低 5 8 4 4 。由此分析出先涂 缓蚀剂再覆涂环氧树脂的组合效果是最佳的 ， 更能 降低钢筋在氯盐环境下的腐蚀程度 。 ( 5 ) 对同一试件位置 1 与位置 2的试验数据 比 较可以得出 ： 不 同混凝土保护层厚度对钢筋保护 的 效果 是 不 同 的 。位 置 1 位 于 试件 角 端 ( 距 两 边边 缘 2 0 m m) ， 位置 2位于试件 中部 ( 距一边缘 2 0 m m) ， 可 得位置 2的混凝土保护层厚度要大于位置 1的混 凝土保护层厚度。试验数据表明， 位置 2的腐蚀 电 位绝对值明显要小于位置 1的腐蚀电位绝对值 ， 说 明混凝土保护层厚度越大对钢筋 的保护效果越好 。 混凝土保 护层对钢筋保护 的最佳厚度还有待进一 步试验探究 。 3结语 本研 究 为在 人 工海 洋 环境 下 ， 环 氧 树 脂 与缓 蚀 剂单独及 不同涂刷顺序 的组合使用对钢筋进行保 护的试验 ， 主要通过改变两者涂覆的先后顺序来处 理条件相同的钢筋混凝土构件 ， 用半 电池电位法测 定钢筋的腐蚀电位 。根据试验结果 可知 ， 先涂一层 缓 蚀 剂 再 覆 加 一 层 环 氧 树 脂 的试 件 中 钢 筋腐 蚀 电 位较其余几组负向电压要小 3 0 5 0 mV。其原理是 ： 外层 的环氧树脂属于物理防护 ， 内层 的缓蚀剂属于 化 学 防护 ， 当物 理 防 护 出 现 漏 洞 时 ， 内层 的化 学 防 护作为第二道屏障进行了补救。因此 ， 在钢筋表面 先进行缓蚀剂化学保护， 再涂抹环氧树脂物理保护 层 这样组合使用能对试件产生更好的保护效果 。 一 4一 本试验在具体操作过程 中。 因考虑到环氧树脂 和缓 蚀 剂两 种材 料 涂覆 顺序 的变化 ， 所 以并 未对 环 氧树 脂涂 层 的处 理 采用 国际上 普遍 的静 电 喷涂 法 ， 因而本试验得 出的这种环氧树脂 与缓蚀剂 的组合 效益只限于试验环境下 ， 在实际工程 中的应用还有 待进一 步考 证 。 参考文献 ： 【 1 李建华 钢筋缓蚀剂和钢筋混凝土结构 电化学除氯 的研究 【 D 厦门： 厦门大学， 2 0 0 7 【 2 张誉， 蒋利学 混凝土碳化和钢筋锈蚀研究动态 J J 福州大 学学报： 自然科学版 ， 1 9 9 6 ， 2 4 ( 1 ) ： 1 8 2 7 3 】K u m a r V P r o t e c t i o n o f s t e e l r e i n f o r c e m e n t f o r c o n c r e t e - A r e v i e w J C o r r o s i o n R e v i e w s， 1 9 9 8 ， 1 6 ( 4 ) ： 3 1 7 - 3 5 8 洪定 海 混凝 土 中钢筋 的腐蚀与保 护 M 北京 ： 中国铁道 出 版 社 1 9 9 8 【 5 S i d e r i s K K ， S a v v a A E D u r a b i l i t y o f mi x t u r e s c o n t a i n i n g c a l c i u m n i t r i t e b a s e d c o rr o s i o n i n h i b i t o r f J 1 C e m e n t & C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 2 ) ： 2 7 7 2 8 7 【 6 Wo m b a c h e r F ， Ma e d e r U ， Ma r a z z a n i B A mi n o a l c o h o l b a s e d m i x e d c o rr o s i o n i n h i b i t o r s J C e m e n t & C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 3 ) ： 2 0 9 - 2 1 6 7 D o u c h e - P o r t a n g u e n A ， P r i n c e W， L u t z T ， A r l i g u i e G D e t e c t i o n o r q ua n t i t a t i v e a na l y s i s Of a c or r o s i o n i nh i b i t o r ，t h e s o d i u m m o n o fl u o r o p h o s p h a t e ，i n c o n c r e t e J C e me n t& C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 6 ) ： 6 7 9 6 8 7 【 8 杨万里 ， 吴小蓉 环氧树脂 涂层钢筋 的技术原 理 、 发展过 程及 国内外应用情况I J I 水运工程 ， 1 9 9 9 ， 3 0 7 ( 8 ) ： 1 7 9 】 杨建森 氯盐对混凝 土中钢筋 的腐蚀 机理与腐蚀技 术【 J 混凝 土， 2 0 0 1 ( 1 4 1 ) ： 5 2 5 6 1 0 1 Ne a l S B e r k e P r o t e c t i o n Ag a i n s t C h l o r i d e I n d u c e d C o mo s i o n f J 】 C o n c r e t e I n t e r n a t i o n a l ， 1 9 8 8 ( 1 2 ) ： 2 5 - 2 8 【 l 1 刘 志无溶剂超厚膜型环氧重防腐涂层 的研制及耐久性 能研究【 D 青 岛： 青 岛理工大学， 2 0 0 9 1 2 施 惠生， 郭晓潞， 张贺 保护 层厚度对混凝 土中钢筋锈蚀 的影响 J 水泥工程 ， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 7 9 - 8 3 1 3 】 A S T M C 8 7 6 - 9 1 S t a n d a r d T e s t M e t h o d f o r Ha l f - C e l l P o t e n t i a l s o f U n c o a t e d 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 1 4 】 陈迅捷 ， 欧阳幼玲 ， 钱文 勋 ， 等 不 同环境 中杂 散 电流对 钢筋混凝 土腐 蚀影 响 J 水 利水 运工 程学报， 2 0 1 4 ( 2 ) ： 3 3 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 2 2 2 通讯作者 ： 李瑞鸽 ( 1 9 7 3 一 ) ， 女 ， 博士 、 副教授 。 通讯 地址 ： 台州市椒江 区市府大道 1 1 3 9号 联 系 电话 ： 1 3 6 6 6 8 9 9 5 7 6 E ma i l ： I r gt z c e d u o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m