表面涂层对混凝土抗氯离子侵蚀的试验研究.pdf

2 0 1 4 年 第 3 期 (总 第 2 9 3 期 ) Nt t mb e r 3 i n 2 01 4( To ml No 29 3) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 3 0 1 0 表面涂层对混凝土抗氯离子侵蚀的试验研究 刘芳 伯 ，王元纲 ，关博 文 b ，刘状壮 伯 ( 1 长安大学 a 公路学院；b 材料科学与工程学院 ，陕西 西安 7 1 0 0 6 1 ；2 南京林业大学 研究生院，江苏 南京 2 1 0 0 3 7 ) 摘要： 氯离子侵蚀是引发钢筋锈蚀的首要因素 ， 进而影响混凝土结构的耐久性。 采用直流电量法通过室内试验研究了表面涂 层的种类、 涂层的厚度与电量的变化关系 ， 表面涂层与粉煤灰共同作用对混凝土抗氯离子侵蚀 的影响。 结果表明 ： 混凝土表面涂 层能够提高混凝土抗氯离子侵蚀的能力。 四种不同的表面涂层相 比较 ， 涂刷 s涂层的混凝土抗氯离子侵蚀的能力最强 ， 其 电通量 可以忽略。 F涂层 、 B涂层次之 ， R涂层最差。 随着涂层厚度的增加， 混凝土抗氯离子侵蚀 的能力增强 ， 因而电量也会变小。 表面涂 层与粉煤灰共 同作用 ， 混凝土抗氯离子侵蚀 的效果更加显著。 关键词 ： 表面涂层；氯离子；电量 ；耐久性 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 l 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 3 4 0 3 S t u d y on t h e e x pe r i me n t o f s u rfa c e c o a t i ng t o t h e c o n c r e t e c h l o r i d e i o n e r o s i o n L1 U Fa n g ， WANG Yu a n ga n g ， GUAN Bo we n ， LI UZh u a n g z h u a n g ( 1 a S c h o o l o f Hi g h wa y ； b S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， Ch a n g an Un i v e r s i t y， Xi a n 7 1 0 0 6 1 ， C h i n a ； 2 G r a d u a t e S c h o o l o f Nanj i n g f o r e s t r y U n i v e r s i ty， Na n j i n g 2 1 0 0 3 7 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： C h l o ri d e i o n e r o s i o n i s p r i ma r y f a c t o r l e a d i n g r e i n f o r c e me n t c o r r o s i o n t h a t a f f e c t t h e d u r a b i l i ty o f c o n c r e t e I n t h i s p a p e r ， the c h a n g e r e l a t i o n s h i p b e t we e n t h e p o w e r a n d th e s u r f a c e c o a t i n g t y p e s ， c o a t i n g t h i c k n e s s i s ma i n l y s t u d i e d b y u s i n g d c p o we r t h r o u gh t h e i n - d oo r e x p e rime n t Co mb i n a t i o n o f c o a t i ng a n d fly a s h o n the i nfl ue nc e o f c o n c r e r e s i s t a n c e t o c h l o ride i o n e r o s i o n i s a l s o s t u d i e d Th e r e s u i t s s h o w tha t the c o n c r e t e s u r f a c e c o a t i n g c a r l i mp r o v e the a b i l i ty o f c o n c r e r e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i o n e r o s i o n Co mp a r e d f o u r d i f f e r e n t s u r f a c e c o a t i n g， c o a t i ng S i s t h e s t r o n g e s t c o a t i n g r e s i s t i n g t o c h l o r i d e i on e r o s i o n， i t s e l e c tri c flu x c a n b e i g no r e d Coa t i n g， c o a t i ng Fi s b e t t e r t h a n c o a t i n g B， c o ati n g R i s the wo r s t W i th the i n c r e a s e o f c o a t i n g t h i c k n e s s ， c o n c r e t e r e s i s t anc e t o c h l o r i d e i o n e r o s i o n a b i l i ty i s e n h a n c i n g ， a n d e l e c t r i c i ty wi l l b e s ma l l e r S urf a c e c o a t i n g a n d the c o mb i n a t i o n o f fl y a s h， the e f f e c t o f the c o n c r e t e r e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i o n e r o s i o n i s mor e s i g n i fic an t Key wor ds ： s u r f a c e c o a t i n g； c hl o rid e i o n； p o we r ； d ura b i l i t y 0 引 言 Me h t a教授 【 】 在 “ D u 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 ” 主题报告中指 出， “ 当今世界混凝土破坏 的主要原 因为钢筋锈蚀 、 寒冷气候下 的冻 害 、 侵蚀环境下 的物理化 学作用 ” 。 钢筋腐蚀破坏被确认 为第一 因素 ， 而氯离子的侵 蚀又是 引发钢筋腐蚀 的首要因素。 氯离子的危 害是多方面 的， 破坏钝化膜 、 形 成腐蚀 电池 、 去极化作用 、 导电作用2 】 。 为 了减小氯离子侵蚀 的不利影 响 ， 提高混凝 土的耐久性 ， 一 方面可 以从混凝 土材料本身出发 ， 采取各种抗氯离子侵 蚀的措施， 如掺加矿物掺合料粉煤灰、 矿渣等。 陈正3 】 、 黄维 蓉问 证实了适当掺量的掺合料能够提高混凝土抗氯离子侵 蚀 的能力 ； 另一方面 ， 也可 以从混凝 土外部采取措施 ， 阻止 氯离子的侵入。 混凝土表面涂层成本低廉， 相比其他的措施 简单易行， 性价比高。 当前表面涂层对提高混凝土耐久性的 影 响成为学术 界研究 的热点 。 A A A l mu s a l l a mt 证 实 了混 凝土表面涂层除了可 以有效的阻止氯离子侵蚀外 ， 还可 以 抗化学侵蚀等。 表面涂层 目前在重大工程的防腐 中得到 了 广泛的应用 。 开展这方面的研究 ， 寻找到既不污染环境 又经 济合理的表面涂层， 降低工程造价， 具有积极的意义。 1试 验 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥 ： 江南水泥厂生产 的钟 山牌 P o 4 2 5 级水泥 ， 其基本的性能见表 1 。 表 1 水泥的物理性能和力学性能 余量 靛性 0 O 2 2 9 8 O 合格4 5 8 3 2 1 4 6 2 8 ( 2 ) 粉煤灰： 南京热电厂生产的I I 级粉煤灰， 表观密度 2 l 5 0 k g m 3 , 0 0 8 mm方孔筛筛余量为 2 1 4 ， 主要化学成分 见表 2 。 收稿 日期 ：2 0 1 3 q ) 9 - 0 4 基金项 目：“ 十二五” 国家科技支撑项 目( 2 0 1 1 B A E 2 7 B 0 4 ) ； 国家 自然科学基金项 目( 5 1 3 0 8 0 6 2 ) 34 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 2 粉煤灰的化学成分 ( 3 ) 集料 ： 粗集料为 5 2 5 1 T I 1 T I 的连续级配碎石 ， 表观密 度 2 7 0 0 k g m ， 压碎值为 2 0 8 。 细集料为 I I 区砂 ， 表观密 度为 2 5 9 0 k g m ， 细度模数为 3 0 。 ( 4 ) 表面涂层 ： 涂料是复杂的多组分化学混合体 ， 也可 以说是一种 复合材料。 它的性能和防腐蚀保护作用 的发挥 是各组分 间相互作用 的最终结果嘲 。 涂料有许多不 同的分 类方法 ， 从混凝土保护涂层起作用的方式分类主要有两种刀 ： 物理方式和化学方式。 物理方式是利用混凝土保护涂层 自 身成膜来屏蔽腐蚀介质进入混凝土内部 ， 本文采用 四种 以 物理方式成膜 的表面涂层 ： 乳胶漆 R 、 桥梁漆 B 、 氟碳漆 F 、 聚氨酯漆 s 。 其 中 R、 B、 F 、 S的用量分别 为 ( 1 0 _+ 0 5 ) m 2 L 、 8 1 0 mZ k g 遍 、 5 6 6 m g 遍 、 1 5 5 1 7 5 g m 。 文中的空 白件表示没有涂层的混凝土试件 ； R一遍 、 R 二遍 、 R三遍分别表示涂刷 表面涂层 的遍 数 ； B 、 F 、 S涂层 表示方法相同。 1 2试验 方 法 氯离子 的迁移 渗透测 定方法 很多 ， 如浸泡法 、 扩散槽 法、 R C M法 、 库仑法或电量法、 电阻率法及交流阻抗谱法 等。 本试验采用了直流 电量法来研究混凝土表面涂层抗氯 离子侵蚀的能力 。 该方法是 目前 国际上应用最为广泛的方 法之一 ， 与其他 的电测法有较好 的相关性 。 将成型的试件到龄期前 1 4 d 加工成标准试件 1 0 0 m mx 1 0 0 m mx 5 0 m m。 将标 准试件放在通 风的试 验室环境下静 置 7 d ，按一 定的要 求涂刷表面涂层 。 试件刷完表面涂层 后静 置到 龄期放 入 N E L V J 混凝 土真 空饱水 设备饱 水 。 将饱水处理后的试件安装在 E J U夹具上 ； 检查不渗漏后 ， 在 负极夹具 中注入 3 N a C 1 溶液 ， 正极夹具中注人 0 _ 3 m o l L N a O H溶液 ， 在 6 0 V的直流 电电压下 ， 测定在 6 h内通 过 混凝 土电量 ， 以此 电量 的高低来评价混凝土抗氯离子渗透 的能 力 图 1 C1 2 0 2 P e r me a b i li t y Te s t e r 试 验装 置 1 3混凝土 的配合 比及 强度 每立方米混凝土各种材料用量 ： 水泥 3 6 0 k g ， 水 1 9 8 k g ， 砂 7 3 7 k g ， 石 1 1 0 5 k g ， 2 8 d 的抗压强度 3 8 _ 3 MP a 。 掺粉煤灰 的混凝土以 3 0 的粉煤灰等量取代水泥 ， 2 8 d的抗压强度 2 9 9 MPa 。 1 4 混凝土渗透性的评价标准 混凝土氯离子渗透性等级 ， 如表 3 所示。 表 3 混凝土氯离子渗透性等级 导电量 C 4 0 0 0 2 0 0 0 - 4 0 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 F B R。 ( 3 ) 随着涂刷遍数 的增 多 ， 涂刷 R涂层 、 B涂层 、 F涂 层的试件电通量在减少 ， 涂刷 s涂层的试件几乎没有影响。 从经济性的角度出发 ， 不同的涂层有合理的涂刷遍数 。 对于 B涂层和 F 涂层而言， 涂刷二遍即可。 ( 4 ) 粉煤灰的掺入能够提高混凝土抗氯离子侵蚀的能力 ， 表面涂层与粉煤灰共同作用抗氯离子侵蚀的效果更加显著。 ( 5 ) 尽管 s 涂层表现出非常优异的抗氯离子侵蚀的能 力 ， 从环境保护的角度 出发不建议采用 S 涂层。 F 涂层 、 B 涂 层、 R涂层抗氯离子侵蚀能力相差不是十分显著， 但 R涂层 的价格要比 F涂层 、 B涂层便宜很多 ， 从降低lT程成本 的角 度 ， 建议选择 R涂层 。 下转第 4 1页 0 O O O 0 O 0 O O O 0 0 O O O O O O 0 5 O 5 O 5 0 5 O 5 4 4 3 3 2 2 卿脚 O O O 0 O 0 O 0 O O 0 O O O O O O 0 0 5 0 5 0 5 O 5 0 5 4 4 3 3 2 2 1 1 删 O O O 0 0 O O O 0 O O O O 0 0 0 O 0 O 5 O 5 O 5 0 5 0 5 4 4 3 3 2 2 l l 咖 0 O O 0 0 O O 0 0 O 0 O O 0 O 0 0 0 0 5 O 5 0 5 O 5 O 5 4 4 3 3 2 2 1 l 唧 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 由图 1 2 、 1 3可知 中间( 北面 ) 混凝土碳 化深度值较东 面和西面的都要低 ， 这一点和朱瑾斋 的东面 、 北面 的碳化 深度值较西面 、 南面的高有出入 。 出现与朱槿斋结果不同的原 因， 是 因为在翠柏斋和青 松斋 的 N北面取芯 ， 是在建筑 的内部取 ， 该处为建筑 的厕 所 、 洗澡房和楼梯 口， 如 图 l 4阴影部 分。 即便是取至 中间 的外粱 1 N 一 0、 5 N O、 8 一 N 0也是 日照较难到达 的地方 ， 而 日照能够加快碳化 的化学反应 ， 所 以北 面混凝土碳化深度 值要较东面和西面的低 。 N Z 图 1 4 青松、 翠柏斋的 Z ( 中间 ) 取芯部位( 阴影处 ) 3结 论 研究了朱槿 、 青松及翠柏斋 3栋宿舍楼 的混凝 土碳化 规律 ， 并分析了其混凝土碳化规律形成 的原因。 由于宿舍楼 的楼龄较大 ， 任何微小 的影响经过 2 7 年 的 日积月累 ， 都可 以变成不可忽视的因素。 虽然影响混凝土碳化的因素有很 多， 例如湿度、 温度 、 日照、 混凝土本身及施工工艺等， 但由 于湿度温度及其他 因素都难 以形成规律或者资料 的不可 获得 ， 所 以本研究着重从 日照方 向、 四周环境对 日照影 响 以及通风程度加 以分析。 通过研究发现 ， 日照和通风对碳化 影响不可忽视 ， 日照能够加快化学反应 的进程 ， 促进混凝 土内部干湿交替使离子交换加快 ， 促进混凝土表面升温加 快二氧化碳扩散， 这些都能加快碳化反应， 尤其是在 2 7 年 这一时 间因素下 ， 其影 响尤为显著 。 上接第 3 6页 参考文献 ： 【 1 】ME T H A P K D u r a b i l i t y o f c o n c r e t e f i f I v y e a r s o f p r o g r e s s J A C I S P一1 2 6， 1 9 91： 1 -3 1 2 】张奕 氯离子在混凝土中的输运机理研究 D 】 杭州： 浙江大学， 2 0 0 8 3 1陈正 ， 杨绿峰， 等 高性能混凝土的氯离子扩散及服役寿命研究 建筑材料学报 ， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 2 ) ： 2 2 2 2 2 7 【 4 】黄维蓉， 等高寒地区混凝土抗氯离子渗透性能试验研究f J 】 公 路 ， 2 0 1 1 ( 2 ) 5 】AL MUS AI L AM A A， KHA N F M， DU I AI J A N S U， e t a 1 E f f e c t i v e t l e s s o f s u r f a c e c o a t i n g s i n i m p r o v i n g c o n c r e t e d u r a b i l i t y J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 4 5 ) ： 4 7 3 4 8 2 【 6 】高瑾 ， 米琪 防腐蚀涂料与涂装f M 】 - E 京 ： 中国石化出版社 ， 2 0 0 7 1 7 1 刘玉军 混凝土保护涂层性能和测试方法的研究 D 1 _ E 京： 中国 4 需要进一 步研 究的 问题 鉴于本研究 的局限性 ， 关于混凝土碳化及碳 化对钢筋 锈蚀的影响还需在下 面几方 面开展研究 ： ( 1 ) 对混凝土碳化的影响 ， 单一 的考 虑 日照和通风 因 素。 其他 因素如湿度 、 二氧化碳浓度混凝土强度值等 ， 应该 通过现场的一些技术检测手段获得 ， 以更加全面的分析宿 舍楼混凝土碳化规律 的成因 ， 及各 因素对混凝土碳化 的影 响程度 。 ( 2 ) 混凝土碳化对钢筋锈蚀 的影 响 ， 可以结合混凝土 氯离子浓度来分析 ， 是钢筋锈蚀分布规律更具说服力。 ( 3 ) 从试验过程来看 ， 由于试验周期长 ， 不少 芯样表面 出现轻微碳化 ， 对试验数据准确性造成干扰。 因此 ， 对 于长 周期的试验， 芯样的保存不能仅仅用保鲜袋， 而因有更密 封的容器保存芯样。 参考文献 ： 1 】杜攀峰 混凝土防腐涂料的抗氯离子侵蚀性能研究【 D 】 杭州： 浙 江大学 ， 2 0 0 7 ： 6 7 2 李小朝咸阳地区钢筋混凝土结构性能的调查与统计分析【 D 西 安 ： 西安建筑科技大学 ， 2 0 0 8 ： 3 4 3 5 3 】RO MA NO P ， B RI T O P S D， RO DR I GU ES LMo n i t o r i n g o f t h e d e g r a d a t i o n o f c o nc r e t e s t r u c t u r e s i n e nv i r o n me n t s c o n t a i n i n g c h l o r i d e i o n s J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 3 ( 4 7 ) ： 8 2 7 8 3 2 【 4 】ANN K Y， S ON G H W C h l o r i d e t h r e s h o l d l e v e l f o r c o r r o s i o n of s t e e l i n c o n c r e t e J C o r r o s i o n S c i e n c e ， 2 0 0 7 ， 4 9 ( 1 1 ) ： 4 1 l 3 4 1 3 3 【 5 】元成方， 牛荻涛， 孙从涛 松花江公路大桥碳化深度预测研究 J 1 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 6 ) 6 】王清贵 松花江大桥混凝士碳化深度检测与研究【 J 黑龙江交通 科技 ， 2 0 1 0 ( 3 ) 7 李杰， 陈淮， 孙黎方 某在建桥梁钢筋混凝土构件碳化耐久性预 测 郑州大学学报 ： 理学版 ， 2 0 1 3 ( 3 ) 作者简介 联系地址 联系电话 冯伟鹏( 1 9 8 9 一 ) ， 男 ， 在读研究生。 广东省深圳1 市南山区南海大道 3 6 8 8 号 深圳大学广 东省滨海土木工程耐久性重点实验室( 5 1 8 0 6 1 ) 1 3 6 31 5 3 3 5 33 建筑材料科学研究院， 2 0 0 4 8 1赵铁军混凝土渗透性f M 】 E 京 ： 科学出版社 ， 2 0 0 6 9 】DHI R R K， J ON E S M R， Mc C AR T HY M J P F A c o n c r e t e ： c h l o r i d e i n d u c e d r e i n f o r c e me n t c o r r o s i o n J Ma g a i n e C o n c r e t e Re s e a r c h ， 1 9 9 4 ( 4 6 ) ： 2 6 9 2 7 7 1 0 】 谢友均， 马昆林， 等 矿物掺合料对混凝土中氯离子渗透性的影 响 J l 圭 酸盐学报 ， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 1 1 ) ： 1 3 4 5 1 3 5 0 作者简介 联系地址 联系电话 刘芳 ( 1 9 7 8 一 ) ， 女 ， 博士研究生 ， 讲师 ， 研究方向 ： 混凝 土耐久性 。 陕西省西安市南二环路中段 长安大学校本部交通科 技大厦 5 0 1 室( 7 1 0 0 6 1 ) 1 5 2 2 93 3 6 1 0 0 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m