新型渗透迁移型阻锈剂对混凝土耐久性影响试验研究.pdf

2 0 1 2年第 l期 1月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI N A C 0NCR ET E AND C EME NT P RODUC T S 2 01 2 No 1 J a n u a r y 新型渗透迁移型阻锈剂对混凝土耐久性 影响试验研究 张大利 ， 王 元 ， 吕 晶 ， 姜 淼 ( 1 辽宁省建设科学研究院 ， 沈阳 1 1 0 0 0 5 ； 2 沈阳建筑大学 1 1 0 1 6 8 ) 摘要 ： 对经过 阻锈 剂 自然渗透的混凝土的耐久性及 阻锈 剂在硬化砂浆 中对钢筋 的阻锈性能进行 了试验研 究。 结果表明 ， 该种 阻锈 剂不仅 阻锈 性能优 良， 还 可有效提 高混凝 土的抗 冻、 抗渗 、 抗碳化性 能。 关键词 ： 耐久性 ； 抗 冻性 ； 抗氯 离子渗透性 ； 抗碳 化性 ； 阻锈性 能 Ab s t r a c t ：，r h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e w i t h a n t i r u s t n a t u r a l p e r me a b i l i t y a n d t h e e f f e c t o f a n t i r u s t o n r u s t - p r e v e n t i n g p r o p e r t y o f s t e e l b a r i n h a r d e n e d mo r t a r a r e e x p e r i me n t a l l y s t u d i e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h i s a n t i r u s t h a s g o o d r u s t - p r e v e n t i n g p r o p e r t y ， a n d i t c a n e f f e c t i v e l y i mp r o v e t h e f r e e z i n g r e s i s t a n c e ，i mp e r me a b i l i t y a n d c a r b o n a t i o n r e s i s t a n c e o f c o n cr et e Ke y wo r d s ：Du r a b i l i t y ；F r e e z i n g r e s i s t a n c e ；R e s i s t a n c e t o c h l o r i d e i o n p e rm e a b i l i t y ；C a r b o n a t i o n r e s i s t a n c e ； Ru s t p r e v e nt i n g pr o p e r t y 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 5 0 4 0前 言 工程安全性 与耐久性对 我 国当前土建工程建 设 具有重要意义 。建设部近年所作 的一项调查表 明 ， 国内大多数钢筋混凝土建筑物在使用 2 5 3 0年 后 即需大修 ， 处于严酷环境下 的钢筋混凝土建筑物 使用寿命仅 l 5 2 0年c 1 】 。有一部分工程建成后几年 就出现钢筋锈蚀 、 混凝 土开裂 ， 由于混凝土钢筋开 裂和剥落需要大修 的现象屡见不鲜。从可持续发展 的角 度出发 ， 这种现状会导致资源 、 能源不合理 的 消耗 ， 并 因大量失效或毁坏 的结构物拆除而形成大 量 的垃圾。西方 国家在此方面的经历证 明， 混凝土 结构 修补和加 固的费用相 比新建 的费用还要大得 多圆 。随着生产 的发展 ， 一方面 ， 处于严酷环境 中的 混凝 土结构工程数量逐 渐增 多 ； 另一方 面 ， 水泥和 混凝土材料 的性能有 了很 大变化 ， 而现有关 于混凝 土结构设计与施工的规范很少考虑这种情况 3 1 ， 对 混凝土结构耐久性的认识不足 ， 耐久性设计 和施工 的技术不成熟 ，增 加了当前混凝 土结 构工程的隐 患 。 在 1 9 9 1年召开 的第二届混凝土耐久性 国际学 术会议上 ， Me t h a教授曾指出 ： “ 当今世界混凝 土破 坏原因按重要性递减顺序排列是 ： 钢筋锈蚀 、 寒 冷 基 金项 目： 国家 自然科学基金 资助 ( 5 1 0 7 8 0 6 5 ) 。 气候下的冻害 、 侵蚀环境下的物理化学作用。” 他明 确将 “ 钢筋锈蚀 ” 排在影响混凝土耐久性 因素 的首 位4 。可见 ， 在影响钢筋混凝土结构耐久性的诸多因 素中， 钢筋锈蚀问题举足轻重 。 1 阻锈 剂 自然渗 透后 混凝 土抗 冻性 能试验 混凝土快速冻融试验法是指测定混凝土在水 和负温共 同反复作用下 的快速冻融 以测定混凝 土 抗冻性能的一种方法 。试验通过测定混凝土重量损 失及动 弹性模量下 降比率来判定混凝土抗 冻性是 否合格 。本试验借助快速冻融方法来检验经阻锈剂 渗透 的混凝 土试块在约定冻融条件下的抗 冻耐久 性能 。试验选用一种渗透迁移型混凝土钢筋 阻锈 剂 ， 主要采用异丁基三 乙氧基硅烷、 氨基醇 、 酯基聚 羧酸 、 甘油及少量无机阻锈成分通过科学实验和合 理工艺配制而成 ， 是一种既可 以直接掺入新拌混凝 土 中使用 ， 也可 以采用涂刷 、 浸渍 、 电渗等工艺方法 在 已存在钢筋锈蚀 的既有混凝土结构中使用 的新 型建筑材料 ， 利用北京某公司生产的 T D R 一 2型混凝 土 自动快速冻融试验设备进行测试。 1 1 试验配合比及试验方案 试验 主要是确定经阻锈剂渗透后 的混凝土抗 冻性能 ， 制备了如表 1 所示配比的混凝土试块进行 对 比试 验 。 试验时 ， 对以上混凝土试块采用不同浓度阻锈 一 5 一 2 0 1 2年第 1 期 混凝土与水泥制 品 总第 1 8 9期 剂浸渍不同时间后 ，分别进行抗冻性试验研究 ， 具 体浸渍试验安排见表 2 。 表 2 浸渍试验安排方案 横 鼗 张 删 Ij 趟 惫 帽 DO # D1 # D2 #D3 # D4 #D5 # D6 # D7 # D8 # D9 # 试件编号 图 1 混凝土动弹性模量保持率变化 曲线 2 阻锈剂 自然渗透后混凝土氯离子抗渗性能试验 以美 国库仑 电量法( A S T M C 1 2 0 2 ) 为基础 的试 验方法是 目前国内外常用的一种试验方法 ，北美 、 欧洲及东南亚国家在设计或验收混凝土时 ， 规定用 A S T M C 1 2 0 2测得的库仑 电量值在 1 0 0 0 C以下才为 合格 。本研究采用该标准 ， 使用北京某公司生产 的 N E L P E R型混凝土电通量测定仪对未经阻锈剂渗 透和经过阻锈剂渗透的混凝土进行对 比试验。 2 1 试块准备 试验依据 A S T M C 1 2 0 2进行试块准备 ，将混凝 土试块养护 2 8 d后切割成 9 5 1 0 2 m m直径 、 厚度为 ( 5 1 3 ) mm的试件。 试件制作依据表 3配合 比进行 ，机械搅 拌 ， 按 照规定试验方法成型。 一 6 一 试验选择 5 O次 、 7 5次 、 1 0 0次 、 1 5 0次冻融 循 环 ， 对不同阻锈剂浓度 和不同浸渍龄期的混凝土分 别 进行试 验 。 1 2 试验结 果 与分析 以动弹性模量( E ) 和重量( G ) 作为评价指标 ， 具体 试验结果绘制成如图 1和图 2的曲线 。 由图 1 、 图 2可见 ， 经过该阻锈剂浸渍后不同龄 期下混凝土的抗冻性能较原混凝土有了很大改观 。 普通混凝土经过 7 5次冻融循环后 ，动弹性模量及 重量损失率都 比较高 ， 基本上超过了相关标准规定 要求或无法进行试验。而通过阻锈剂渗透过的混凝 土 ， 抗冻性 能提 高了很多 ， 并 且随着浸渍溶液浓度 的提高和浸渍时间的延长 ，抗冻性能指标逐步提 高 ， 改善了混凝土的抗冻耐久性能。 DO # D1 # D2 # D3 # D4 #D5 # D6 # D7 # D8 # D9 # 试件编号 图 2 混凝土重量损失率变化 曲线 2 2 试块氯离子渗透性评价 依据 A S T M C 1 2 0 2 方法 ，根据下表 4要求进行 渗透性评定。 2 3 氯离子渗透性试验结果与分析 按表 3配合 比和表 2试验安排 ， 其中试件编号 改为“ S # ” ， 将混凝 土养护 到规定龄期后进行不 同 浓度阻锈剂 、 不 同龄期的浸渍准备 ， 然后进行氯离 子渗透性试验 ， 试验结果见表 5 。 试验选择 了基准 C 4 0混凝土与不 同浓度阻锈 剂用量( 2 0 、 4 0 、 8 0 ) 及不同浸渍时间( 3 d 、 1 5 d、 3 0 d ) 的 C 4 0混凝土进行试验。由表 5中的试验结果 可以得到看出 ， 参 照选定配合 比的混凝 土 ， 随着阻 锈 剂浸渍液浓度 的增加 ( 2 0 一4 0 一8 0 ) ， 浸渍 3 d的混凝土氯离子扩散 系数 由基准混凝土的 0 8 9 7 6 5 4 3 2 1 O 、 瓣 水 删 _垂 张大利 ， 王元 ， 吕 晶， 等新型渗透迁移型阻锈剂对混凝土耐久性影响试验研究 倍降低到 0 5 9倍 ， 浸渍 1 5 d的扩散系数 由基准混凝 土的 0 8 4倍降低到 0 4 8倍， 浸渍 3 0 d的扩散 系数 由 基准混凝土的 0 7 8倍变化到 O 4 2倍 ；同时在阻锈 剂浸渍液浓度相 同时 ， 随着阻锈剂浸渍时间的增加 ( 3 d l 5 d 一3 0 d ) ， 各编号混凝土氯离子扩散系数均 降低 。可见 ， 浸渍液浓度的增加 以及浸渍 时间的增 加都是提高混凝土抗氯离子渗透性能 的有效途径 ， 其 中浸渍液浓度对抗氯离子渗透性 的影 响较 浸渍 时间的影响更为显著 。 3 阻锈剂 自然渗透后混凝土碳化深度试验 3 1 混凝土配比选择 按照表 6选择不 同水灰 比的混凝土配合 比进 行浸渍后碳化深度试验 ，其 中水泥标号为 P 0 4 2 5 级 。 3 2 试验方案及试验结果分析 依照表 6配合 比，分别对 四个配合 比试块成 型 ， 2 4 h后拆模 ， 自然养护 2 8 d后进行浸渍试验。将 浸渍后 3 0 d和未浸渍继续养 护 3 0 d的试块再分别 留置 3 0 d和 6 0 d后进行碳化深度试验 ， 结果见表 7 。 由表 7可 以看 出， 浸渍 3 0 d后 的混凝土试块再 自然放置 3 0 d 、 6 0 d后 ， 碳化深度较 同龄期试块有所 降低。可见 ， 通过阻锈剂浸渍渗透后的混凝土 ， 碳化 表 3 C 4 0混凝土试验配合 比 k g m 。 表 6 碳化试验混凝 土配合 比 k g m 一 7一 2 0 1 2年第 1 期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 9期 速度有所放缓 ， 抗碳化性能有所改善 。 4 阻锈剂渗透后硬化砂浆中钢筋在氯盐腐蚀环境 下的 阻锈试 验 4 1 试验 方案 分别配制 A溶液 ： 5 浓度氯化钠盐溶液 ； B溶 液 ： 4 O 浓度 阻锈剂 溶液 。将 预 先制好 的直径 为 l O m m 的圆钢表面除锈后 ， 按照( 1 0 0 0 5 ) ra m长为 一 段截取 ，用 0 #砂纸将钢筋表面轻磨一遍 ，用丙 酮 、 酒精依次清洗 ， 编号后用分析天平称重并做好 记录。然后拌制水灰比为 0 5 5 、 胶砂 比为 1 ： 2 5的砂 浆 ， 将砂浆分两次装入长 1 4 e m、 直径为 5 0 ra m 的模 具中 ， 装入第 一层后将钢筋棒放在正中间 ， 然后再 装第二层 ， 使得钢筋外保护层厚度均为 2 0 ra m。2 4 h 后拆模 ， 放进标准养护室中养护至 2 8 d 。 分别编号并 将试件在 B溶液中浸渍 O d 、 7 d 、 1 5 d 、 3 0 d ，随后放人 A溶液 中浸渍 3 0 d 、 9 0 d 、 1 8 0 d 、 3 6 0 d后 ， 将试件取出， 将钢筋表面锈蚀去除后再次用分析天平称重并做 好记录。 4 2 试验结果与分析 试验结果绘制成如图 3所示曲线。 槲 删 A 溶 液 浸 渍 时 I圈 d 图 3 盐溶液不 同浸渍龄期一 重量损失率 曲线 由图 3可 以发现 ， 未经过阻锈剂浸渍的砂浆试 块经过指定时间盐溶液浸泡后 ， 其砂浆 中埋置的钢 筋棒重量损失率 由 3 0 d的 0 7 迅速增加到 3 6 0 d的 1 1 5 ； 而阻锈剂浸渍 7 d的砂浆中钢筋棒重量损失 率由 3 0 d的 0 1 仅上升到 3 6 0 d的 3 6 ； 浸渍 1 5 d 、 3 0 d的砂浆试件 ， 钢筋棒重量损失率都很低 。 经过7 d 一 8 一 浸渍的钢筋棒试件重量损失率相对较高， 这主要是 因为浸渍 时间较短 ， 钢筋周围虽然 已经有阻锈剂存 在 ， 但阻锈剂浓度较低 ， 所以钢筋依然被腐蚀 ， 但腐 蚀速度有所放缓 。当试件被浸渍 1 5 d 、 3 0 d后 ， 由于 浸泡 比较完全 ， 钢筋阻锈剂浓度 已经达到阻锈抑锈 的水平 ， 因而起到 了较好 的阻锈作用。 5结论 ( 1 ) 经过阻锈剂浸渍 ， 不 同龄期混凝土 的抗冻 性较原混凝土抗冻性有 了显著提高。当浸渍液浓度 超过 2 0 且浸渍时间超过 3 d时， 1 5 0次冻融循环后 混凝 土动 弹性模量保持率及重量损失率均能满足 国标规定的要求 。 ( 2 ) 参照选定配合比的混凝土 ， 经试 验发现 ， 浸 渍液浓度 的增加 以及浸渍时间的增加都是提高氯 离子抗渗性能的有效途径 ， 尤其是浸渍液浓度对抗 氯离子渗透性的影响较浸渍时间的影响更显著。经 过 8 0 浓度阻锈剂溶液浸渍 3 0 d后 ， 氯离子扩散 系 数降低到基准混凝土的 4 2 。 ( 3 ) 通过阻锈剂浸渍渗透后 的混凝 土 ， 其碳化 速度有所放缓。 ( 4 ) 经过 4 0 浓度阻锈剂 自然浸渍 1 5 d的砂浆 试块与未浸渍试块同时浸泡在 5 氯化钠盐溶液 中 3 6 0 d ， 钢筋棒重量损失率分别为 0 3 和 1 1 5 。 参考文献 ： 1 】 唐建华， 蔡基伟， 周 明凯 高性能混凝 土的研 究与发展 现状 J J 国外建材科技， 2 0 0 6 ( 3 ) ： 1 1 - 1 5 【 2 张大利， 王元 ， 康勇 一种低碱低掺量 钢筋混凝土 阻锈 剂阻 锈性 能试 验研究 J 辽宁建材， 2 0 0 8 ( 1 1 ) ： 4 5 4 7 3 张大利， 王元， 高颂凯 阻锈剂 的阻锈性 能试验及评价 方法 探讨 【 J J 辽宁建材，2 0 1 0 ( 0 1 ) ： 3 1 - 3 3 】 周华林， 望树岑， 胡达和 一种新型渗透 、 迁移 、 复合 型钢筋 阻锈 IJ J 公路， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 9 7 - 1 0 4 收稿 日期 ： 2 0 1 1 1 1 - 2 7 作者简介 ： 张 大利 ( 1 9 7 6 一 ) ， 男 ， 高级工程师 。 通讯地址 ： 沈 阳市 和平南大街 8 8号 联 系电话 ： 1 3 6 0 9 8 8 4 8 4 4 E ma i l ： z d l _3 0 0 0s i n a c o m