不同条件下有机阻锈剂对混凝土中钢筋的阻锈作用影响分析.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 ta l N o ． 3 0 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 MATE RI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 0 2 4 不 同条件 下有 机阻锈 剂对混凝 土中钢 筋的 阻锈作 用影响分析 施棉军， 刘龙海 ( 湖南工业大学 土木工程学院， 湖南 株洲 4 1 2 0 0 0 ) 摘要： 以醇胺类和有机羧酸铵类有机物阻锈剂为研究对象 ， 考察阻锈剂掺量， 环境盐度、 p H值等因素对阻锈效果的影响。 结果 表明： 有机羧酸铵阻锈剂阻锈效果类明显优于醇胺类 ， 且掺量更少； 对 比两种阻锈剂在不 同盐度下阻锈效果可以看 出， 有机羧酸 铵阻锈剂适用条件更广 ， 阻锈效果更好； 两种阻锈剂均会提高混凝土强度 4 ％～ 1 0 ％。 以上结果说明 ： 两类阻锈剂均能有效抑制钢 筋腐蚀 ， 羧酸铵类阻锈性能优于醇胺类 。 关键词： 钢筋混凝土 ； 醇胺类阻锈剂； 有机羧酸铵类阻锈剂； 腐蚀 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 0 9 7 — 0 3 An a l y s i s o f t h e I n f l u e n c e o f diffe r e n t c o n dit i on s o f o r g a n i c i n h i b l t o r s on t h e c or r o s i on i n h i b i t i o n o f s t e el b a r i n c o n c r e t e S H I Mi a n j an ， L I U L o n g h a i ( S c h o o l o fC i v i l En g i n e e r i n g ， Hu n a n Un i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y I n s ti t u t e ， Z h u z h o u 4 1 2 0 0 0， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e c h a r a c t e r i s ti c s o f c o r r o s i o n i n h i b i t o r o f a l c a mi n e s a n d c a r b o x y fi c a c i d a mmo n i u m wa s i n v e s ti g a t e d ， b y c o n s i d e r i n g a d d i n g d o s a g e ． s a l i n i ty and p H． 1 1 1 e r e s u l t s s h o w t h a t c o rro s i o n i n h i b i t o r o f c a r b o x y fi c a c i d a mmo n i u m i s f o u n d b e t t e r p e rf o r manc e than C O I T O — s i o n i n h i b i t o r o f a l c a mi n e s at d i f f e r e nt s a l i n i t y a n d a d d i n g d o s a ge ． Fu r t h e r mo r e． b o t h o f t h e s e c o r r o s i o n i n h i b i t o r s c a n e n h an c e the s t r e n g t h o f c o n c r e t e f o r 4％-1 0 ％． Al l o f t h e s e r e s u l t s u p p o r t e d that bo th o f the s e c o rro s i o n i n hi b i t or s c o u l d e f f e c ti v e l y i n h i b i t c o rros i o n o f s tee l ， a n d the p e r f o r ma n c e o f c o rros i o n i n h i bi t o r o f c a r b o x y l i c a c i d a mm o n i u m i s b e t t e r th an t h e a l c a mi ne s o ne ． Ke y wor ds： r e i n f o r c e d c on c r e ~； c o r r o s i o n i n h i b i t o r o f a l c a mi ne s； c o r r o s i o n i n hi b i t o r of c a r b ox y l i c a c i d a mmo n i u m； c o r r os i o n 0 引言 钢筋混凝土作为一种经济 、 实用的结构材料在各大建 筑工程中广泛应用。 在复杂环境作用下， 钢筋锈蚀引起混 凝土开裂、 结构承载力下降， 从而引起混凝土建筑的过早 破坏 ， 已经成为建筑界普遍关注 的一 大问题 。 造成钢筋锈蚀的主要原 因有碳化 、 氯离子侵蚀等 。 为了有效降低钢筋的锈蚀作用 ， 进而延长钢筋混凝 土结构 的使用寿命 ， 研究 者开发 了一系列锈蚀保 护措施 ， 如涂 层、 密封和薄膜覆盖保护 ， 补丁修补法， 电化学氯化物萃取 法 ， 阴极保护法 ， 再碱化法 ， 阻锈剂法等 。 每种防锈措施都 有其适用 的条件、 优势和局限性。 阻锈剂能够有效的阻止或减缓钢筋腐蚀 ， 可以通过掺 加到混凝土 中或涂覆在混凝土表 面而起 作用 。 前 苏联 、 E t 本和美 国是最早使用钢筋阻锈剂 的国家 。 早期 的钢筋 阻锈剂产品主要包括各种亚硝酸钠、 铬酸盐和苯 甲酸钠 等， 这些阻锈剂存 在各种各样 的问题 ， 混 凝土凝结 时间和 强度都受到不同程 度的影 响。 。 。 同时 ， 阻锈剂 的使用 也对 环境造成不 良影响。 因此 ， 阻锈剂朝着开发环境友好 ， 高效 收稿 日期： 2 0 1 4 — 1 0 — 1 6 基金 项 目： 国家 自然科学基金资助( 5 1 2 0 8 0 5 1 ) 的有机阻锈剂方 向发展 。 国内外钢筋有机阻锈剂的主流 产品都属于掺入型 ， 即将阻锈剂掺人混凝土中从 而达到有 效的阻止或减缓钢筋腐蚀 的目的。 目前研究多关注有机 阻 锈剂的对钢筋的阻锈效果及相关机理， 对于新型有机阻锈 剂 的适用条件和相关性能需要进一步研究 。 本研究以醇胺 类和有机羧酸铵类有机物阻锈剂 为研究对象 ， 对阻锈剂掺 量 ， 环境盐度 、 p H值 等 因素对 阻锈效 果 的影 响进 行 了分 析 ， 同时考察了阻锈剂 的掺入对混凝 土强 度的影响。 为该 类有机阻锈剂在工程 中的应用提供理论指导和技术支持。 1试验 方 法 1 ． 1 原材料选 用及材料 配合 比 本研究使用原材料如表 1 所示 。 1 ． 2钢筋锈蚀性能测试 钢筋的耐腐蚀性能测试采电化学方法进行分析， 采用 Q 2 3 5钢筋制备成直径 l 8 ， 厚 1 0 m r n的圆柱， 工作面用砂 纸( 4 0 0 ， 1 0 0 0 ， 2 0 0 0 ) 打磨并抛光 ， 连接 电极备用 ， 对 电 极为铂 电极 ， 参 比电极为 A g ／ A g C 1 电极 。 采用线性极化技术测试钢筋的线性极化 电阻( 美 国普 97 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 本研究使用原材料及材料配合比 注 ： c 1 为国外某品牌醇胺类有机阻锈剂， 样品固含量在 3 l ％左右； C 2为江苏苏博特新材料有限公司产有机羧酸铵类有机阻锈剂 ， 固含 量在 2 5 ％左右。 林斯 顿 P 4 0 0 0 电 化 学 工 作 站 ) ， 线 性 极 化 扫 描 速 度 0 ． 1 6 6 7 m V ／ s ， 扫描范 围相对 于开路 电位 1 0 m V。 钢筋 的 腐蚀电流密度通过 S t e m— G e a r y公式 计算： i o 。 丌 =B ／ R 。 ( 1 ) 式中： f 。 Ⅱ ——钢筋的腐蚀电流密度； R 。 ——钢筋的线性极化电阻。 钢筋 钝 化 状 态， B 取 5 2 m V， 钢 筋 活 化 状 态 ， B 取 2 6 mV。 阻锈剂对钢筋的阻锈效率， 计算公式为 ： 叼=( 一i 。 。 ) ／ i 0 1 0 0 ％ ( 2) 式中： ——未加阻锈剂样品腐蚀电流密度； f 。 —— 添加阻锈剂样 品腐蚀 电流密度 。 1 ． 3 阻锈剂选择及掺量对阻锈效果的影响 阻锈剂使用方法根据厂家建议， 阻锈剂在拌和过程中 用水量不考虑阻锈剂 的实际固含量， 即为阻锈剂掺量加实 际用水量 。 主要考察不 同掺量 的阻锈剂在 2 8 d的阻锈效 果 ， 阻锈剂掺量 的选择见表 2 。 表 2阻锈剂掺量的选择 1 ． 4 盐度 和 p H值对 阻锈 剂阻锈效 果的影响 测试在模拟混凝土孔隙液环境 中进行 ， 模拟液为含一 定质量分数 的 N a C 1 和氢氧化 钙溶液。 模 拟液 中 N a C 1 的 浓度为 0 ． 5 ％、 1 ． 0 ％、 1 ． 5 ％、 2 ． 5 ％、 3 ． 5 ％， p H值 为 9 ． 0 、 1 0 ． 0 、 1 1 ． 0 、 1 2 ． 0 、 1 3 ． 0 。 主要考察不 同盐度 和 p H值 下阻锈剂在 2 8 d的阻锈效果。 2结果 与讨论 2 ． 1 阻锈剂掺 量对 阻锈 效果 的影响 阻锈剂掺量对阻锈效果的影响如图 1 所示 。 有 图可以 看出， 随着两种阻锈剂掺量的增加， 阻锈效率逐渐增加。 当 掺量 到达一定程度 以上 ， 阻锈效率维持稳定 。 对 比 c l和 c 2两种阻锈剂阻锈效果 ， C 1型阻锈剂 在掺量 达到 6 ％的 时候 ， 阻锈效率达到较好 的效果。 而 C 2型阻锈剂在掺 量 9 8 达到 2 ％左右 ， 阻锈效率 已经接近最佳值。 由此可 以看出 ， 有机羧酸铵类有机阻锈剂( C 2 ) 的阻锈效果 比醇胺类有机 阻锈剂( C 1 ) 更好 ， 同时节约成本。 1 0 O 8 O 褂 6 0 糕 40 岛 2 0 0 阻锈剂掺 量， ％ 图 1 阻锈剂掺量与阻锈效率的关系 对 比其他有机阻锈剂 ， 醇胺类有机阻锈剂达到最佳阻 锈效果的掺量一般为 3 ％- 4 ％， 与同类 型有机 阻锈剂 效果 相似。 而有机羧酸铵类有机阻锈剂使用效果优于醇胺类有 机阻锈剂 。 2 ． 2 盐度对 阻锈剂 阻锈 效果的影响 为了盐度对两种阻锈剂阻锈效果的影响， 进行了腐蚀 性能的测试。 图 2所示 为添加两类阻锈剂后钢筋电极 浸泡 在不同浓度 N a C 1 模拟液中2 8 d后的腐蚀电流密度和阻 锈剂的阻锈效率。 c 1 和 C 2为模拟液中添加 2 ％醇胺和羧 酸铵样品。 l 2 0 1 0 0 薷8 0 6 0 基 岛 4 0 2 0 0 N a C 1 浓度， ％ ( a ) 不同盐度下的钢筋腐蚀腐蚀电流密度 0 ． 5 1 ． 0 1 ． 5 2 ． 5 3 ． 5 Na C 1 浓 度／ ％ ( b ) 不 同盐厦 F的阻蚀 效率 图2盐度对 阻锈剂阻锈效果的影响 由图 2可以看 出， 随着盐度 的增加 ， 即 C 1 离子浓度的 增加 ， 阻锈剂阻锈效果逐渐减弱 ， 醇胺类有机阻锈剂 C I 尤 为明显 ， 而有机羧酸铵类有机阻锈剂 C 2阻锈效 果略有衰 减 ， 说 明 C 2型阻锈剂有较好的适用范 围。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 有机羧酸铵类 阻锈剂是通过在强碱性 环境 中水解而 形成羧酸和铵类 。 其 中酸根 负离子能够 与钙离子 ( C a “ ) 结合形成有机酸盐。 有机酸盐在水泥石微孔 内侧沉积形成 保护膜。 这层保护膜能够改变混凝土的表面性质， 使其呈 现疏水性。 在表面张力作用下 ， 形成把孔 中水向外排 出的 趋势， 并阻止外部水分进入混凝土 内部 。 因此 ， 有机酸盐 能够减少进入到混凝土 内部侵蚀性离子的量 ， 大大延长钢 筋表面氯离子浓度达到临界值 的时间， 提高混凝土的使用 寿命 。 而醇胺类在钢筋附近形成保护膜 ， 增大锈蚀电阻 ， 从 而达到减缓锈蚀 的 目的 。 从 阻锈机理上 ， 有机羧酸铵类 阻锈剂对锈蚀的减缓效果更为有效 。 2 ． 3 p H值对 阻锈 剂 阻锈效果的影响 为了 p H对两种阻锈剂阻锈效果 的影 响， 进行 了腐蚀 性能的测试 。 图 2所示 为添加两类阻锈剂后钢筋 电极浸泡 在不同p H值模拟液中2 8 d后的腐蚀电流密度和阻锈剂 的阻锈效率。 c 1 和 c 2为模拟液中添加 2 ％ 醇胺和羧酸铵 样 品。 l 0O 80 { j {L 6 O 4O 雹 2 O 0 pH ( a ) 不同p H 下的钢筋腐蚀腐蚀电流密度 9 1 O l 1 1 2 l 3 pH ( b ) 不同p H下的阻蚀效率 图 3 p H对 阻锈剂 阻锈 效果 的影 响 由图 2可以看 出， 当模拟混凝土溶液 p H=I 1 左右时 ， 两种阻锈剂阻锈效果最好， 这是由于在此 p H值条件下， 钢 筋表面能形成完 整钝化膜 。 对 比两种 阻锈剂 ， 在不 同 p H 条件下 ， 有机羧酸铵类有 机阻锈剂 ( C 2 ) 的阻锈效果 比醇 胺类有机阻锈剂( C 1 ) 更好 。 2 ． 4 有机阻锈剂适用性分析 为考察两种阻锈剂对掺入后对混凝 土强度 的影响 ， 掺 入阻锈剂混凝土强度测试如图 4所示。 从 图可以看出 ， 阻 锈剂添加会增加混凝土强度 ， 有机羧酸铵类有机阻锈剂提 高混凝土强度相对比较明显 ， 两种阻锈剂 均会提高混凝土 强度 4 ％～ 1 0 ％。 这是 由于实际工程 中有机羧酸铵类阻锈剂 使用时不考虑含 固率 ， 全部 当做水使用 ， 因此混凝 土中实 际用水量相对减少 ， 进 而使 得混凝土强度增加。 而醇胺类 阻锈剂固含量高， 实际用水量少于有机羧酸类 ， 所 以混凝土 强度增加会更为明显 。 而醇胺类阻锈剂 固含量高 ， 实际用水 量少于有机羧酸类 ， 所以混凝土强度增加会更为明显。 3 结 论 8 0 6 0 山 螽 o 照 2 0 0 图 4 空 白 c 1 阻锈剂 c 2 阻锈 剂 掺与不掺阻锈剂对混凝土强度的影响 ( 1 ) 对比有机羧酸铵类有机阻锈剂和醇胺类有机 阻锈 剂的阻锈效果 ， 有机羧 酸铵类明显优于醇胺类 ， 同时掺量 更少。 ( 2 ) 在不同盐度环境下 ， 与醇胺类有机阻锈剂相 比， 有 机羧酸铵类阻锈剂能够有更广泛 的适用范 围， 同时阻锈效 果更佳 。 ( 3 ) 在不 同 p H值条件下 ， 当 p H= 1 1时 ， 钢 筋表 面能 形成完整钝化膜 ， 有助于缓解锈蚀 的发生。 ( 4 ) 阻锈剂添加会增加混凝土强度。 参考文献： [ 1 ]J A M I L H E， S H R I R I A， B O U L I F R ， e t a 1 ． C o r r o s i o n h e h a v i o u r o f r e i n f o r c i n g s t e e l e x p os e d a n a mi n o ~c o h o l ba s e d c o r r o s i on i n hi b — i t o r [ J ] ． C e me 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 5 ， 2 7 ： 6 7 1 — 6 7 8 ． [ 2 ]张鑫． 掺入新型钢筋阻锈剂混凝土的性能研究[ J ] ． 新型建筑材 料， 2 0 0 9 ， 6 5 ( 2 ) ： 6 5— 6 6 ． [ 3 ]屈文俊， 王哲． 表面应用迁移型阻锈剂研究新进展[ J ] ． 结构工 程师， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 6 ) ： 1 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