电化学注入阻锈剂对混凝土中Cl--腐蚀钢筋的阻锈效果.pdf

第 1 4卷第 4期 2 0 1 1 年 8 月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI LDI NG MATERI AL S V0 l _ 1 4 ， NO 4 Au g ， 2 01 1 文章编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 5 4 6 0 4 电化学注入 阻锈 剂对 混凝土 中 C l 一 腐蚀钢 筋 的 阻锈效果 黄俊友 ， 胡晓 东 ， 洪定海 ， 李志清 ， 刘 农 ( 1 江苏省水利科学研究院， 江苏 南京 2 1 0 0 1 7 ； 2 江苏省高新技术发展研究所有限公司， 江苏 南京 2 1 0 0 0 7 ) 摘要 ： 对 已用 Na C 1 溶液室 内加速活化的钢筋混凝 土进行 电化 学注入 阻锈剂、 等 电量脱盐等处理， 通 过 测定 1 a内钢 筋腐蚀 电位 、 锈 蚀 速 率 以及 失 重 率 的 变化 ， 对 比各 项钢 筋 阻锈 技 术 的 阻锈 效 果 结果表明 ： 电化 学注入 阻锈 剂能更有效地防止钢筋的进一步腐蚀 关键词 ：电化学注入；阻锈剂 ； 脱盐；钢筋 ；腐蚀 中图分 类 号 ： TU5 2 8 0 ； T U7 4 6 3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 1 0 4 0 2 2 E f f e c t o f E l e c t r o c h e mi c a l I n j e c t i o n o f C o r r o s i o n I n h i b i t o r i n t o Re b a r De t e r i o r a t e d by Chl o r i d e s i n Co nc r e t e H U ANG Ju n = y o u ， H U Xi a o d o n g ，HONG Di n g h a i 。 ， LJ Zh i q i n g ， L L ， No n g ( 1 J i a n g s u Hy d r a u l i c Re s e a r c h I n s t i t u t e ，Na n j i n g 2 1 0 0 1 7 ，C h i n a ；2 Hi g h - t e c h De v e l o p me n t Co mp a n y o f J i a n g s u Pr o v i n c e ，Na n j i n g 2 1 0 0 0 7 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I n c o nn e c t i o n wi t h t he r e i n f o r c e m e n t c on c r e t e a c c e l e r a t e d d e t e r i or a t i o n by c hl o r i de s ，a s e r i e s of t r e a t me n t s i n c l u d i n g e l e c t r o c h e mi c a l i n j e c 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 s a l t e x t r a c t i o n e t c we r e c a r r i e d o nTh e n t h e c or r os i o n p ot e nt i a l ，c o r r o s i on r a t e a nd ma s s l O S S o f r e ba r we r e m e a s u r e d f or 1 a The r e s ul t s s h o w t h a t e l e c t r o c h e mi c a l i n j e c t i o n o f c o r r o s i o n i n h i b i t o r c a n 1 e s s e n t h e c o r r o s i o n mo r e e f f i c i e n t l y t h a n t h e o t he r m e t ho ds Ke y wo r d s ：e l e c t r o c h e mi c a l i n j e c t i o n；c o r r o s i o n i n h i b i t o r ；s a l t e x t r a c t i o n；r e b a r ；d e t e r i o r a t i o n 因钢筋钝化膜破坏而造成的钢筋腐蚀 已成为混 凝土结构损坏的重要 因素 钢筋钝化膜破坏主要有 2种机理 ， 即混凝土的碳化和氯化物 的侵蚀 ， 其中氯 化物的侵蚀最为有 害 1 对氯化物侵蚀钢筋进行修 复可采用扩大修补区和电化学保护处理这 2种公认 有效的技术 ， 但它们都存在实施难 、 不经济等缺点 目前 ， 利用 迁移 型 阻 锈 剂 来 钝化 已锈 蚀 钢 筋 是 国 内 外研究的热点 ， 但对于处于厚保护层中的钢筋而言 ， 普通迁移型阻锈剂难以渗透至其表 面 在 2 0 0 6年， 洪定海等 2 提出采用电迁移型阻锈剂可以解决上述 难 题 在 国外 ， 分析 纯级 有机 阻锈 剂在 碳化 胶凝 材 料 中 的电化 学注 人技 术 、 迁 移 型 阻 锈剂 的 电迁 移 效 果 等方面也有报道 3 但利用电迁移型阻锈剂来 阻止 C 1 一 引起 的钢 筋 腐 蚀 在 国 内 外 鲜 有 报 道 本 研 究 对 C l 一 腐蚀 钢 筋 进 行 电化 学 注 入 ( 电 迁 移 型 ) 阻 锈 剂 、 ( 等电量) 脱盐等处理 ， 并通过测定钢筋腐蚀 电位 、 锈 蚀速率和失重率等指标来对比考察电化学注入阻锈 剂的阻锈效果 1 试 验 1 1 试 件 成型 及钢 筋活 化 制备水灰 比为 0 5 0 ( 质量比) 、 设计强度为 C 2 5 、 收稿 日期 ； 2 0 1 0 0 3 2 2 ；修订 日期 ： 2 0 1 0 0 7 1 8 基金项 目： 江苏省 国际合作项 目( B Z 2 0 0 4 0 4 9 ) 第一作 者： 黄俊友 ( 1 9 6 5 一) ， 男 ， 江 苏丰 县人 ， 江 苏省 水利 科学 研 究院 研究 员 ， 学 士 主要 从事 水 利工 程修 复 方面 的研 究 工作 E ma i l h u a n g j u n y o u t s i n g h u a o r g c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 4 8 建筑材料学报 第 1 4卷 1 3 2 钢 筋失 重率 钢筋失重率采用酸洗法测试， 具体步骤是 ： 将纯 盐酸和水等 比例混合 ， 再 加入纯 盐酸量 2 3 ( 质量分数) 的六次甲基四胺 ， 制成酸洗液； 配制质量 分数为 3 的碳酸钠 中和液 将 待测钢筋和空 白钢 筋 浸入 酸洗 液 中 ， 至表 面 氧化皮 溶解 后取 出 将 每根 钢筋依次放在水 、 中和液中摇动几下 ， 再放人 中和液 中浸 泡 ， 取 出用 水 冲 洗 ， 再用 干 毛 巾擦 干 ， 放人 已预 先 升温 至 ( 1 0 5 5 ) 的烘 箱 内烘 5 rai n ， 然 后采 用感 量 为 0 0 0 0 1 g的 电子天 平称 重 利 用空 白钢 筋 的失 重来校正被酸溶解掉 的未锈蚀部分的钢筋量 ， 并计 算失重率 2 试 验结果 2 1腐蚀 电位 对 活化 后 的钢 筋 进行 各 项 阻锈 处 理 ， 处 理 完 毕 后进行 为期 1 a的钢筋腐蚀电位测量 不同阻锈处 理后钢筋的腐蚀 电位( 3块试件平均值) 见图 3 喜 耋 图 3 不 同阻锈处理后钢筋的腐蚀电位 Fi g 3 Co r r o s i o n p o t e n t i a l o f r e b a r s u n d e r d i f f e r e n t t r e a t me n t of c or r os i o n i nhi b i t i o n Ti me s o f me asu r e me n t ( a ) C o r r o s i o n r a t e 由图 3可见 ： ( 1 ) 活化后各钢筋的腐蚀电位都达 到了 一7 0 0 -8 0 0 mV( 见 图 3中各 曲线起 点) ( 2 ) 未 经阻锈处理的空 白试件活化后 ， 其腐蚀电位开始正 移， 到 1 a的后期则为负移， 但 1 a里腐蚀 电位都小 于一3 5 0 mV， 说 明未经阻锈处理钢筋的锈蚀可能性 较 大 ( 3 ) 电化学 注入 阻锈 剂和脱 盐 试件在 通 电结 束 后 ， 其钢筋腐蚀电位均出现很大的负移 ， 这是 因钢筋 去极化所致 待钢筋去极化过程结束后 ， 其腐蚀电位 迅速 正移 ， 表 明 电化 学 注人 阻锈 剂 和 脱 盐 对 提高 钢 筋腐蚀 电位作用明显 ( 4 ) 到 1 a的后期 ， 电化学 注 入阻锈剂试件钢筋腐蚀 电位大于其他 3组试件 ， 说 明电化学注入阻锈剂能够更好地维持钢筋钝化 2 2钢筋 锈蚀 速率 不 同阻锈处 理后钢筋 的锈蚀 速率( 3块试件平 均值) 和锈蚀速率累计量分别见图 4 ( a ) ， ( b ) 从 图 4 ( a ) 可 以看 出 ： ( 1 ) 经过 活化 后 的钢 筋 锈 蚀速率都很高 ， 均超过了 3 0 m a 拆除活化并经各 项阻 锈处 理后 ， 钢筋 的锈 蚀速 率波 动 幅度很 大 ， 需 经 一 段 时 间才稳 定下 来 ( 2 ) 阻锈效 果最好 的试件 是 电 化学注入阻锈剂试件， 其钢筋锈蚀速率基本维持在 1 0 m a以下 ； 脱 盐试 件 前 期 钢 筋 锈 蚀 速 率 还 维 持 在较低的水平 ， 但到后期则增大 ， 说明其阻锈效果在 下降， 这同腐蚀 电位 的测定结果一致 ； 自然渗透阻锈 剂的试件 ， 其钢筋锈蚀速率基本介于空白试件和 电 化学 注入阻锈剂试 件 之 间， 且 在后 期增 加 到 1 0 t m a 以上 ； 空白试件的钢筋锈蚀速率总体上大于其他 3 组 试件 ， 且到后期 还 明显 提 高 ， 说 明 钢筋 锈蚀 的程 度在 不 断加剧 Ti me s o f me a s u r e m e n t f b ) Co r r o s i o n r a t e a c c u mu l a t i o n 图 4 不同阻锈处理后钢筋 的锈蚀速率和锈蚀速率累积量 Fi g 4 Co r r o s i o n r a t e a n d c o r r o s i o n r a t e a c c u mu l a t i o n o f r e b a r s u n d e r d i f f e r e n t t r e a t me n t o f c o r r o s i o n i n h i b i t i o n 从 图 4 ( b ) 可以看 出： ( 1 ) 空 白试件钢筋 锈蚀 速 率累积量呈加速上升趋势； 电化学注入阻锈剂试件 在稳定后 ， 其钢筋锈蚀速率累积量增加的幅度不大； 脱 盐试 件稳 定 后 ， 前 期 钢 筋锈 蚀 速 率 累积 量 增 速 较 小 ， 但后期增速加大； 自然渗透阻锈剂的阻锈效果同 脱盐的阻锈效果类似 ( 2 ) 电化学注入阻锈剂试件和 脱盐试件钢筋锈蚀速率累积量前期数据偏大 ， 这是 由 于在前期， 当电化学注入和脱盐解除后 ， 钢筋去极化 没有完成， 其锈蚀速率偏高 ， 所 以累积量偏大 当钢筋 去极化完成后 ， 其锈蚀速率减小， 锈蚀速率累积量基 如 4 4 3 3 2 2 1 1 一 E gi) ， 0 召 T I 口 I n 0 2 I I I 口 【 s 0n o 加 如 如 加 一 B 吕i一 ， a J 0 B I I l 0 【 s o b 0 u 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 黄俊友 ， 等 ： 电化学注入阻锈剂 对混凝土 中 c l 一 腐蚀 钢筋的阻锈效果 5 4 9 本维持不变， 这同腐蚀电位的结果基本一致 2 3钢 筋 失重率 钢筋活化后 ， 劈裂 3 块试件测定其钢筋失重率 ； 1 a后 ， 劈裂经各项 阻锈处理 的所有试件 ， 测定 钢筋 失重率 ， 再将其与刚活化后的钢筋失重率进行 比较 ， 得到 1 a内各项 阻锈处理后 的钢筋锈蚀率 ， 然后计 算各项阻锈处理制度下的阻锈率 ， 结果见表 2 表 2钢筋失重率 Ta b | e 2 M a s s l o s s o f r e b a r s Co r r o s i o n p e r c e n t Co r r o s i o n i nh i b i t i o n p e r c e n t J u s t a f t e r d e t e r i o r a t i o n No t r e a t me n t Na t u r a l mi g r a t i o n E l e c t r o c h e mi c a l i n j e c t i o n Sa l t e x t r a c t ion 8 9 1 2 0 1 0 7 8 5 9 7 由表 2可见 ： ( 1 ) 经 过 活化 后 的钢 筋 ， 其 失 重 率 平均 在 9 1 ， 空 白试 件 、 自然 渗 透 阻锈 剂 试 件 、 电 化学注入阻锈剂试件以及脱盐试件钢筋平均失重率 分别 为 l 1 9 ， 1 0 5 ， 9 1 和 9 5 ( 2 ) 相 比 1 a 前的钢筋 ， 未经任何处 理的钢筋继续受到 c l的腐 蚀 ， l a的锈蚀 率达 到 2 9 9 ； 电化 学 注 入 阻 锈 剂 的 阻锈效果很强 ， 1 a内钢筋基本没有继续腐蚀 ， 阻锈 率 达到 1 0 0 9 6 ； 脱 盐 的阻 锈 效 果 较 强 ， 1 a内钢 筋 锈 蚀率 为 4 1 ， 阻 锈率 为 8 6 3 ； 自然渗 透 阻锈 剂 的 阻锈效果稍差 ， 1 8内钢筋锈蚀率达到了 1 4 6 ， 但 阻锈 率 也有 5 1 2 9 6 上 述结 果表 明 ， 电化 学 注 入 阻锈 剂 能 更 有 效 地 防止钢筋继续锈蚀 ， 达到钝化钢筋、 保护钢筋混凝土 的 目的 S a wa d等 经过对分析纯级的醇胺有机阻锈剂 进行 电化学注入试验后认为 ， 在高 p H值 的情况下 ， 醇胺的电离程度非常有限， 因此 ， 对醇胺作 电化学注 入处理并不理想 但本研究的结果却显示 出， 作为醇 胺类有机阻锈剂的 B E在 电化学注入条件下显示出 了很强的钢筋阻锈作用 3 结语 利用 Na C 1 溶 液对钢 筋进行加 速活化 ， 然后 对 未经任何阻锈处理 的钢筋混凝土试件 、 自然渗 透阻 锈剂试件 、 电化学注人 阻锈剂试 件以及脱盐试 件进 行为期 1 a的钢筋腐蚀 电位、 钢筋锈蚀速率和钢筋 失重率的测试 结果显示 ， 通过电化学注入阻锈剂 的 方法相 比于其他阻锈处理方法能够更有效地防止钢 筋进 一 步锈 蚀 ， 且 在 1 a后 仍 然 维 持 着 很 强 的 阻锈 作 用 参考 文献 ： 1 杜荣归 ， 黄若 双 ， 赵冰 ， 等 钢筋混凝 土结构 中阴极保护技术 的 应用 现状 及研究进展 J 材料保护 ， 2 0 0 3 ，3 6 ( 4 ) ： 1 1 - 1 4 DU Ro n g g u i ， HU ANG Ru o - s h u a n g， ZHAO B i n g， e t a 1 Ap p l i c a t i o n a n d d e v e l o p me n t o f c at h o d i c p r ot e c t i o n i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s E J Ma t e r i a l s P r o t e c t i o n ， 2 0 0 3 ， 3 6 ( 4 ) ： 1 1 1 4 ( i n Chi n e s e ) 2 洪定海 ， 王定选 ， 黄俊友 电迁移型 阻锈剂 J 东南大 学学 报： 自然 科学版 ， 2 0 0 6 ， 3 6 ( S 2 ) ： 1 5 4 1 5 9 HONG Di n g - h a i ， W ANG Di ng x ua n， HUANG J u n y ou， e t a 1 Re s e a r c h o n e l e c t r o - mig r a t i n g c o r r o s i o n i n h i b i t o r s J J o u r n a l o f S o u t h e a s t U n i v e r s i t y Na t u r a l S c i e n c e ， 2 0 0 6， 3 6( S 2)： 1 5 4 1 5 9 ( i n Chi n e s e ) 3 S A WADA S ， IK UB O J ， P AGE C L， e t a 1 E l e c t r o c h e mi c a l i n j e c t i o n o f or g a n i c c o r r o s i o n i nh i b i t o r s i n t o c a r b o n a t e d c e me nt i t i o u s ma t e r i a l s ( P a r t 1 ) ： E f f e c t s o i l p o r e s o l u t i o n c h e mi s t r y J Co r r o s i o n Sc i e n c e， 2 0 0 7， 4 9 ( 3 )： 1 1 8 6 1 2 0 4 4 HOL L OWAY L， NAI RN K， F OR S YTH M C o n c e n t r a t i o n mo n i t o r i ng a n d p e r f o r m a n c e o f a mi g r a t or y c o r r o s i o n i n h i b i t o r i n s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e 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 4， 3 4( 8 )： 1 4 3 5 1 4 4 0 E 5 3 S A WADA S， P AGE C L， P AGE M M E l e c t r o c h e mi c a l i n j e c t i o n o f o r g a n i c c o r r o s i o n i n h i b i t o r s i n t o 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 5， 4 7( 8 )： 2 0 6 3 2 0 7 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m