模拟酸雨环境下再生混凝土的电化学测试与分析.pdf

水利水电技术第4 6 卷2 O l 5年第 l l期 模 拟酸 雨环境 下再 生混凝土的 电化 学测试 与分析 叶 良 ，童芸 芸 ，孙平平 ( 1 浙江科技学院，浙江 杭州 3 1 0 0 2 3 ； 2 浙江水利水电学院，浙江 杭州 3 1 0 0 1 8 ) 摘要 ：利用硫酸溶液模拟人工酸雨环境 ，对再生混凝土性能的影响进行 了测试和 总结。试验过程 中，电化 学工作站测试 出自腐蚀电位 负值变大，混凝土保护层的电阻值变小，钢筋的腐蚀速率明显增 大。试验所得数据及结论为进一步研究酸雨对再生混凝土性能影响问题提供基础和依据 ，为再生骨料 混凝土的扩大应用和耐久性设计提供参考。 关键词 ：再生混凝土 ；酸雨；腐蚀 ；电化学测试 d o i ：1 0 1 3 9 2 8 j e n k i w r a h e 2 0 1 5 1 1 0 3 0 中图分 类号 ：T V 4 3 1 文献标识 码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 5 ) 1 1 0 1 3 8 0 4 El e c t r o c he m i c a l t e s t a nd a na l y s i s o f r e c y c l e d c o nc r e t e und e r s i mul a t e d a c i d r a i n e nv i r o nm e nt YE Li a n g ， TONG Yun y u n ， S UN Pi n g pi n g ( 1 Z h e j i a n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，H a n g z h o u 3 1 0 0 2 3 ，Z h e j i a n g ， C h i n a ； 2 Z h e j i a n g U n i v e r s i t y o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o w e r ，H a n g z h o u 3 1 0 0 1 8 ，Z h e j i a n g ，C h i n a ) Abs t r ac t ： An a r t i fic i a l a c i d r a i n e n vi r o n me n t i s s i mu l a t e d wi t h s u l f ur i c a c i d s o l u t i o n， a nd t h e n i t s i mp a c t o n t he p e rfo r ma n c e o f r e c y c l e d c o nc r e t e i s t e s t e d a nd s u mma r i z e d Du r i n g t he t e s t ， i t i s f o u n d o u t b y t he e l e c t r o c h e mi c a l wo r k s t a t i o n t h a t t he n e g a t i v e v a l u e o f e c o r r b e c o me s l a r g e r ，wh i l e t h e r e s i s t a n c e v a l u e o f t h e c o n c r e t e p r o t e c t i o n l a y e r b e c o me s s ma l l e r ， t h u s t h e c o r r o s i o n r a t e i s o bv i o u s l y i n c r e a s e d The d a t a a n d t he c o n c l u s i o n f r o m t h e t e s t l a y a b as i s f o r t h e f ur t h e r s t ud y ma de o n t he i mp a c t fro m a c i d r a i n o n t h e p e rf o r ma n c e o f r e c y c l e d c o n c r e t e a n d p r o v i d e s o me r e f e r e n c e s f o r t h e e x p a n d e d a p p l i c a t i o n a n d t h e d u r a b i l i t y d e s i g n o f t h e r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e Ke y wo r d s ：r e c y c l e d c o n c r e t e ；a c i d r a i n；c o r r o s i o n；e l e c t r o c h e mi c al t e s t 旧混凝土经破碎加工 ，形成各级配骨料 ，部分或 全部代替天然粗骨料 ，配制得到的新混凝土被称为再 生混凝土。在构件结构服役期间，钢筋锈蚀会极大程 度地影响钢 筋混凝 土 的耐久 性。S P A e d o n d o R e a 等人证明再生骨料会降低腐蚀体系的电阻 ，增加钢筋 锈蚀的发生率 ，而外加剂的添加会降低锈蚀发生 。孙 亚丽等人测定 了再生骨料混凝土中钢筋 的锈蚀率及失 重率 ，并与原生混凝土进行了对 比。顾荣军等 通 过试验证明了对钢筋锈蚀的影响程度最大的因素是水 灰 比和再生骨料取代率。而在酸雨环境下的再生混凝 土性能研究 ，国内外学者涉及不多 J ，作者利用硫 酸溶液模拟酸雨环境 ，对再生混凝 土性 能进行 了测 1 3 8 试 。通过酸雨对再生混凝土不 同时段的侵蚀 ，利用电 化学测试手段 ，得到侵蚀后再生混凝土试样 的数据 ， 对再生混凝土耐酸雨侵蚀性开展研究。 1 试验方案 1 1 试验 设计 试样根据 普通混凝土长期性能和耐久性能试验 收稿 日期 ： 基金项 目： 作者简介 ： 2 01 4 0 4一 O1 浙江省 2 0 1 3年 自然科 学基金 资助项 目：再生骨 料混凝 土 中钢筋的锈蚀规律研究 ( L YI 3 E 0 8 0 0 1 8 ) 。 叶良( 1 9 7 3 一 ) ，男 ，副教授 。 W a t e r Re s o u r c e s a n dHy d r o p o we r En g i n e e r i n g Vo 1 4 6No 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 方法标准 ( G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ) 进行设计 ，尺寸为 1 0 0 mm1 0 0 m m1 0 0 m m。再生混凝土按照课题组 多次测试得到 的配合 比进行设计 配置 ，具体 的配合 比：水 ： 水泥 ： 石子 ： 砂 = 0 6 5： 1 ： 5 7 8： 4 1 。在标准 温湿度条件下养护 2 8 d后 ，将各个 混凝 土从 A 8到 A1 8依次编号 ，再将各试样 的一面用 玻璃胶粘上 木 块 ，以便电化学测试所用 ，将维护 钢筋 的塑胶用 工 具除去 ，用锉刀挫掉钢筋外 露的 已生锈部分 ，试样 备用 。 1 2试 验材 料 水泥 ：本试验考虑到工程使用 中的一般性 ，选用 的是浙江钱潮控股集 团生产的标号为 P 0 4 2 5的普 通硅酸盐水泥 。 骨料 ：收集废弃混凝土 ，由破碎机破碎 ，得到粒 径为 31 0 mm的粗 骨料 ，细骨 料采用细度 模数 为 2 6的河砂。 钢筋 ：直径为 1 0 mm，R 1 1 、R i g为带肋钢 ，其 余都是光圆钢。 2 试验过程 2 1 酸雨配比和试样浸泡 试验 主要 采 用 浓 硫 酸 ( 浓 度 为 9 8 ，密 度 为 1 8 4 g c m ) 和 自来 水 来 配制模 拟 酸雨溶 液 _ 9 。综 合考虑强酸溶液对皮肤 的腐蚀性和规定 时间内模 拟 酸雨溶液对试块产生 明显影 响等的 因素 ，控制模 拟 酸雨溶液的 p H= 1 ，通过相关计算 ，得出配制试验 所需 p H值 ，大致 2 7 m L的硫酸溶液加入 1 L自来 水 ，细小误 差忽 略。再将 制备好 的试样 A 8到 A1 3 浸泡 到模拟酸雨溶液 中 ，浸泡 5 d ，第 6 d取出 ，晾 干 1 d ，第 7 d做试验 ，即一个循环 。每个循环中间 时段 ，由于水会 挥发 ，定时加入 自来 水 ，以控制原 水位来保持 p H值 不变 ，每 1个 浸泡循 环结束 后重 新配制模拟溶液 。 2 2试验仪器 电子称 ：福州科迪 电子技术有限公司出产的型号 为 J Z CT S E的电子计重天平 。 电化学工作站 ：上海辰华仪器有限公 司出产的电 化学工作站 。 2 3 试验步骤 ( 1 ) 将模拟酸雨 中浸 泡过 5 d的试样 取 出 ，晾 干 1 d ，第 7 d开 始 做测 试 。每 轮最 后 做 完测 试 ， 继续将 试 样 浸 泡 到 酸雨 溶 液 中进 行 下 一 个 循 环 。 以后每 个 循 环都 用 同样 原 理 做 试 验 ，直 到 完 成 4 次循环 。 水利水电技术第4 6卷2 0 1 5年第 儿 期 叶 良， 等模拟酸雨环境下再生混凝土的电化学测试与分析 ( 2 ) 将 自来水加人木块中，浸润混凝土试样 ，以 便做电化学测试时更好地导 电。试验 中，电解质为 自 来水 ，工作电极为钢筋 ( R 1 4螺旋钢和 R 1 5圆钢是未 作处理的试样 ( 未浸泡酸雨溶液) ，同样也做 以下所 有试样 ，用来 比较分析酸雨环境给再生混凝土性能带 来 的影响) 。参 比电极 固定于支架上 ，再连接各导线 ( 参比电极为饱和甘汞电极 S C E，反 电极为铂钛复合 网状电极 ) ，测试准备工作完毕。 ( 3 ) 电化 学 测 试 系统 由工作 电极 、参 比电极 、 反 电极和电解质液 四个部分组成 ，测试仪器 为电化 学工作站( 综合测试系统 ) 。测试 内容主要包括 ：自 腐蚀 电位 E c o r r ( 设置 r u n - t i m e为 6 0 0 s ，E c o r r 指腐蚀 体系在不受外加 电流 的条件下测 得的稳定 电位 ，自 腐蚀电位越大 ，腐蚀 倾 向越 小 ) 、线性极化 电阻给 出的斜率 1 ( R e+却 ) 、混 凝土保 护层 的 电阻值 ( 利用 电化 学 阻 抗 法 测 试 ，频 率 从 1 0 0 k Hz到 1 m Hz ) 。得 到测量值 1 ( R e +R p ) 和 e 后 ，便可计算 出极化 电阻值 却 ，从 而通过 S t e me t G e a r y公式算 出 钢筋的腐蚀速率 i i = 8 ( R p s ) ( 1 ) 式 中， 为常数 2 6 mV；R p为极化电阻 ；S为极化钢 筋 的面积 ，S=竹X d X z ( 钢筋直径 d为 1 c m，在本试 验 中，我们统一近似地认为只有 电化学池垂直以下部 分的裸露钢筋被极化 ，也就是说极化钢筋 的长度 ，为 8 c m) 。 3 试验结果及分析 3 1 腐蚀电位测试结果及分析 从 P o t e n t i a 1 t i m e图中取 出腐蚀电位值 ，其 中表 1 为未处理的 R1 4 、R1 5以及经过 1个循环浸泡的 R1 3 值 ，图 1 、图 2为试块 R 1 0 、R1 1随浸 泡次数增 多 ， E c o r r 值的变化曲线。 表 1部分试块 的 E c o r r 值 试块 编号 钢筋编号 E c o r r 值 v 1 0 3 5 6 R 1 4 ( 未处理 ，带肋 ) 2 0 3 0 5 1 0 2 0 9 R 1 5 ( 未处理 ，圆钢 ) 2 0 1 9 9 R1 3 ( 一 次循环 ) 请 加入 处理 前 1 0 1 2 2 所有试块 的值 2 0 1 3 5 由以上试验结果可知 ：( 1 ) 比较未处理的再生混 凝土试 块 ，经 过人 工模拟 的酸 雨溶液 浸泡 的试 块 ， E c o r r 负值变大 ，腐蚀倾 向大。( 2 ) 在 4次浸 泡循 环 1 3 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 叶良， 等模拟酸雨环境下再生混凝土的电化学测试与分析 循环次数 O 一0O 5 O 1 O O 1 5 0 2 O 1 2 3 4 一钢筋1 一钢筋21 图 1 A 1 0试块 E c o r r 值变化 曲线 - 0 一 。 O 1 0 ： 循环次数 1 2 3 4 十钢筋l 一钢筋2 一 、 、 一， 一一 r、 、 - 图 2 A 1 1试块 E c o r r 值变化 曲线 中，E c o r r 值上下浮动 ，变化不大 ，说 明浸泡循环短 还没有侵入腐蚀 ，钢筋还没有受到损害。 3 2电化学阻抗谱 图 3为钢筋腐蚀阻抗谱 N y q u i s t 曲线。表 2为未 处理的 A 1 4、A 1 5以及经过 1 个循环浸泡 的A1 3的 值 ，图 4和图 5为试块 A 1 0 、A 1 1随浸泡次数增多 ， e 值的变化 曲线 。 1 4 0 C ； ： 籁 蛊 箍 蝈 醴 c： 堙 图 3 钢 筋腐蚀阻抗谱 N y q u i s t 曲线 循环次数 图4 A 1 0试块 R e值变化曲线 表 2部分试块 的 Re 值 试块编号 钢筋编号 R e 值 o l 6 21 1 A1 4 ( 未处理 ，带肋) 2 6 5 4 8 1 1 2 7 9 A 1 5 ( 未处理 ，带肋 ) 2 l l 7 3 AI 3 ( 一次 循环 ) 请加 入处 理前 l 7 8 4 所有试块的值 2 8 9 6 c ： ； 5器 4 5 0 循环次数 图 5 A 1 1试块 R e值变化 曲线 通过未处理的再生混凝 土试 样与浸泡过 的试 块 比较 ，混凝 土保护层 电阻值 e的值 变小 了。 值 随着浸泡循环次数的增多和浸泡 时间的延长而逐渐 减小 。 3 3 钢筋的腐蚀速率 i c o r r 值计算 未经过处理的 A1 4 、A1 5混凝土试块及 已经过 1 个循环的酸雨浸泡的 A 1 3混凝土试块的 i c o r r 值试验 参数如表 3所 列。图 6和 图 7为混凝 土试块 A 1 0、 A1 1随浸泡时间增多 、i c o r r 值的变化曲线。 表 3 部分试块的 ic o r r 值 试块编号 钢籁编号 i c o r r 值 l O 1 0 3 4 8 5 A 1 4 ( 未处理 ，带肋 ) 2 0 6 7 6 5 1 0 1 8 2 9 A 1 5( 未处理 ，带肋 ) 2 O 1 1 4 6 A I 3 ( 一次循环) 请加入处理前 l 2 4 9 2 所有试块的值 2 2 0 9 5 1 0 0 +钢 筋1 +钢 筋2 l 一 由以上数据可见 ：( 1 ) 比较未处理 的再生混凝土 试块和经过 浸泡 的试块 ，发现 i c o r r 没有 明显变 化 ； ( 2 ) 随着循环次数增多，浸泡时间增加 ，i c o r r 值没有 水利水电技术第4 6卷2 0 1 5年第 l 1期 r 霉 o u _【 、 8 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