有机钢筋阻锈剂在混凝土中的阻锈性能及其对混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 2 年 第 2 期 (总 第 2 6 8 期 ) N u mb e r 2 i n2 0 1 2 ( T o t a l No 2 6 8 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATER【 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 2 0 2 0 2 2 有机钢筋阻锈剂在混凝土中的阻锈性能 及其对混凝土性能的影响 杨林，李遵云，胡珊 ( 中交武汉港湾工程设计研究院有限公司，湖北 。 武汉 4 3 0 0 7 1 ) 摘要 ： 采用半电池 电位和线性极化法监测钢筋在掺有有机钢筋 阻锈剂 的 昆 凝 土中的锈蚀 时间 ， 研究有 机钢筋 阻锈 剂在混凝 土中的阻 锈性能， 并研究阻锈剂对混凝土工作性能、 力学性能、 抗渗性能、 干燥收缩和水泥水化热的影响。 研究结果表明： 该有机钢筋阻锈剂能降低 钢筋的腐蚀速率， 延长钢筋发生锈蚀的时间， 具有优良的阻锈效果。 掺人该阻锈剂后 ， 混凝土的工作性能有一定程度的改善， 抗氯离子渗 透性能得到提高， 水泥水化热略有降低， 收缩也略有减小， 对混凝土的抗压强度基本没有影响。 关键词 ： 有机钢筋 阻锈剂 ；半 电池电位 ；线性极化 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 2 ) 0 2 0 0 7 2 0 3 Eva l ua t i on of or g ani c c or r os i on i nhi bi t or e f f ec t i v en es s i nt o t he c onc r e t e 4 r G Li n LIZu n- y u n。 H U S h a h ( Wu h a nHa r b o u r E n g in e e ri n gDe s i g n a n d Re s e a r c hI n s t i t u t eC o ， L t d o f C C CC， Wu h a n4 3 0 0 7 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t ：Ti me t o c o r r o s i o n o f a n o r g a n i c c o rro s i o n i n h i b i t o r i n c o n c r e t e wa s mo n i t o r e d t h r o u g h 1 i n e a r po l a r i z a t i o n r e s i s t a n c e a n d h a l f - c e l l p o t e n t i a l me t h o d Th e i n fl u e n c e o fc o r r o s i o n i n h i b i t o r o n g e n e r a l c o nc r e t e h and l i n g， pe rfo r ma n c e a n d d u r a b i l i t y p r o pe r t i e s we r e a l s o i nv e s ti g a t e d Re s u l t s i n d i c a t e d t h at t h e c o rr o s i o n i n h ib i t o r s i gn i fi c a n t l y d e l a y e d the o n s e t o f c o r r o s i o n an d r e d u c e d t h e r a t e o f c o rro s i o n o f r e i n f o r c i n g s t e e 1 T h e s h r i n k a ge o f c o n c r e t e， p e n e t r a t i o n o f c h l o ri d e s a n d h y d r ati o n h e a t we r e a l s o s l i g h t l y d e c r e a s e dMo r e o v e r ， the i n h i b i t o r wa s f o u n d t o h a ve l i t t l e e f f e c t o n t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f c o nc r e t e Ke y wor ds ： o r g a n i c c o r r o s i o n i nh ibi t o r ； ha l f - c e l l po t e n t i a l ； l i n e a r p o l a r i z a t i o n r e s i s t a nc e 0 引言 钢筋锈蚀引起混凝土结构的过早破坏， 已成为当今世界的 重大问题， 尤其是在海洋环境和撤除冰盐混凝土结构中钢筋很 容易遭受氯盐的侵蚀， 导致混凝土结构耐久性和使用寿命大大 降低， 不仅危害结构安全 ， 也带来了巨大的经济损失。 防止钢筋 锈蚀的技术措施有多种， 包括使用双掺高性能混凝土、 增加保 护层厚度、 混凝土表面涂层 、 阴极保护等， 在提高混凝土密实性 的基础上， 掺用钢筋阻锈剂是最通常使用的方法， 而且是最简 单、 经济和效果好的技术措施【 ” 。 传统阻锈剂多为亚硝酸盐类阻锈剂 ， 这类 阻锈剂阻锈效 果虽好 ， 但其毒性和潜在的孑 L 蚀危险， 使得它的应用受到很大 限制， 因此， 低毒 、 环保的有机复合型钢筋阻锈剂成为 目前该 领域研究和应用的热点_ 2 _ 。 有机钢筋阻锈剂可以利用混凝土 的多孔结构， 通过在混凝土孔隙间， 以气液双相扩散到达钢筋 表面 ， 形成有效的保护膜。 目前对有机阻锈剂的性能评价大多 是在模拟孔溶液和硬化砂浆中进行， 对于混凝土中的性能则 研究较少。 本试验采用半电池电位和线性极化法研究有机钢 筋阻锈剂在混凝土中的阻锈性能， 并系统研究阻锈剂对混凝 土性能的影响。 收稿 日期 ：2 0 1 1 加8 2 2 7 2 1 试验研 究 1 1 试验原材料 ( 1 ) 水泥： 安徽宁国海螺水泥厂生产的 P I I 4 2 5级水泥。 ( 2 ) 粉煤灰： 武汉阳逻电厂生产的风选 I 级粉煤灰。 ( 3 ) 矿粉： 浙江余姚明峰生产的S 9 5 级矿粉。 ( 4 ) 细集料： 河砂， 细度模数为 2 6的中砂。 ( 5 ) 粗集料： 选用质地坚硬、 表面粗糙、 5 2 5 m 1 连续级配 的碎石。 ( 6 ) 减水剂： L N S P聚羧酸减水剂， 减水率大于 2 5 。 ( 7 ) 阻锈剂： 中交武港院生产的QS有机钢筋阻锈剂。 ( 8 ) 水： 自来水。 1 2 试 验 方法 1 2 1 混凝土浸烘循环试验 采用混凝土浸烘循环法研究有机钢筋阻锈剂( QS ) 在混凝 土中的阻锈性能， 并与亚硝酸钙( c N) 的阻锈性能进行对比。 混 凝土浸烘循环试验法参照 J T J 2 7 0 9 8标准中混凝土中钢筋腐 蚀快速试验方法制作试件。 成型试件尺寸为 1 0 0 mmx l 0 0 m mx 1 5 0 I T I I T I ， 混凝土配合比见表 1 。 阻锈剂随拌和水掺入， 有机钢筋 阻锈剂的掺量为 1 2 k g m s ， 根据阻锈剂掺量相应的扣除用水量。 浇制时， 两头采用端头板固定钢筋 ， 以保证钢筋的保护层厚度为 3 0 mm。 试件成型后放人标准养护室养护 1 3 d ， 再放入( 8 0 2 ) 的烘箱中烘 4 d ， 冷却后放人塑料箱中， 用浓度为 3 5 的食盐水 浸泡 2 4 h后取出， 再放入烘箱 ， 在( 6 0 2 ) 的温度下烘 1 3 d 。 1 4 d 为一次循环 ， 按此循环不断往复。 每个循环结束 ， 测试件的 自腐蚀电位和腐蚀电流密度， 监测钢筋发生锈蚀的时间。 钢筋一 旦发生锈蚀 ， 就停止循环， 将试件沿钢筋破开 ， 测钢筋失重率和 锈蚀面积。 表 1 混凝土配合 比 1 2 、 2 电化学测试方法 半电池电位参照AS T M C 8 7 6方法， 采用高阻抗电压表测钢 筋电极和饱和甘汞电极之间的电位差。 采用 C o r r t e s t 腐蚀电化 学测试系统 ， 饱和甘汞电极作为参 比电极 ， 以不锈钢板作为辅 助电极， 用线性极化法测各试件的腐蚀速率。 线性极化的扫描范 围为一 1 0 1 O mv( 相对开路电位) ， 扫描速率为 1 0 mV mi n 。 通过 S t e r n G e a r y 方程计算腐蚀电流密度。 混凝土电阻( 即I R降) 通过 恒电流阶跃中的断电流法补偿 r = ， ( 1 ) 式中： 腐蚀电流密度； 极化电阻。 当钢筋处于钝态时， 常数 取 5 2 mV； 处于活化状态时， B 取 2 6 mv 。 当钢筋的自腐蚀电位降至一 3 0 0 mV以下， 腐蚀电流 密度达到 0 5 tx A c m2 时， 即认为钢筋发生锈蚀。 2结果与讨论 2 1阻锈 性 能 在循环过程中， 对试件的自腐蚀电位和腐蚀速率进行监测。 图 1 、 2 分别为各试件的自腐蚀电位和腐蚀速率随循环周期的 变化。 从图中可以看出， 试件的初始电位都在一 1 0 0 2 0 0 mV， 腐 蚀速率接近于 0 0 4 I A c m2 , 说明钢筋处于钝化状态。 当试件的自 腐蚀电位发生突变， 小于一 3 0 0 mV， 并且腐蚀电流超过 O 5 c m 时， 则认为钢筋已发生锈蚀， 停止循环。 循环 J司期 图1 各试件的自腐蚀电位随循环周期的变化 各试件的浸烘循环试验结果如表 2所示。 从中可以看出， 与基准试件相比， 掺人有机钢筋的混凝土试件的锈蚀时间延长 了 2 2个循环， 掺入亚硝酸钙阻锈剂的试件则延长了2 0 个循环， 其失重率和锈蚀面积也相应减小。 说明有机钢筋阻锈剂的阻锈 效果要略优于亚硝酸钙， 具有优良的阻锈性能。 g 毫 赵 船 避 锄 锺 避 循 环周期 图 2 各试件的腐蚀速率随循环周期的变化 表 2 各混凝 土试件浸烘循环试验 结果 2 2 对混凝 土性 能的影 响 阻锈剂对混凝土性能的影响是考察阻锈剂性能的重要方 面之一。 为了与实际工程相结合， 本研究选用两组混凝土配合比： 一 组为纯水泥， 水泥用量为4 0 5 k g m， ； 另一组采用的是某跨海 大桥承台的混凝土配合比， 胶凝材料用量为3 9 0 k g m3 o 两组配合 比的水胶比均为0 3 8 ， 具体见表 3 。 研究有机钢筋阻锈剂对混凝 土工作性能 、 抗压强度、 水化热、 干燥收缩等相关性能的影响。 根据阻锈剂用量相应的扣除用水量。 表 3混凝 土配合 比 配合比 ( k g ， r n 3 ) 婀 丽 ( 1 ) 工作性能和力学性能。 表 4为掺与不掺阻锈剂的混凝 土的凝结时间、 坍落度、 2 h 坍落度损失、 含气量和各龄期抗压 强度的试验结果。 表 4 混凝土工作性能试验结果 由表 4可以看出， 与基准 昆凝土相比， 掺入有机钢筋阻锈 剂后， 纯水泥和海工配合比的混凝土的工作性能都有一定程度 的改善， 坍落度损失减小 ， 含气量略有增大， 混凝土的凝结时间 延长， 表明有机钢筋阻锈剂具有缓凝保坍的功效。 此外， 在掺入 0 s阻锈剂后， 由于其早期的缓凝作用 ， 混凝土的7 d强度略有 降低， 但后期强度增长较快， 2 8 d强度与基准混凝土基本相当。 ( 2 ) 抗氯离子渗透性能。 抗氯离子渗透性能是反映混凝土 抵抗氯离子侵入和钢筋腐蚀能力的一介重要参数。 本试验参照 R C M试验方法， 测不同龄期( 2 8 、 5 6 、 8 4 d ) 混凝土试件的氯离子 扩散系数， 研究 Os 有机阻锈剂对混凝土抗氯离子渗透性能的影 响。 具体试验结果见表 5 。 由表 5可看出， 与基准混凝土试件相比， 掺入 QS有机阻锈 剂后， 两组配合比的混凝土试件的抗氯离子渗透性能均有一定 程度的提高， 随着龄期的延长氯离子扩散系数减小。 73 表 5 混凝土抗渗性能试验结果 ( 3 ) 水化热。 本研究采用标准 J A F导热式热量计研究 Q S有 机钢筋阻锈剂对水泥水化的影响， 并与亚硝酸钙阻锈剂( c N) 的 水化热进行对比， 试验结果见图 3 。 皿 础 * 水 化时 间 ， h ( a ) 水化 热 速率 水化 时I司 h f b ) 水 化 放热 量 图 3 阻锈 剂对水泥水化放热的影响 从图 3中可以看出， 与不掺阻锈剂的空白试样相比较， 掺亚 硝酸钙水泥试样的水化放热速率增大， 放热峰时间提前 ； 而掺 Qs阻锈剂后， 水泥试样 2 4 h的水化放热量降低接近 1 0 ， 放热 峰推迟了将近 1 h ， 说明阻锈剂对早期水泥水化有降低作用， 这 对大体积混凝土的抗开裂l生 能有利。 ( 4 ) 干缩性能。 采用表 3中的 C R - 1 配合 比， 研究 QS阻锈 剂和亚硝酸钙阻锈剂( C N) 对混凝土干缩性能的影响， 试验结 果见图 4 。 上接第 7 1页 3 】 魏 页 祥， 蒋中珉 机制砂高强混凝土高温环境下的泵送施工 J 】 公路， 2 0 0 8 ( 2 ) ： 5 5 5 7 1 4 4 易文 ， 王永和， 鲁云岗 机制砂混凝土强度与变形试验研究叨 中南林 业科技大学学报 ， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 6 ) ： 1 3 6 1 3 8 5 贺图升， 周明凯 ， 李北星， 等石粉对机制砂混凝土拌合物泌水率的 影D R J 混凝土， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 5 8 6 0 6 杨长辉， 张靖， 叶建雄， 等 早期养护条件对水泥石碳硫硅钙石型硫 酸盐腐蚀的影响 J J _土木建筑与环境工程， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 2 ) ： 1 3 5 1 3 9 7 尹耿， 马保国， 张风臣， 等超细石灰石粉水泥基材料早期性能研究 武汉理工大学学报， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 4 ) ： 1 1 6 1 1 9 8 】 刘数华 ， 阎培渝 石灰石粉在复合胶凝材料中的水化性能 J 1 _ 硅酸盐 学报 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 1 1 ) ： 1 4 0 1 1 4 0 5 【 9 】 J T G E 3 0 - - 2 0 0 5 ， 公路工程水泥及水泥混凝土试验规程 s ( 1 0 】 L 0 T HE N B A C H B， S AO U T G L ， G AL L U C C I E I n fl u e n c e o f l i m e s t o n e 7 4 ! 、 好 嗤 H - t d 图 4 混凝土干缩性能试验结果 由图 4可以看出， 相对于基准混凝土， QS阻锈剂的掺入使 混凝土干燥收缩有一定程度的减少， 其收缩减小主要出现在早 期， 到后期两者的发展趋势非常接近。 随着水化的进行， 两者的 差别逐渐减小。 而掺入亚硝酸钙后 ， 混凝土试件的干缩值较大， 这可能是由于亚硝酸钙使水泥水化速度加快， 部分胶凝材料可 能未能水化即被包裹其中， 影响了混凝土中的孔结构。 因此 ， 掺 入亚硝酸钙阻锈剂对于改善混凝土干缩l生 不利。 3结 论 ( 1 ) 混凝土浸烘循环试验研究表明， 有机钢筋阻锈剂能有 效抑制氯盐对混凝土中钢筋的腐蚀， 延缓钢筋发生锈蚀的时间， 具有优 良的阻锈效果。 ( 2 ) 有机钢筋阻锈剂能改善混凝土的工作性能 ， 提高混凝 土的抗氯离子渗透性， 略微降低水泥水化热和混凝土干燥收缩， 对混凝土的抗压强度无不利影响。 参考文献 ： 1 】 洪乃丰 混凝土中钢筋腐蚀与阻锈剂f J 】 _混凝土， 2 0 0 1 ( 6 ) ： 2 5 2 8 2 汤涛， 雷俊， 等 种新型钢筋阻锈剂的阻锈性能f J 】 _腐蚀与防护 ， 2 0 0 7 ( 1 2 ) ： 6 4 2 6 4 5 【 3 兰明章， 孙启华有栅 昆 凝土阻锈剂的研究 J j 混凝土， 2 0 1 0 ( 7 ) ： 7 2 7 5 4 AN D R AD E C， G O N Z A L E Z J AQ u a n t i t a t i v e me a s u r e m e n t s o f c o r r o s i o n r a t e o f r e i n f o r c i n g s t e e l s e mbe d d e d i n c o n c r e t e u s i n g p o l a r i z a t i o n r e s i s t a n c e m e a s u r e me n t s J Ma t e r i a l s a n d C o r r o s i o n ， 1 9 7 8 ( 2 9 ) ： 5 1 5 5 1 9 作者简介 联系地址 联系电话 杨林( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 硕士， 工程师， 主要从事混凝土外加剂的 开发与应用研究。 武汉市武昌区民主路 5 5 3 号( 4 3 0 0 7 1 ) 0 2 7 8 78 9 3 2 3 6 o n t h e h y d r a t i o n of P o rt l a n d c e me n t s 叨C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 8， 3 8 ( 6 ) ： 8 4 8 8 6 0 【 1 1 Z H AN G Y o n g - - j u a n ， Z HA N G X i o n g R e s e a r c h o n e f f e c t o f l i me s t o n e a n d g y p s u m o n GA， C 3 S a n d P C c l i n k e r s y s t e m J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d Ma t e ri a l s ， 2 0 0 8 ， 2 2 ( 8 ) ： 1 6 3 4 1 6 4 2 1 2 KA K A L I G， T S I V I L I S S ， A G G E L I E H y d r a t i o n p rod u c t s o f GA， C 3S a n d P o a l a n d c e me n t i n t h e p r e s e n c e o f C a C O 3 f J C e me n t and C o n c r e t e Re s e a r c h ， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 7 ) ： 1 0 7 3 一 1 0 7 7 作者简介 联系地址 联系电话 黎鹏平( 1 9 8 0 一 ) ， 男， 博士， 研究方向： 从事高性能混凝土耐 久性研究。 厂州市海珠区前进路 1 5 7 号 中交四航工程研究院有限公 司 2 0 1 B室( 5 1 0 2 3 0 ) 1 5 9 2 0 3 0 4 4 2 7