冻融环境下表面防水混凝土中钢筋锈蚀机理研究.pdf

2 0 1 5年 第 3期 (总 第 3 0 5 期) N u mb e r 3 i n 2 0 1 5( T o t a l N o 3 0 5) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RESE ARCH 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 3 0 1 4 冻融环境下表面防水混凝土中钢筋锈蚀机理研究 李昊翼 。马志鸣 。管庭 ， 徐建光 ( 1 山东省建筑科学研究院， 山东 济南 2 5 0 0 3 1 ； 2 青岛理工大学 土木工程学院， 山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ) 摘要： 对带钢筋混凝土试件进行硅烷防水处理 ， 通过 1 0 0次冻融循环试验及 1 0 0 d 氯离子侵蚀试验 ， 同时利用半电池电位法测 定不同冻融损伤 、 不同氯离子侵蚀龄期下试件半 电池电位值， 定量研究冻融环境下表面防水对试件 内部钢筋锈蚀的情况。 试验 结果表明 ， 在不同冻融损伤下表面防水试件较普通混凝土试件具有较好抗水渗透性和抗氯离子渗透性 ， 当冻融循环次数为 1 0 0 次时， 表面防水试件的毛细吸收总量和最高氯离子浓度约为普通试件 的 1 3和 2 3； 且表面防水试件具有较低的半 电池电位值 ， 减缓 了内部钢筋锈蚀速率 。 关键词 ： 表面防水； 冻融损伤； 渗透性 ； 钢筋锈蚀 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 3 一 O 0 5 0 0 4 S t u d y on s t e e l c or r o s i on me c h a n i s m o f wa t e r r e p e l l e n t t r e a t me n t on s u r f a c e o f c o n c ret e u n d e r f r e e z i n g t h a wi n g e n v i r o n me n t LJ Ha ， MA ZMmi n g ， GUAN T i n g ， XU J i a n gu a n g ( 1 S h a n d o n g Ac a d e my o f B u i l d i n g Re s e a r c h， J i n a n 2 5 0 0 3 1 ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g Q i n g d a o T e c h n o l o g i c a l Un v e r s i t y ， Qi n g d a o 2 6 6 0 3 3 ， Ch i n a ) Abs t r ac t ： W a t e r r e p e l l e n t t r e a t me n t t o c o n c r e t e wi t h s t e e l a n d s t u d y t h e s t e e l c o r r o s i o n me c h a ni s m i n wa t e r r e p e l l e n t tre a tme n t c o n c r e t e u n d e r d i f f e r e n t f r e e z i n gt h a wi n g e n v i r o n me n t ， wh i c h b y t h e me a n s o f the 1 0 0 t i me s f r e e z i n gtha wi n g c y c l e s e x pe rime n t ， 1 0 0 d a y s c h l o rid e c o r r o s i o n e x pe rime n t an d t e s t the c a l o me l h a l fc e l l p on fi a 1 Th e r e s ul t s s h o w tha t t he wa t e r r e p e l l e n t tre a t me n t h a v e a g o o d p e r f o r ma nc e o n wa t e r a n d c h l o rid e r e s i s t a n c e p e n e tra ti o n c o mp a r e d wi th o r d i n a r y s a mp l e W h e n c y c l e s r e a c h 1 0 0 t i me s the wa t e r a b s o r p t i o n c a pa c i t y o f wa t e r r e pe l l e n t t r e a t me n t a b o ut o n e t h i r d a s o r d i n a r y s a mpl e， th e p e a k c hl o rid e i o n c o n c e n tra tio n o f wa t e r r e p e l l e n t tre a tm e n t a b o u t t wom硼a s o r d i n a r y s a mp l e W a t e r r e pe l l e n t tre a tm e n t ha v e l o w c a l o me l h a l fc e l l p o t e n t i a 1 whic h s l o w d o wn the c o r r o s i on r a t e o f s t e e l i n c o h e r e t e Ke y wor ds： wa t e r r e p e l l e n t tre a t me n t ； f r e e z i n gt h a wi n g da ma g e； pe r me a b i l i t y； s t e e l c o rro s i o n 钢筋混凝土结构以其优异的力学性能 已广泛应用于建 筑行业中， 由于混凝土内部特有的多孔结构 ， 水和侵蚀性介 质进入混凝土内部造成钢筋锈蚀 ， 随着钢筋锈蚀程度的加剧 混凝土结构发生破坏。 尤其在恶劣环境下 ， 如冻融 一 氯离子 耦合作用下的侵蚀环境 ， 更 加速钢筋混凝土结构 内部 钢筋 锈蚀速率及混凝土破坏程度 ， 造成结构耐久性提前发生破 坏 ， 大大降低其设计使用寿命。 因此 ， 如何提高侵蚀环境下 钢筋混凝土抗腐蚀能力是提高其耐久性 的主要途径” 。 根据国内外试验研究表 明， 对钢筋混凝 土进行硅烷表 面防水处理可有效改善其抗渗透性 ， 显著提高其抗侵蚀性 能 ， 是 提 高 钢 筋 混 凝 土 结 构 使 用 寿 命 的 有 效 途 径 之 一 。但上述研究均基 于常态环境下 的试 验研究 ， 而对 不同损伤后表面防水混凝土性能研究 较少 ， 基 于此 ， 本研 究表面防水钢筋混凝 土在不同冻融损伤 、 不同氯离子侵蚀 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 8 1 8 基 金项 目： 9 7 3项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) 5 0 环境下的内部钢筋锈蚀情况 ， 同时利 用 电化学方法 ( 半 电 池 电位法 ) 测定钢筋 的半 电池电位 ， 定量测定 内部钢筋锈 蚀速率， 综合评定在侵蚀环境下 ， 表面防水处理对钢筋混 凝土结构耐久性影响。 1 试验 1 1 试验材料 与试件制备 试验采用带 钢 筋混凝 土 试 件 ( 2 8 0 I I 1 T I 1 5 0 mm x 7 5 mm) ， 试件尺寸如图 1 所示 ， 为在较短 时间内使试件有 显著的冻融损伤 ， 更好测定不同冻融及氯离子侵蚀环境下 表面防水处理对试件 内部钢筋锈蚀影响 ， 试件采用较大的 钢筋( 中1 O ) 图 1 试验用带钢筋试件尺寸( 单位： mm) 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 有较高的初始半电位值(一 4 2 6 m V) ， 说明其在冻融损 伤环境下已经处于严重锈蚀危险 ， 这是 由于在严重冻融损 伤下， 水中氯离子迅速侵入试件内部造成钢筋锈蚀； 表面 防水试件最高半电池 电位值位于 1 2 6 2 7 6 mV， 查表 2 可知为中锈蚀危险 ， 分析其 原因有 ， 在较高冻 融循环次数 下 ， 混凝土 内部孔 隙增多 ， 增加 了氯离子侵入试件 内部 的 几率 ， 但对 比普通试 件数据 可知 ， 表 面防水试件仍 能较好 保护混凝土内部钢筋 、 降低钢筋锈蚀风险。 综上所述 ， 在相 同侵蚀环境下 ， 对试件进行表面防水处 理可以有效提高试 件内钢筋锈蚀危险 ， 这是 因为表面防水处理后憎水膜 的存 在 ， 降低 了水分及氯 离子侵入试件 内部的速率 和含 量 ， 从 而降低 了内部钢筋的锈蚀风险。 为验证 电化学测定方法 的准确性 ， 对达到 2 0 0 d氯离 子侵蚀的普通试件 和表面防水试件进行劈裂试验 ， 混凝土 内部钢筋实 际锈蚀情况如图 8 、 9所示 ， 可知实际钢筋锈蚀 情况与电化学法测定 出的钢筋锈蚀结果相一致 ， 说 明用电 化学法测定钢筋锈蚀情况具有较高的准确性 ， 可以较好反 映 出混凝土 内部钢筋锈蚀情况 。 3 结 论 ( 1 ) 对带钢筋混凝土试件进行硅烷表面防水处理后形 成憎水薄膜 ， 可以有效 的抵抗水 分及氯离子 的侵入 ， 提高 试件 的抗渗透性 。 在不同冻融损伤下 ， 试件抗渗 透性能均 随着冻融循环 次数增 加而增 加 ， 但在 相 同冻融 损伤 程度 下 ， 表面防水试件 仍较普通试件有 较好 的抗渗透 性能 ， 侵 入到试件内部 的水分和氯离子含量大幅度 降低。 但在严重 的冻融损伤环境下 ， 表面防水试件抗 渗透性能劣 化明显 ， 毛细 吸收总量和毛细吸收系数均有大幅度提高。 ( 2 ) 利用半电池电位法测定试件内部钢筋锈蚀情况， 半 电池电位值随着冻融循 环次数 和侵蚀 龄期 的增加 而增 加 ， 提高了钢筋锈蚀危 险 ， 尤其受严重冻 融损伤的普通试 件 ， 在较短时间内试件 内钢筋便达到高锈蚀 危险。 在相同 侵蚀环境下 ， 对试件进行表面防水处理可 以有效降低半 电 池电位值 ， 降低钢筋锈蚀危险。 上接第 4 9页 参考文献： 1 赵军 ， 刘秋霞， 林立清 ， 等 大城市建筑垃圾产生特征 演变及比 较 J 中南大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 1 3 ， 4 4 ( 3 ) ： 1 2 9 71 3 0 4 2 肖建庄， 李1 圭 彬， 兰阳 再生混凝土技术最新研究进展与评述 J 混凝土 ， 2 0 0 3 ( 1 0 ) ： 1 7 2 0 3 K I Y O S H I E， K O H J I T ， A K I R A N， e t a1 A p p l i c a t i o n o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e b y m i x t u r e t o c o n c r e m c o n s tr u c ti o n J C o n s t r u c ti o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 7 ， 2 1 ( 7 ) ： 1 5 4 21 5 5 1 r 4 E T X E B E R R I A M， V A Z Q U E Z E， M A R f A， e t a1 I n fl u e n c e o f a m o u n t o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e s a nd p r o d uc tio n p r o c e s s o n p r 0 p e r t i e s o f r e c y c l e d a g gre g a t e c o n c r e t e J C e me n t and C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 7 ， 3 7 ( 5 ) ： 7 3 5 7 4 2 5 P O O N C S ， S H U I Z H， L A M L ， e t a 1 I n fl u e n c e o f m o i s t u r e s t a t e s o f n a t u r a l an d r e c y c l e d a g g r e g a t e s o n t h e s l u mp a n d c o mpr e s s i v e s e n g t h o f c o n c r e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e ar c h ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 1 ) ： 3 1 3 6 ( 3 ) 对达到 2 0 0 d氯 离子侵 蚀试 件进行 实 际劈裂试 验。 内部钢筋锈蚀情况与利用 电化学法测出钢筋锈蚀危 险 一 直 ， 说明利用 电化学法可以准确测定试件内部钢筋锈蚀 情况。 通过钢筋实际锈蚀状况 的观察 ， 即使 在严重冻融损 伤下 ( 1 0 0次冻融循 环 ) ， 钢筋表 面仅 出现少量 锈迹 ， 而普 通试件钢筋锈蚀严重 。 参考文献： 1 马志鸣， 赵铁军 ， 王鹏刚， 等 海洋浪花飞溅区混凝土硫酸盐侵 蚀试验研究 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 3 ( 1 0 ) ： 5 8 2 沈德建 ， 吴胜兴 大气环境锈蚀钢筋混凝土梁力学性能试验研 究及分析 J 土木工程学报 ， 2 0 0 9 ( 8 ) ： 7 5 8 2 3 Z H A N G P ， WI T T MA N N F H， V I L L MA N N B， e t a1 Mo i s t u re d i f f u s i o n i n a n d c a p i l l a r y s u c tio n o f i n t e gra l wa t e r r e p e l l e n t c e m e n t b a s e d ma t e ri a l s C P r o c e e d i n g s o f t h e fi f th H y d r o p h o b e Con f e r e nc e Br u s s e l s； Ae d i fic a t Pu b l i s h e r s， 2 0 0 8： 2 7 328 5 4 马志鸣， 赵铁军 ， 赵彦迪 ， 等 静水压力下混凝土中氯离子传输 特征试验研究 J 公路 ， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 1 6 7 1 7 1 5 滕海文， 贺志远， 赵卓 锈蚀钢筋与混凝土之间黏结强度的分 析模型 J 混凝土 ， 2 0 1 3 ( 7 ) ： 3 0 3 2 6 张鹏 ， 戴建国， 赵铁军 带裂缝混凝土的吸水性能及防水处理 的影B E J 建筑材料学报 ， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 7 0 7 4 7 WI T T MA N N F H Pro t e c ti v e c o a t i n g s w i t h w a t e r r e p e l l e n t a g e n t s l- C Pro c e e d i n g s o f 2 n d I n t e rna ti o n a l C o n f e r e n c e o n Wa t e r Re p e l l e nt Tr e a t me n t o f Bu i l d i n g Ma t e ria l s Zu ric h：Ae d i fic a t i o Pu b l i s he r s， 1 9 98： 1 0 71 08 8 马志鸣 ， 赵铁军， 王鹏刚， 等 矿物掺合料对混凝土毛细吸收作 用影响的试验研究 J 混凝土， 2 0 1 4 ( 3 ) ： 8 7 8 9 91曹卫东， 刘树堂， 房建果， 等 硅烷偶联剂对橡胶沥青性能的影 D E J 建筑材料学报， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 4 9 7 5 0 0 作者简介 ： 联 系地址 ： 联系电话 ： 李昊翼( 1 9 8 8 一) ， 女 ， 硕士研究生。 济南市经四路小纬 四 2号 山东省建筑科学研究 院 ( 2 5 0 0 3 1 ) 1 5 1 6 6 0 4 6 7 7 5 I- 6 - 1 XI AO J i a n z h u ang ， uA J i a b i n， Z HANG C h i Me c h a n i c a l p r o p e r - t i e s o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e u n d e r u n i a x i al l o a d i n g J C e m e n t and C o n c r e t e R e s e ar c h ， 2 0 0 5 ( 3 5 ) ： 1 1 8 7 1 1 9 4 7 陈宗平， 徐金俊 ， 郑华海， 等 再生混凝土基本力学性能试验及 应力一 应变本构关系 J - I 建筑材料学报， 2 0 1 3 ， 1 6 ( 1 ) ： 2 4 3 2 8 陈宗平， 薛建阳 ， 等 再生混凝土轴心抗压强度试验研究 J 混 凝土 ， 2 0 1 1 ( 9 ) ： 4 1 1 9 肖建庄 ， 杜江涛 不同再生粗集料混凝土单轴受压应力 一 应变 全曲线 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 8 ， 1 1 ( 1 ) ： 1 1 1 1 1 5 1 0 过镇海， 时旭东 钢筋混凝土原理和分析 M 北京： 清华大学 出版社， 2 0 0 3 ： 2 0 1 0 3 作者简介 ： 联 系地 址 ： 联系电话 ： 苏益声( 1 9 5 6一 ) ， 男， 教授， 博导， 主要从事结构工程 研究。 广西南宁市广西大学土木建筑工程学院办公室( 5 3 0 0 0 4 ) 1 3 8 0 78 1 1 3 9 6 53 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m