再生骨料混凝土内钢筋锈蚀影响因素试验研究.pdf

钎 魄 中 国 科 技 核 心 期 刊 再生骨料混凝土内钢筋锈蚀 影响因素i 式 验研穷 孙平平 ， 叶良 ( 1 浙江大学， 浙江 杭州3 1 0 0 5 8 ； 2 浙江水利水 电专科学校， 浙江 杭 州3 1 0 0 1 8 ； 3 浙江科技学院， 浙江 杭州3 1 0 0 2 3 ) 摘要： 通过实验室加速钢筋锈蚀方法， 运用线性极化法原理， 对不同条件下试件内部钢筋锈蚀参数进行测试和分析， 并讨论了 不同因素对再生骨料混凝土钢筋锈蚀的影响规律。试验结果表明， 再生粗骨料取代率在2 0 5 0 时， 钢筋抗锈蚀能力下降不显著， 增大混凝土保护层厚度和掺入粉煤灰能有效防止再生骨料混凝土内钢筋锈蚀。 关键 词： 再生骨料： 混凝土钢筋锈蚀； 影响因素； 试验研究 中图分类号： T U 5 2 8 ； X 7 9 9 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 1 9 0 4 Ex p e r i me n t a l s t u d y o n i n f l u e n c i n g f a c t o r s o f r e i n f o r c e me n t c o r r o s i o n i n 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 S U N Pi n g p i n g J ， YE ( 1 Z h e j i a n g Un i v e r s i t y ， H a n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ， Z h e j i a n g ， C h i n a ； 2 Z h e j i a n g Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o p o w e r C o l l e g e ， H a n g z h o u 3 1 0 0 1 8 ， Z h i a n g , C h i n a ； 3 Z h 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 i ang ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h e p a p e r ， s o me c o r r o s i o n p a r a me t e r s o f t h e d iff e r e n t c o n c r e t e s a r e t e s t e d b y u s i n g t h e m e t h o d o f e l e c t r o c h e mi s t r y l i ne ar p o l a r i z a t i o n and a c c e l e r a t i n g r e i n f o r c e me n t c o r r o s i o n T he i n f l u e n c e f a c t o rs o f r e i n f o r c e me n t c o r r o s i o n i n 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 a r e d i s c o v e r e d b y an a l y z i n g t h e e x p e r i me n t r e s u l t T h e r e s u l t s h o ws t ha t the a b i l i t y o f r e s i s t ant t o r u s t wi l l n o t b e r e d u c e d o b v i o u s l y wh i l e t h e r e p l a c e me n t r a t e o f r e c y c l e d a g g r e g a t e i s b e t we e n 2 0 a n d 5 0 Th e r e i nfo r c e me n t C an b e p r e v e n t e d f r o m c o r r o s i o n e f f e c t i v e l y b y i n c r e a s i n g t h e t h i c k n e s s o f c o n c r e t e c o v e r an d mi x i n g t h e fly ash Ke y wo r d s ： r e c y c l e d a g g r e g a t e ； r e i n f o r c e me n t c o rr o s i o n ； i n fl u e n c i n g f a c t o r s ； e x p e r i me n t a l r e s e a r c h 再生骨料混凝土【l 】 是指利用废弃混凝土破碎加工而成的 再生骨料， 部分或全部代替天然骨料配制而成的混凝土。 开展 废弃混凝土再生性能 研究 将考虑最大限 度地利用建筑结构 废 弃物， 使其再生成为性能良好的混凝土， 减少自 然资源和能源 的消耗， 符合当前节能减排与环境保护的基本国策。 钢筋混凝 土结构在服役期间，钢筋锈蚀被认为是影响耐久性的第一因 素， 而国内外学者对于再生混凝土钢筋锈蚀的研究尚显薄弱。 V a l e r i a C o r i n a l d e s i 等嘲 的试验证明， 加入粉煤灰可以减小氯 离子侵入深度， 从而延长钢筋锈蚀的初始阶段， 进而延长再生 基金项目： 2 0 1 2 年浙江省科技厅公益科学研究项 目( 2 0 1 2 C 2 1 0 5 3 ) ； 浙江科技学院交叉预研项 目( 2 0 1 1 J C 0 5 Y ) 收稿 日期： 2 0 1 2 1 0 1 5 作者简介： 孙平平， 女， 1 9 7 5 年生， 浙江温州人， 高级工程师。通讯作 者： 叶 良， E ma i h y e l i ang 8 8 1 2 6 c o m。 混凝土的整体服役寿命。A r r e d o n d o R e a S P等【3 】 的研究表 明， 再生骨料的 增加降 低了 腐蚀体系电 阻， 继而增大了 钢筋锈 蚀的发生率， 明确了再生骨料取代率与锈蚀发生率的关系， 初 步提出了使 用外加剂降 低锈蚀发生的方法。 孙亚丽等141定性 比较了再生和原生混凝土的锈蚀率和失重率。顾荣军等【引 研 究了水灰比、 再生骨料取代率对钢筋锈蚀的影响。 本文结合国内外有关研究成果，根据影响钢筋锈蚀的主 要因素， 制作不同再生骨料取代率、 不同保护层厚度、 不同粉 煤灰掺入量的试件， 通过实验室加速钢筋锈蚀方法， 运用线性 极化法原理， 对试件内部钢筋锈蚀参数进行测试， 讨论不同因 素对再生骨料混凝土钢筋 锈蚀的 影响， 并 给出 合理化建议， 为 再生混凝土的推广和应用提供理论依据。 1 试验 1 1 试验研究思路 N E W BUI L DI NG MAT E Rl AL 5 1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 孙平平， 等： 再生骨料混凝土内 钢筋锈蚀影响因素试验研究 为 研究不同 条件下再生骨料混凝土中 钢筋的锈蚀规律， 在 试验 方案中设 置粉煤灰掺量、再生 粗骨料取代率和保护层 厚度 3 个影响因素，通过对再生骨料混凝土内部钢筋锈蚀电 流密 度的 测试与 分析， 得到 各因 素对钢筋锈蚀的影响 规律， 从 而为配制再生骨料混凝土提供依据。 1 2 试验设计 试验采用 1 5 0 m m x l 5 0 m m x 3 0 0 m m棱柱体试件， 再生骨 料混凝土的设计强度等级为C 3 0 ， 根据J G J 5 5 2 0 0 0 普通混 凝土配合比设计规程 ， 确定水胶比为0 5 5 ， 减水剂掺量为0 8 3 k g m 。 再生粗骨料取代率取0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 、 5 0 、 7 5 、 1 0 0 7 个水平；保护层厚度取2 5 m m 、 3 5 m m 、 4 5 m m 3 个水平； 粉 煤灰掺量取0 、 1 0 、 2 0 、 3 0 、 4 0 5 个水平。 钢筋混凝土结构在服役期间， 钢筋锈蚀非常缓慢， 所以 需要通过实验室加速钢筋锈蚀的方法进行研究。本文采用 干湿循环方法加速混凝土中钢筋的锈蚀。 标养2 8 d 后， 将钢 筋混凝土试件在浓度为3 5 的N a C 1 溶液中浸泡 4 d ，在自 然的环境中风干4 d ， 作为1 个周期进行循环。 根据S t e m和 G e a r y I 提出的电化学线性极化法， 通过测试混凝土内钢筋的 锈蚀电流密度来反映钢筋的锈蚀速率。本试验采用R e r - e n c e 6 0 0 TM P o t e n t i o s t a t G a l v a n o s t a t Z R A电化学工作站， 运用 线性极化法原理， 对各试件混凝土内部钢筋锈蚀参数进行测 试。 1 - 3 试验材料 水泥： 浙江钱潮控股集团生产的4 2 5 级普通硅酸盐水泥； 粉煤灰： 杭州萧山粉煤灰有限公司产 I 级粉煤灰， 细度为1 1 ； 细骨料： 河砂， 细 度模 数为2 6 ； 天然粗骨料： 采用商品 瓜子片， 粒径5 2 0 m m ； 减水剂： 浙江华威建材厂生产的H W 一 1 型高 效减水剂；再生粗骨料：由废弃混凝土经鄂式破碎机破碎而 成， 粗骨料粒径为5 2 0 m m ， 级配良好， 再生粗骨料与天然粗 骨料的主要物理性能见表 1 ； 钢筋： 月牙纹钢筋( H R B 4 0 0 ) ， 直 径 1 6 m m ， 每根长3 5 0 m m 。 表 1 粗骨料的主要物理性能 2 试验结果及分析 根据 G B T 5 0 3 3 4 -2 0 0 4 建筑结构检测技术标准 相关 规定， 舍 去偏差较大的 试验数据， 每一项数据均取各组 试件实 测数据的平均值。 2 0 新型建筑材料 2 0 1 3 3 2 1 再生粗骨料取代率的影响分析 保护层厚度为2 5 m m 、 粉煤灰掺量为0时， 不同再生粗骨 料取代率的7 组试件配合比见表2 ，在不同干湿循环周期时 点( 7 0 d 、 1 2 0 d 、 1 5 0 d ) 的钢筋锈蚀电流密度曲 线见图l 。 表 2 再生粗骨料取代率影响试验的混凝土配合比 E 黼 蟋 基 螨 图 1 再生粗骨料取代率对钢筋锈蚀 电流密度的影响 由图 1 可见： ( 1 ) 随着再生粗骨料取代率的增加， 钢筋锈蚀电流密度基 本增大， 即钢筋抗锈蚀能力变差。 这是由于再生粗骨料l ；f L 隙 率大于天然粗骨料。再生骨料在生产过程中， 需要经过破碎， 致使表面出现众多细微的裂纹，这些裂纹及骨料与骨料表面 水泥石之间的空隙都会导致混凝土的密实度降低，并能够提 供给钢筋锈蚀所需要的空气与水分，导致钢筋的抗锈蚀能力 变差。 ( 2 ) 从3 个不同干湿循环周期时点的曲 线可以看出， 在相 同骨料取代率下， 电流密度的大小为： 7 0 d 1 5 0 d 1 2 0 d ， 这说 明钢筋锈蚀率随时间的延长先增大而后又减小。这一结果和 以 往的 研究 也相一致， 即钢筋混凝土内 部钢筋锈蚀速率并 非呈现持续上升的形态，而是当锈蚀速率上升到一定水平时 出 现转折点， 锈蚀速率开始下降。 此现象可以 解 释为随 着钢筋 锈蚀产物数量的增多并开始填充混凝土孔隙， 从而堵塞了氯 离子的 渗透通道， 钢筋锈蚀速率降 低。 但是这个 转折点 会出 现 在什么时候以及和再生骨料取代率有没有直接的关系还需要 进一步研究。 ( 3 ) 以1 5 0 d曲线为研究对象， 发现再生粗骨料取代率在 加 H 他 m ；宝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 孙平平， 等： 再生骨料混凝土内 钢筋锈蚀影响因素试验研究 2 0 5 0 时， 钢筋锈蚀电流密度变化不大， 所以， 如果仅考虑 再生粗骨料取代率对钢筋锈蚀的影响，建议在设计再生骨料 钢筋混凝土构件配合比时可选再生粗骨料取代率为5 0 。 2 2 保护层厚度的影响分析 再生粗骨料取代率分别为O 、 2 0 、 5 0 ， 不掺粉煤灰时， 对不同 保护层厚 度条 件下的l 2 组试件( 配合比 见表3 ) 第1 5 0 d 钢筋锈蚀电流密度进行测试， 结果见图2 。 ， 表 3 保护层厚度影响试验的再生骨料混凝土配合比 图 2 保护层厚度对钢筋锈蚀 电流密度的影响 由图2 可见： ( 1 ) 保护层厚 度越大， 内 部钢筋电 流密度越小， 钢筋锈蚀 发展越缓慢。 其主要原因 是混凝土保护层较厚时， 氯离子、 氧 气和水等到达钢筋表面的时间也较长，延缓了钢筋钝化膜的 破坏时间， 降低了钢筋锈蚀的速率。 ( 2 ) 增大保护层厚度能明显提高钢筋的抗锈蚀能力， 但也 会增大构件的自 重、 不经济。依据本实验， 作者建议保护层厚 度取4 0 m m较为合适， 但在实际应用中， 充分考虑构件的结 构设计和经济性的情况下，寻求合适的再生骨料钢筋混凝土 保护层厚度也是本课题进一步研究的重点。 ( 3 ) 与再生粗骨料取代率为O 和2 0 的2 条曲线相比， 保 护层厚度对再生粗骨料取代率为5 0 的试件影响更大一些。 可见， 对于大取代率的再生骨料混凝土， 提高保护层厚度更能 有效地提高钢筋的抗锈蚀能力。 2 3 粉煤灰掺量的影响分析 再生粗骨料取代率分别为2 0 、 5 0 、 7 5 ， 保护层厚度均 为2 5 m m时， 对不同粉煤灰掺量条件下的1 5 组试件( 配合比 见表4 ) 第1 5 0 d 钢筋锈蚀电 流密度进行测试， 结 果见图3 。 表4 粉煤灰掺量影响试验的再生骨料混凝土配合比 编再生粗骨料水泥粉煤灰 号 取代率 k g k g 1 2 0 2 0 7 0 2 5 0 2 0 7 0 3 7 5 2 0 7 0 4 2 0 1 8 6 21 5 5 O 1 8 6 21 6 7 5 1 8 6 21 7 2 0 1 6 6 41 8 5 0 1 6 6 41 9 7 5 1 6 6 41 l O 2 O 4 5 6 2 l 1 5 O 1 4 5 6 2 1 2 7 5 1 45 6 2 1 3 2 O 1 2 4 8 3 1 4 5 0 1 2 4 8 3 1 5 7 5 1 2 4 8 3 水 再生 天然 砂 k g 粗骨料 k g粗骨料 k g ， lc g 1 1 4 2 3 94 9 5 7 6 6 3 1 1 1 4 5 9 8 5 5 98 5 6 3 1 l 1 4 8 9 77 2 9 9 3 6 3 1 1 1 4 2 3 94 9 5 7 6 6 3 1 1 1 4 5 98 5 5 98 5 6 3 1 1 1 4 8 9 77 2 9 9 3 6 3 1 1 1 4 2 3 94 9 5 7 6 6 3 1 1 1 4 5 98 8 5 9 8 5 6 3 1 1 1 4 8 9 77 2 9 9 3 6 3 1 l 1 4 2 3 94 9 5 7 6 6 31 l 1 4 5 9 88 5 9 8 5 6 31 1 1 4 8 9 77 2 9 9 3 6 31 l 1 4 2 3 94 9 5 7 6 6 31 1 1 4 5 9 85 5 9 8 5 6 31 l 1 4 8 9 77 2 9 9 3 6 31 图 3 粉煤灰掺量对钢筋锈蚀电流密度的影响 由图3 可见： ( 1 ) 粉煤灰有利于提高再生骨料混凝土内钢筋的抗锈蚀 性能。 分析其原因， 再生骨料表面粗糙， 孔隙率大， 而粉煤灰由 于其活性效应与微集料效应形成的水硬性胶凝物质填充了再 生骨料中以及骨料与水泥石之间界面的缝隙，提高了混凝土 的密实度， 使混凝土的孔隙率降低， 同时局部堵塞氯离子、 氧 气和水的渗入通道。 另外， 粉煤灰未水化时能通过物理吸附方 式大量吸附游离的C l 一 ， 从而延缓钢筋被锈蚀的时间。 ( 2 ) 粉煤灰掺量在3 0 以内 时， 钢筋锈蚀电 流密度的下 降比较明显， 而当粉煤灰掺量大于3 0 时， 电流密度下降不 明 显。 有研究表明 q ， 再生骨料混凝土的 抗压强度随粉煤灰 掺量增加先提高后降低， 适量的粉煤灰掺量有利于提高混凝 土的抗压强度与和易性。 综合考虑再生骨料混凝土的物理力学 性能、 生产工艺及其经济性， 建议粉煤灰的最佳掺量为： 再生 骨料取代率在5 0 以下时取 1 0 2 0 ，再生骨料取代率在 N E W BUI L DI NG MAT E RI AL 5 21 n 钾 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 孙平平， 等： 再生骨料混凝土内钢筋锈蚀影响因素试验研究 5 0 以上时取2 0 一 3 0 。 3 结语 ( 1 ) 随 着再生粗骨料取 代率的 增加， 再生混 凝土内 钢筋锈 蚀电 流密度基本随 之增 大， 钢筋抗 锈蚀能 力变差。 但是 再生粗 骨料取代率在2 0 一 5 0 时， 钢筋的抗锈蚀能力下降不显著， 再生粗骨料取代率取 5 0 比较合适。 ( 2 ) 增加混凝土保护层厚度能有效防止再生骨料混凝土内 钢筋锈蚀， 在充分考虑构件的结构设计和经济性的情况下， 保 护层厚度取4 0 m m较为合适。 ( 3 ) 掺入粉煤灰有利于提高再生骨料混凝土内钢筋的抗 锈蚀性能， 综合考虑再生骨料混凝 土的 物理力学性能、 生 产工 艺 及其经济性， 建议粉煤灰的 最佳掺量为： 再生骨料取代率 在 5 0 以下时取 1 0 2 0 ，再生骨料取代率在 5 0 以上时 取 2 0 3 0 。 参考文献： 【 1 1 刘 数华 ， 冷 发光 再生 混凝土 技术 M】 北 京： 中国建材 工业 出版 社， 2 0 0 7 2 】2 V a l e r i a C o r i n a t d e s i ， V i v i a n a L e t e l i e r ， G i a c o mo Mo r i e o n i B e h a v i o u r o f b e a m- c o l u mn j o i n t s ma d e 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 t e 111 11 d e r c y c l i c l o a d i n gJ J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 1 1 ， 2 5 ： 1 8 7 7 一l 8 8 2 3 A r r e d o n d o - R e a S P ， C o r r al- Hi g u e r a R， N e ff- F l o r e s M A， e t o 1 E l e c t r o c h e m i c a l c o r r o s i o n a n d e l e c t ri c a l r e s i s t i v i t y o f r e i n f o r c e d 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 【 J 】 I n t J E l e c t r o c h e mS c i ， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 4 75 4 8 3 4 孙亚丽 ， 田芳 ， 叶青 养护 条件 对再生混凝 土抵抗碳 化和钢筋锈 蚀能力的影响 J 】 中国建材科技， 2 0 0 9( 6 ) ： 4 0 4 4 5 】 顾 荣军， 耿欧 袁江 ， 等 再生混凝土 内钢筋腐蚀速 率的初 步试 验 研究【 J 徐州建筑职业技术学院学报， 2 0 1 0 ， 1 0( 1 ) ： 1 9 2 1 【 6 S t e m M， G e a r y A L E l e c t r o c h e mi c a l p o l a ri z a t i o n- a t h e o r e t i c a l a n a l y s i s o f t h e s h a p e o f p o l a r i z a t i o n c u l v e s J 1 J E l e c t r o c h e m S o c ， 1 9 5 7， 1 0 4： 5 6 6 3 7 陈爱玖， 潘丽云， 王静， 等 再生混凝土抗氯离子渗透试验研究 J 新型建筑材料， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 5 - 7 8 】 李俊 ， 尹健 ， 周士琼 ， 等 粉 煤灰与矿渣对再生骨料混凝土力学性 能影 响的研究 J 混凝土 ， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 8 O 一 8 3 9 】 许 元 粉煤灰对 再生混凝 土性 能影响 的研究【 J 1 新 型建筑材 料 ， 2 01 2( 7 )： 7 2 7 4 1 0 】 王武祥， 程清波 粉煤灰掺量对再生混凝土性能影响的研究I J J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 0 ( 1 ) ： 6 3 8 3 A 瓦克推出经过改良的玻璃棉和岩棉用憎水剂 总部设在慕尼黑市的瓦克化学集 团开发了一种新型的、 用于对玻璃棉和岩棉进行憎水处理的水基硅油乳液 S I L R E S B S 5 1 3 7 ， 该产品可与酚醛树脂粘结剂结合使用， 后者常用来生产保温材料。硅油乳液具有优异的憎水效应， 是理想的憎水剂， 能够长期确保矿物保温材料不受潮气的侵蚀。 S I L R E S B S 5 1 3 7硅油乳液是瓦克化学集团久经市场验证的 S I L R E S B S 5 1 3 6憎水剂的升级产品。这两类产品 均含有反应性聚二甲基硅氧烷， 是一种 已被证实极其适用于对矿棉进行持久憎水处理的有效成分。与上一代产品不 同的是， S I u S B S 5 1 3 7具有更为优异的乳化剂系统， 能够在稳定细粒乳液的同时， 防止产品过度黏稠或过度亲水。 该乳液产品使用时的黏度比上一代添加剂降低了9 0 ， 而有效成分含量却基本无变化。 使用这种新型添加剂， 能够更快、 更有效、 并且更具经济效率地对保温材料进行憎水处理， 容器的排空变得更加 简便， 憎水剂能够更快、 更方便地输入生产设备。 此外， 添加剂的黏度因为比同类产品要低许多， 因此更加易于产品的 混合与稀释， 保障生产流程的稳定性。 S I L R E S B S 5 1 3 7的有效成分含量高达 5 0 ， 有效成分分布均匀稳定， 并且能与酚醛树脂很好地相容， 是一种高 效能的憎水剂， 只需成品矿物棉干燥质量 0 1 0 2 的用量， 便可使矿棉保温材料获得理想的憎水性能。 产品有机硅 分子的活性基团能够使有机硅牢固地附着于矿物纤维， 使产品具有持久的憎水性。 该乳液经水稀释， 在矿物熔体纤维分离后， 立即与粘结剂和其它添加剂一起喷涂于材料表面。使用 S I L R E S B S 5 1 3 7钧矿棉即使在运输和建筑施工期间遇受雨淋或环境潮湿的情况下， 仍能长期保持干燥， 保障保温性能。 瓦克化学集团将全部建筑物保护用有机硅产品归入 S I L R E S B S 系列。这些产品的原料基础为憎水性硅烷、 硅 油、 硅树脂和水性有机硅乳液， 产品主要用于建筑材料的憎水处理， 使建材具备防潮功能， 长期不被损坏。 ( 雪) 2 2 新型建筑材料 2 0 1 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m