再生骨料混凝土钢筋抗锈蚀能力影响因素分析.pdf

水利水电技术第4 4卷2 O 1 3年第1 0期 再 生骨料 混凝 土钢 筋抗锈 蚀能力 影响 因素分析 叶 良 ，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 ：根据影响钢筋锈蚀的主要 因素 ，通过 实验 室加速钢筋锈蚀方法，采用 了正交试验设计对再生 混凝土和原生混凝土 内部钢筋锈蚀参数进行 测试并通过极差分析确定 了因素的主 次，得到 了最优组 合，为进一步研究再生骨料混凝土的耐久性提供依据。 关键词 ：再生骨料 ；钢筋锈蚀 ；影响因素 中图分类号 ：T U 5 2 8 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 3 ) 1 0 0 1 2 4 0 3 An al y s i s o n f a c t o r s o f i mpa c o n c o r r os i o n- r e s i s t a nc e o f r e i nf o r c e m e nt i n s i de o f r e c yc l e d a g gr e g a t e c o n c r e t e YE Li a n g ， S UN Pi n g p i 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 ri 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 ) Ab s t r a c t ： Ac c o r d i n g t o t h e ma i n f a c t o r s o f t h e i mp a c t s o n t h e c o r r o s i o n o f t h e r e i n f o r c e me n t ， t h e p a r a me t e r s o f t h e c o r r o s i o n s o f t h e r e i n f o r c e me n t s i n s i d e o f b o t h 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 n d t h e o r i g i n a l c o n c r e t e a r e t e s t e d wi t h t h e o r t h o g o n a l e x p e r i me n t a l d e s i g n，a n d t h e n t h e s e q u e n c e o f t h e f a c t o r s i s d e t e r mi n e d w i t h t h e r e l e v a n t r a n g e a n a l y s i s ；f r o m wh i c h a n o p t i ma l c o mb i n a t i o n i s o b t a i n e d f o r p r o v i d i n g a b a s i s for t h e f u r t h e r s t u d y ma d e o n t h e d u r a b i l i t y o f t h e r e c y c l e d a g gre 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 a g g r e g a t e；r e i nfo r c e me n t c o r r o s i o n；i mp a c t f a c t o r 再生骨料混凝 土是指 将废弃 的混凝土 块经过破 碎 、清洗 、分级后 ，按一定 比例 与级配混合 ，部分 或全部代替砂石等天然骨料 ( 主要是粗骨料 ) ，再加 入水泥 、水 等配 制 而成 的新混 凝 土 。但 鉴 于再 生 骨料混凝 土 的特 殊性 ，其 对钢 筋 的保 护 作用 相 对较 弱 ，钢 筋较 易 发生 锈蚀 。本 文 结合 国 内外 有 关研究 成果 j ，将 不 同再 生 骨 料 取代 率 、不 同规 格 钢筋 、不 同保 护层 厚度 和 不 同粉 煤 灰掺 人 量作 为影响钢筋 锈蚀 的主要 因素 ，通过 实 验 室加 速 钢 筋锈蚀方法 ，对再 生 骨 料混 凝 土 和天 然 骨料 混 凝 土 内部钢筋 锈 蚀参 数 进行 测 试 ，并 进 行 四因素 三 水平正 交试 验设 计 及极 差 分 析 ，确定 不 同 因 素对再生 骨料 混凝 土 钢 筋锈 蚀 的影 响 程度 ，为 进 一 步研究如 何 提高 再生 骨 料混 凝 土 的耐 久性 提 供 依据 。 1 2 4 1 试验概况 1 1 试验 思 路 在试验方案 中设置 四个 影响 因素 ，即 A为再 生 粗骨料取代率 ；B为钢筋种类 ；C为保护层厚度 ；D 为粉煤灰掺人量 。每个影响因素各设置 3种水平 。通 过在不同龄期对混凝土内部钢筋锈蚀的测定 ，得到钢筋 锈蚀电流密度，并对某龄期测定 的数据进行极差分析， 从m f 确定个影响因素的主次顺序，为探寻再生骨料混凝 收稿 日期 ：2 0 1 2 1 0 2 4 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) ；浙江省 2 0 1 3年 自然科 学基金 资助项 目( L Y1 3 E 0 8 0 0 1 8 ) 。 作者简介 ：叶良( 1 9 7 3 一 ) ，男 ，副教授 。 Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d r o p o we r En g i n e e r i n g Vo 1 4 4 No 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土中钢筋的锈蚀规律和配制再生骨料混凝土提供依据。 1 2试验方案 正交试验表采用 L 9 ( 3 4 ) 正交设计试验方案。再生 粗骨料取代率取 0 ，2 5 ，5 0 三个水平 ；钢筋种 类分光 圆钢筋 ( H P B 3 5 ) ，月牙纹钢筋 ( HR B 3 3 5 ) ， 月 牙纹钢筋 ( HR B 4 0 0 ) 三个水平 ； 保护层厚度取 2 5 m m， 3 5 m m，4 5 m m 三 个 水 平 ；粉 煤 灰 掺 入 量 取 0 ， l 0 ，2 0 三个水平( 见表 1 ) 。 表 1 正 交试验 四因素三水平 A再生粗骨 C保护层 D粉煤灰 因素 B钢筋种类 料取代率 厚度 mm 掺入量 水平 1 O HP B 2 3 5 2 5 0 水平 2 2 5 H RB 3 3 5 3 5 l 0 水平 3 5 0 H R13 4 O 0 4 5 2 0 试验设计用 1 5 0 m m x 1 5 0 m m X 3 0 0 m m棱柱体试 件 9组 ，每组相同试件 3块 ，试件总数 为 2 7块。钢 筋至试件边距离分别为 2 5 mm、3 5 m m、4 5 m m。再 生骨料混凝土 的设计强度 等级 为 C 3 0，根据 普通混 凝土配合 比设计 规程 ( J G J 5 5 -2 0 0 0 ) 确定水胶 比为 0 5 5 ，试件配合 比如表 2所列。 表 2再生骨料混凝土 配合比 k g m 编号 水泥 粉煤灰 水 再生粗骨料 天然粗骨料 天然 细骨料 1 2 0 7 O 1 1 4 0 1 1 9 7 6 31 2 1 8 6 3 2 O 7 1 1 4 0 1 1 9 7 6 3 1 3 1 6 5 6 4 1 4 l 1 4 O 1 1 9 7 6 3l 4 1 6 5 6 41 4 l 1 4 2 9 9 8 9 8 6 31 5 2 0 7 0 1 1 4 2 9 9 8 9 8 6 31 6 1 8 6 3 2 0 7 1 1 4 2 9 9 8 9 8 6 3 1 7 1 8 6 3 2 0 7 1 1 4 5 9 8 5 5 9 8 5 6 3 1 8 1 6 5 6 4 1 4 1 1 4 5 9 8 5 5 9 8 5 6 3 1 9 2 0 7 O 1 1 4 5 9 8 5 5 9 8 5 6 3l 根据课题试验的要求 ，需要在实验室加速钢筋锈 蚀，从而在较短时间内得到试验数据。具体做法：将 再生骨料混凝 土试件在标 准养 护室养护 2 8 d后 ，在 浓度为 3 5 的 N a C 1 溶液中浸泡 4 d ，又在 自然环境 中风干 4 d ，如此不断地进行循环 。本试验采用 电化 学工作站测试混凝土试件 内部钢筋 的锈蚀参数 ，最后 取第 1 5 0 d的数据进行分析。 1 3试 验材 料 ( 1 ) 普通硅酸盐水泥 ：强度等级为 4 2 5 。( 2 ) 粉 煤灰 ：采用 I级粉煤灰 ，细度指标为 1 1 。( 3 ) 细骨 料 ：河砂 ，细度模数为 2 6 。( 4 ) 天然 粗骨料 ：碎石 粒径为 52 0 m m。( 5 ) 再生粗骨料 ：由废弃混凝土 梁经人工和鄂式破碎机破碎而成 ，粒径为 52 0 mm。 水利水电技术第 4 4卷2 O 1 3年第 1 0期 叶良， 等再生骨料混凝土钢筋抗锈蚀能力影响因素分析 ( 6)钢 筋 ：光 圆 钢 筋 ( H P B 2 3 5)和 月 牙 纹 钢 筋 ( HR B 3 3 5 ) ，直径均为 1 6 m m，每根长 3 5 0 m m。再生 骨料与天然骨料性能指标对比如表 3所列 。 表 3 粗 骨料 的主 要物理指标 物理性质 再生粗骨料 天然粗骨料 堆积密度 k g m。 1 l o o 1 3 5 0 吸水 率 2 O 8 最小粒径 ram 5 5 最大粒径 ra m 2 0 2 0 2 试验结果及分析 钢筋锈蚀电流密度测试结果如表 4所列 ，极差分 析如表 5所列。表 中 为影 响因素水平 为 i 的电流 密度之和，K 为影 响因素水平为 i 的 电流密度平 均 值 ，尺为极差。 2 1 再生骨料取代率的影响 根据表 4和表 5及试验数据 ，混凝土中钢筋锈蚀 电流密度随再生骨料取代率 的增加而增大 ，而天然骨 料的混凝土，其钢筋锈蚀 电流密度要小于其他各组 。 再生粗骨料 由于在服役期间和破碎过程 中受 到损伤 ， 表面会产生很多细小 的裂缝 ，同时再生粗骨料表面还 存在部分空隙率较大的水泥石 ，这些裂缝和空隙中的水 和空气会使再生粗骨料混凝土抗氯离子侵蚀能力下降。 表 4 试验结果 ( 测 第 1 5 0天钢筋锈蚀 电流密度 ) 钢筋锈蚀电流密度 编号 ，4 口 C D A c m 一 1 1 ( O ) 1 ( H P B 2 3 5 ) 1 ( 2 5 m m) 1 ( O ) 0 1 1 2 3 2 1 ( O ) 2 ( HR B 3 3 5 ) 2 ( 3 5 m m) 2 ( 1 0 ) 0 0 6 4 5 3 1 ( O ) 3 ( HR B 4 0 0 ) 3 ( 4 5 ra m) 3 ( 2 0 ) 0 0 5 8 3 4 2 ( 2 5 ) 1 ( H P B 2 3 5) 2 ( 3 5 m m) 3 ( 2 0 ) 0 0 7 3 6 5 2 ( 2 5 ) 2 ( H RB 3 3 5 ) 3 ( 4 5 mm) 1 ( 0 ) 0 0 8 4 5 6 2 ( 2 5 ) 3 ( HR B 4 0 0 ) 1 ( 2 5 mm) 2 ( 1 0 ) 0 0 9 0 2 7 3 ( 5 0 ) 1 ( H P B 2 3 5 ) 3 ( 4 5 m m) 2 ( 1 0 ) 0 0 9 3 4 8 3 ( 5 0 ) 2 ( HR B 3 3 5 ) 1 ( 2 5 m m) 3 ( 2 0 ) 0 0 8 5 2 9 3 ( 5 0 ) 3 ( H RB 4 0 0) 2 ( 3 5 mm) 1 ( O ) 0 1 2 6 4 2 2钢筋种类的影响 由以上分析可知，带肋钢筋的抗侵蚀能力要比光 圆钢筋要强 ，一是 由于带肋钢筋的表面很不规则 ，且 钢筋肋及其之间的水泥浆能较好地抵抗氯离子等有害 物质的侵蚀；二是由于带肋钢筋中硅锰等合金元素含 量较高 ，使钢筋得到一定 的保护。但 由于再生骨料的 化学成分也 比较复杂 ，故极差分析中出现 H R B 3 3 5抗 侵蚀能力要强于 H R B 4 0 0 ，这可能是因为本试验 的误 差或是由于再生骨料与钢筋间的化学变化引起的，这 些问题还有待于进一步研究。 1 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 叶良， 等再生骨料混凝土钢筋抗锈蚀能力影响因素分析 表 5 极 差分 析 项 目 日 C D ， 0 2 3 5 l 0 2 7 9 3 0 2 8 7 7 0 3 2 4 l 0 2 4 8 3 0 2 3 4 2 0 2 6 5 4 0 2 4 8 1 0 3 0 5 0 2 7 4 9 0 2l 7 1 O 21 7 1 0 0 7 8 4 0 0 9 3 l 0 0 9 5 9 0 1 O 8 ， 0 0 8 2 8 0 0 7 8 l 0 0 8 8 5 0 0 8 2 7 0 1 O1 7 O O 9l 6 0 0 7 2 4 0 0 7 2 4 优水平 1 C 3 D 3 R 0 0 2 3 3 0 O 1 5 0 0 2 3 5 0 0 3 5 6 主次顺序 D C A B 2 3保护层厚度的影响 由试验数据可以初步得 到保护层厚度越 大 ，内 部钢筋 电流密度 越小 ，抗 侵蚀能力越强 的规律 。这 主要是 因为水 、空气及氯 离子进入混凝 土到达 钢筋 表面的路径会延 长 ，这样 钢筋钝化膜被破坏 的时 间 就延 长了 ，钢筋锈蚀 的速率也就 降低 了。其 他文献 也证明钢筋混凝土适 当地增加混凝土保护层厚度能 有效提高钢筋抗侵蚀 能力 ，这与本试 验研究结论一 致 。 2 4粉煤灰掺入量的影响 据分析 ，掺粉煤灰能够有效提高再生混凝土抗氯 离子渗透能力，并且是本试验中的第一影响因素。但 其他研究表明，过多地掺人粉煤灰会使再生骨料混凝 土强度降低 。 根据本试验中的数据进行极差分析 ，因素 A、曰、 C、D的极差计算结果列于表 5中，由于 R 。 R 。 R R ，因此可以判断 因素粉煤灰 掺人量是影 响试验 指标的主要因素 。 3结论 ( 1 ) 提高再生骨料取代率会使钢筋混凝土抗氯离 子侵蚀能力下降 ；再生骨料取代率对钢筋的抗侵蚀能 力影响较小 。 ( 2 ) 带肋钢筋的抗侵蚀能力要好于光圆钢筋 ；钢 筋种类对钢筋的抗侵蚀能力影响很小 ；带肋钢筋与再 生骨料混凝土之间的化学变化还有待于进一步研究。 ( 3 ) 适当增加保护层厚度 ，有利于提高再生混凝 土中钢筋的抗侵蚀能力 ；保护层厚度对钢筋的抗侵蚀 能力影响较大。 ( 4 ) 掺入粉煤灰有利于提高钢筋 的抗侵蚀 能力； 粉煤灰掺量对钢筋的抗侵蚀能力影响最大 ；再生混凝 土中的粉煤灰掺量不宜过大 ，应考虑粉煤灰对混凝土 抗压强度的不利影响。 ( 5 ) 对混凝土内钢筋锈蚀电流密度进行极差分析 后发现 ，粉煤灰掺量对钢筋 的抗侵蚀能力影响最为显 著 ，然后依次是保护层厚度 、再生骨料取代率 、钢筋 种类因素 ，各因素的最优组合为 D C A 。 B 。 参考文献 ： 1 肖建庄 ，李佳彬 ，兰阳 再生骨料混凝土技术研究最新进 展与 评述 J 混凝土 ，2 0 0 3 ( 1 O) ：1 7 2 O 2 刘玉莲 ，曹 明莉 ，张会 霞 再 生混凝 土耐久 性研究 进展 J 混凝土 ，2 0 1 3 ( 4) ： 9 4 9 7 3 徐慧珠 ，熊文凯 混凝 土中钢筋锈 蚀机理 及防治措 施 J 安 徽建筑 ，2 0 1 2 ( 3 ) ：8 4 8 5 4 李俊 ，尹健 ，周士琼 ，等 基 于正交试验 的再生骨料混 凝土强 度研究 J 土木工程学报 ，2 0 0 6，3 9 ( 9 ) ：4 3 4 6 ( 责任编辑郭利娜 ) 一 ， - 一 ， 1 ( 上接第1 2 3页) 大坝性态分析结果是一致的。 9 7 0 9 6 5 g 9 6 O 遥9 5 5 9 5 0 9 4 5 9 4 0 4 6 水位分量位移 mm 图 6 2 2 测点老 、新系统连接后径 向位移 水位 分量 与上游水位相关 图 形态基本一致 ，表明连接后测值序列与老系统测值对 1 2 6 通过对老、新系统数据序列及连接后 的数据系列 的分析评价，对新老系统监测值进行衔接的基础资料 是可靠的 ，数据连接方法及有关参数是合理的。 4结论 东风垂线新 、老系统观测精度接近，可对新系统 基准值拟合后与老系统数据连接。通过统计模型拟合 并确定基准值连接后的测值序列可满足分析需要 ，连 接后测值序列建立的模型有很好的拟合效果，测值合 理地反映了水位及温度等的影响，时效分量形态基本 正常。该方法可适用于其他监测系统改造后的基准值 拟合 。 ( 责任编辑陈小敏 ) 水利水电技术第4 4卷2 0 1 3年第 1 0期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m