裂缝及表面防水处理对混凝土中钢筋锈蚀的影响.pdf

钎 建廉 全 国 中 文 核 心 期 刊 裂缝及表面 水处理对混凝土中 钢筋锈蚀的影晌 任昭君 ， 孙志伟 ， 苏卿 ， ( 1 滨 州职业学 院， 山东 滨州2 5 6 6 0 0 ： 2 滨州市财政局 ， 山东 滨州2 5 6 6 0 0 ： 3 西安建筑科技大学 ， 陕西 西安7 1 0 o 5 5 ) 摘要 ： 混凝土结构存在着大量的裂缝， 这些裂缝成为侵蚀性离子如氯离子进入混凝土的便捷通道， 而氯离子又是诱发混凝土中 钢筋锈蚀的主要因素之一。采用硅烷 防水剂对混凝土表面进行处理， 在混凝土表层建立氯离子隔离层 ， 有效抵抗氯离子 的侵蚀 ， 进 而在 一定程度上减缓钢筋锈蚀的速率 。并研究 了混凝土裂缝与表面防水处理的先后顺序对钢筋锈蚀 的影响 。 关键词 ： 混凝土裂缝； 硅烷防水剂； 表面防水处理； 钢筋锈蚀 中图分类号： T U 5 T2 文献标识码： A 文章编号 ： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 O ) 0 6 0 0 8 1 0 4 I n flu e n c e o f c r a c k s a n d s u r f a c e wa t e r p r o o fi n g t r e a t me n t o n c o r r o s i o n o f s t e e l i n c o n c r e t e R E N Z h a o j u n ， S U N Z h i w e i ， S U Q i n g 3 ( 1 Bi n z h o u Vo c a t i o n a l Co l l e g e ， Bi n z h o u 2 56 6 0 0， S h a nd o n g ， C h i n a ； 2 B i n z h o u F i n a n c e Bu r e a u， Bi n z h o u 2 5 6 6 0 0， S h an d o n g ， C h i n a ； 3Xi a n Un i v 0 f Ar c h & T e c h ， Xi an 71 0 0 5 5， S h a a n x i ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： L a r g e n u mb e r s o f c r a c k s c o n s i s t i n c o n c r e t e s t r u c t u r e s ， w h i c h m a k e e r o s i v e i o n s l i k e C I c o me i n t o c o n c r e t e e a s i l y Ch l o rid e i o n i s o n e of t h e ma i n f a c t o r s wh i c h i n d u c e t h e s t e e l c o r r o s i o n i n c o n c r e t e On c o n c r e t e s u r f a c e wa t e r p roo fin g t r e a t me n t c a n ma k e a s e c l u s i o n l a y e r wh i c h r e s i s t t h e e r o s i v e i o n s l i k e C1 一 e ffe c t i v e l y， f u r t h e r v a n r e d u c e t h e r a t e of s t e e l c o r r o s i o n t o a c e rt a i n e x t e n t Th e i n flu e n c e o f s e q u e n c i n g of c r a c k s a n d s u r f a c e wa t e rpr o o f t r e a t me n t o n c o r r o s i o n of s t e e l i n c o n c ret e i s a l s o s t u d i e d i n t h i s pa p e r Ke y wo r d s ： c o n c r e t e c r a c k ； s i l a n e wa t e rpr o o fi n g a g e n t ； s u r f a c e w a t e rpr o o f i n g t r e a t m e n t ； s t e e l c o r r o s i o n O 前言 裂缝是混凝土工程中最常见的一种缺陷，当裂缝较宽较 深时， 会影响结构的抗渗性能， 导致水分及有害物质渗入， 诱 发钢筋锈蚀或加速混凝土的自 然老化，从而损害工程结构的 承载能力、 使用功能和耐久性。 混凝土表面防水剂有多种，依据防止潮气入侵的方法不 同， 防水剂可分为防水型和斥水型2 大类【l J 。本文采用的硅烷 溶液是混凝土表面防水材料中一种应用较为广泛的斥水型防 基金项目： 国家“ 十一五 技支撑计划项目( 2 0 o 6 B A J 0 2 B 0 4 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 2 2 6 作者简介： 任昭君， 女， 1 9 8 0 年生， 山东青岛人， 硕士， 主要研究方向 为混凝土结构耐久性。 地址 ： 山东省滨州市黄河十二路 9 1 9号 ， 电话： 1 58 5 4 31 2 9 3 9， E ma i l ： y i r i ren 1 6 3 Co m。 水剂。 经硅烷防水剂处理过的基材具有良好的斥水效应， 能有 效阻止水分的侵入。 同时， 由于斥水型防水剂没有封闭基材毛 细管通道， 不妨碍水气由里向外扩散， 使得基材具有良好的透 气性闭 。 1 试验 1 1 混凝土配合 比 本课题制备了水灰比为0 4 和0 6 的2 种混凝土， 其配合 比见表 1 。 表 1 混凝土配合 比 N E W BU1 1 DI NG M ATE R I AL S 81 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 任昭君， 等： 裂缝及表面防水处理对混凝土中钢筋锈蚀的影响 1 2 试件成型和养护 根据试验需要， 采用直径为 1 0 n l m ， 长为3 6 0 m m的螺纹 钢， 钢筋在使用之前要进行除锈： 先用钢丝刷和砂纸去除表面 较为严重的锈斑， 接着将钢筋浸泡在浓度为 1 0 的稀硫酸溶 液中1 0 1 5 ra i n ， 然后取出用自来水清洗， 再把钢筋泡在正己 烷溶液中约3 0 m i n ， 最后用于净的钢丝刷刷至钢筋接近底色。 为了在试验结束时计算钢筋的质量损失， 将处理好的钢 筋称量并做标记。 然后将钢筋两端用环氧树脂或石蜡密封好 并缠上一层绝缘带，只留出钢筋中央约2 0 m i l l 的裸露部分 进行锈蚀试验。试验处理好的钢筋见图1 。 图 1 处理好的钢筋 将处理好的钢筋放置在模具内，然后按设计配合比称量 各种原材料， 将混合料在卧轴强制式混凝土搅拌机中搅拌， 先 干拌1 m i n ， 然后加入拌合用水， 继续搅拌， 总搅拌时间为3 ra i n 。将搅拌均匀的混凝土装入钢模中振捣成型， 为了不影响 混凝土防水处理效果， 浇筑时不使用脱模剂。 混凝土成型2 4 h 后拆模， 将混凝土试块放在标准混凝土养护室f ( 2 0 3 ) 、 相 对湿度不低于9 0 1 q 养护至试验龄期。试验过程中， 实验室 内条件为( 2 0 + 3 )， 相对湿度为5 0 7 0 。 1 _ 3 试验流程 将在标准混凝土养护室里养护2 8 d 后的试件取出， 试验 分2 个系列进行。 为了便于区分， 混凝土的代号及其表示含义 如下( 字母 C和W的先后顺序表示相应试验的先后， M表示 外界氯离子) ： 混凝 土水灰 比( 0 4或 0 6 ) 裂缝 宽度 ( 1 0 1 ra m； 4 O 4 mm ) c 一后诱导裂缝， w一 后防水处理 ， N 一 未处理 c 一先诱导裂缝 ， w一先防水处理 系列I ： 研究先诱导裂缝、 后硅烷表面防水处理对钢筋锈 蚀的影响。将养护2 8 d 的试件M C W进行诱导裂缝， 裂缝的 宽度分别为0 1 m m和O 4 m m， 然后进行防水处理， 自 然干燥 7 d 后， 再向 试件顶部的小箱内倒入3 的N a C 1 溶液， 直到检测 的 钢筋显示已 经锈蚀， 将N a C I 溶液倒出， 把试件放在实 验室 内自 然干燥7 d ， 最后进行8 h的水和7 d自 然干燥的循环， 直 到试验结束。 系列： 研究先硅烷表面防水处理后诱导裂缝对钢筋锈 蚀的影响。将养护2 8 d的试件M WC先进行防水处理， 自 然 干燥7 d 后再诱导裂缝，裂缝宽度分别为O 1 m m和0 4 m m ， 8 2 新型建筑材料 2 0 1 0 6 然后向试件项部的小箱内倒入 3 的N a C 1 溶液直到检测的 钢筋显示已经锈蚀， 将N a C 1 溶液倒出， 把试件放在实验室内 自 然干燥7 d ， 最后进行8 h 的水和7 d自 然干燥的循环， 直到 试验结束。 2 试验结果分析及讨论 2 1 先诱导裂缝后硅烷表面防水处理对 钢筋锈蚀的影响 ( 见图2 图5 ) 一 6 0 0 名 5 0 0 酒 4 0 0 趔 3 0 0 鲁 2 0 0 1 0 0 血0 1 0 0 县 艇 釉 基 蝗 图 2 甘汞半 电池 电位值与时间的关系 图 3 钢筋的腐蚀 电流密度值与时间的关系 O 8 芝 0 6 禽 0 4 岛 羹 0 M C w 卜0 4 M c w 4 0 4 l 6 M C w 4 0 6 图 4 锈蚀钢筋 的质量损失 M C $ 1 0 4 ( 极少量锈迹) M C W 4 0 4 ( 大量红锈) M C W 1 0 6 ( 少量红锈) M C W 4 0 6 ( 红锈布满钢筋) 图 5 钢 筋的锈蚀状况 I I I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 任昭君， 等： 裂缝及表面防水处理对混凝土中钢筋锈蚀的影响 图2 图5 试验结果表明， 裂缝宽度对混凝土中钢筋前期 的锈蚀影响较为明显。裂缝宽度为0 4 m m的试件， 水灰比对 钢筋锈蚀的影响不显著： 裂缝宽度为0 1 m m的试件， 水灰比 对钢 筋后期的锈蚀影响比 较明 显。 裂缝的存在为氧气和水分的浸入创造了条件，使氯离子 的渗透可以在混凝土裂缝面上进行。当侵蚀性介质从裂缝开 口处到达裂缝底部的钢筋表面时，根据环境条件和裂缝宽度 的不同， 局部的钢筋锈蚀可能有不同的机理【引 。 先诱导裂缝、 后进行溶液表面防水处理时， 由于防水剂可 以进入裂缝， 因此， 不仅混凝土表层是斥水的， 裂缝面也是斥 水的， 这样氯化钠溶液就不易进入裂缝。 钢筋的锈蚀机理可以 理解为是裂缝底部的封填与修复 ( 见图6 ) 。 图 6 裂缝底部钢筋锈蚀 的封填机理示意 混凝土产生裂缝后，再用硅烷溶液对混凝土进行表面防 水处理， 将暴露的钢筋表面与外界的水和含有氯离子的溶液 隔离。这样， 裂缝底部最初的暴露表面就与外界环境中的湿 气与氧气隔离，裂缝底部最初的锈蚀过程逐渐减缓最终停 止。此外， 硅烷溶液渗入混凝土内部， 与水泥水化产物反应 并填塞毛细孔隙， 可以使0 2 m m以下裂缝自 愈合， 防止裂缝 发展。本课题中裂缝宽度为O 1 m m的试件，在进行防水处 理后， 半电池电位值负向减小， 钢筋的腐蚀电流密度降低， 锈蚀程度减缓。 2 2 先硅烷表面防水处理后诱导裂缝对 钢筋锈蚀的影响( 见图7 图 1 0 ) 名 蚓 井 图 7 甘汞半电池 电位值与时间的关系 e 懒 煺 甚 蜒 图 8 钢筋的腐蚀电流密度值与时间的关系 专 褂 1l田 j】 譬 摇 器 -I II M W C 1 0 4 M W C 4 0 4 M W C I - 0 6 IC 4 - O 6 图 9 锈蚀钢筋的质量损失 M W C 1 0 4 ( 极少量红锈) I 1v c 4 0 4 ( 大量锈迹) M C 卜0 6 ( 少量红锈) 4 - 0 6 ( 锈迹布 满钢筋) 图 1 0 钢筋的锈蚀状况 图7 一 图 l 0 试验结果表明， 先进行硅烷溶液表面防水处 理、 后诱导裂缝时， 只有混凝土的表层是斥水的， 裂缝面的大 部分是不斥水的， 氯化钠溶液在毛细吸附作用下， 仍可以进入 裂缝， 并且在裂缝处， 氯化钠溶液是以三维的形式向混凝土内 扩散。 钢筋锈蚀机理可以理解为是持续锈蚀过程圈 ( 见图1 1 ) 。 II t 1 I t 姐 图 1 1 裂缝底部钢筋的持续锈蚀机理示意 当裂缝的底部遭受外界的环境因素持续冲刷的时候， 例 如大气的流动或混凝土表面的冲洗，裂缝底部的钢筋会始终 暴露， 并和各种致锈因素接触。 这时从裂缝底部开始的锈蚀就 会继续向两侧发展， 生成的铁锈会把钢筋表面阳极区域( 图 l 1 中的a a 0的空间填满， 造成表面压力的增大， 直到混凝土 NE W BUI L DI NG M ATE RI AL S 8 3 鲫瑚枷喜 伽詈 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 任昭君， 等： 裂缝及表面防水处理对混凝土中钢筋锈蚀的影响 表面碎裂。通过冲刷， 新暴露的表面a a 加入了阴极， 使得锈 蚀的阳极发展到邻近的钢筋表面a ， a 。 由此， 不断有新的表面 暴露出来加入阴极，裂缝底部的局部锈蚀会逐渐发展成全局 的锈蚀。 综上所述， 无论是先诱导裂缝还是先进行防水处理， 裂缝 越宽， 对锈蚀的产生和发展影响愈严重。有分析表明， 混凝土 表面裂宽与内部裂宽之间并不是单一直接的联系。大量实验 和调查结果表明 0 1 ， 宽度较小的裂缝( 0 1 ra m ) 锈蚀初期对 锈蚀发展的影响很小， 后期则没有任何影响； 较宽的裂缝 ( 0 2 5 m m ) ， 其初期对锈蚀发展的影响非常明显， 直到 1 0 年 后这种影响才变得很小。 有的试验结果则表明， 当裂缝宽度小 于0 5 11 1 1 11 时， 钢筋锈蚀量与裂缝宽度没有显著关系。因为尽 管裂缝使裂缝处的钢筋钝化膜受到破坏，但当混凝土开始锈 蚀后， 锈蚀速度和程度取决于氧向阴极的扩散， 而扩散受裂缝 的影响较小。 3 对实际工程中钢筋混凝土结构检测与 修复的建议 ( 1 ) 混凝土钢筋锈蚀的及时发现和准确诊断， 可以准确地 掌握结构耐久性实际损伤程度，是钢筋混凝土结构耐久性评 定、 剩余使用寿命预测和维修方案选择的重要前提， 没有可靠 的钢筋锈蚀量数据就没法得到可靠的评估和预测结果。 ( 2 ) 防水处理作为一种新型的提高耐久性措施， 必将得到 越来越广泛的应用。 对既有建筑进行表面防水处理， 可以延缓 混凝土结构，尤其是处于侵蚀性环境中混凝土结构的修复时 间，从而提高钢筋混凝土结构的使用寿命：对于带裂缝的结 构， 则可以在裂缝出现之后及时地对其进行表面防水处理， 避 免裂缝区成为钢筋首先锈蚀的地方， 提高结构的耐久性。 参考文献： 1 】 Ma s t a i r W S t u p a r t Wa t e r r e p e l l e n t t r e a t me n t s f o r b ri c k w o ： J J C h e mi s t r y & I n d u s t ry， 1 9 9 3( 1 O) ： 8 0 9 -8 1 1 2 J 黄桂柏， 党涛， 刘芳 ， 等， 硅烷封闭涂料用 于建构筑物的维护加 新 型建筑材料 ， 1 9 9 8 ( 5 ) ： 2 3 2 5 【 3 胡晓旭 钢筋混凝土结构裂缝与钢筋锈蚀的影响 J 1 。 辽宁交通科 技， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 5 ) ： 3 3 3 5 4 】 张德峰， 吕志 涛 裂缝对预应力混凝土结构耐久 性的影 响【 J 】 工业 建筑 ， 2 0 0 0 ， 3 0 ( 1 1 ) ： 1 1 - 1 4 ， 5 】 F r a n c o i s R， A r l i g u i e C E f f e c t o f m i c r o c r a c k i g a n d c r a c k i n g O i l t h e d e v e l o p me n t o f c o r r o s i o n i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e me m b e r s J Ma g a z i n e o f C o n c r e t e Re s e a r c h ， 1 9 9 9 ， 51( 2) ： 1 4 3 -1 5 0 【 6 】 L i K， C a p r a B， B e r n a r d 0， e t D u r a b i l i t y m o d e l l i n g o f r e i n f o r c e m e n t C O I T O S i O n i n c r a c k e d e o n e r e te s t r u c t u r e s C I n t e r m a t i o n a l RI L EM S y mp o s i u m o n Ad v a nc e s i n Co n e r e t t h r o u g h S c i e n c e a n d En g i n e e r i n g ， Ch i c a g o ， US， 2 0 0 4( 3 ) ： 2 2 - 2 4 7 We y e rs R E S e r v i c e l i f e mo d e l f o r c o n c r e t e s tr u c t u r e s i n c h l o r i d e L a d e n e n v i r o n m e n t s J AC I Ma t e r i a l s J o u rnal， 1 9 9 8 ， 9 5( 4 ) ： 4 4 5 4 5 3 8 】 F o r t R， G o n z d l e z A C o mp ara t i v e s t u d y o f t h e e ff i c i e n c y of s i 】 一 a ri e s ， me t h a c r y l a t e s a n d mi e r o wa x e s - b a s e d t r e a t me n t s a p p l i e d t o t h e s t o n e ma t e r i als o f t h e r o y a l p a l a c e of ma d ri d C s p a i n， V F a s s i n a ， e d ， Pr o c e e d i n g s o f t h e n i n t h I n t e r n a t i o n a l c o n g r e s s o n d e t e rio r a t i o n a n d c o ns e r v a t i o n o f s t o n e ， Ams te r da n， 1 9 9 6 ：l 21 5 1 2 21 9 N o b u a k i O t s u k i ， S h i n - i c h i Mi y a z a t o I n f l u e n c e s o f b e n d i n g c r a c k a n d wa t e r c e me n t r a t i o n o n c h l o r i d e - I n d u c e d c o r r o s i o n o f ma i n r e i n f o r c i n g b a r s a n d s t i r r u p s J A C I Ma t e ri a l s J o u r a l ， 2 0 0 0( 7 8 ) ： 4 5 4 - 4 6 4 1 o 1 龚洛书 混凝 土的耐久性及其 防护 修补【 MJ j E 京： 中国建筑工业 出版社 ， 1 9 9 0 A 聚晶石的生产制备方法 专利申请号： C N 2 0 0 8 1 0 0 3 1 4 4 4 6 ， 公开号： C N 1 0 1 2 8 9 2 9 4 ， 申请 日： 2 0 0 8 0 6 0 6 ， 公开日： 2 0 0 8 1 0 2 2 ， 申请人： 张开 健 。 天然大理石的大量开采给环境带来破坏， 而且影响建筑物承重结构， 抗渗透效果也差。现有的人造石色泽相对 局限， 其工艺比较复杂， 还存在着吸水变色的问题。本发明的聚晶石建筑装饰材料， 是以脂肪族多官能团( 甲基) 丙 烯酸酯、 芳香族乙烯基化合物为基料， 并掺入无机填料、 催化剂和引发剂、 金属片状物、 锡箔、 固化剂等组合而成。该 产品采用片状颗粒， 视觉效果好， 不变形弯 曲， 抗折抗渗透性能强， 可广泛应用于宾馆、 娱乐、 办公场所、 楼梯扶手、 厨房台面、 医院手术台等装饰装修。 ( 王元荪) 8 4 新型建筑材料 2 0 1 0 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m