碳化对水泥混凝土内氯离子分布的影响.pdf

第 1 8卷第 1期 2 0 1 5年 2月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG MATERI AL S Vo 1 1 8 ， No 1 F e b ， 2 0 1 5 文章编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 5 ) 0 1 - 0 1 1 3 0 5 碳化对 水泥混凝 土 内氯离子分布 的影 响 柳俊哲 ， 闰加利 ， 巴明芳 ， 贺智敏 ， 陈剑斌 ( 宁波大学 建筑工程与环境学 院， 浙江 宁波 3 1 5 2 1 1 ) 摘 要 ：为 合理 评价 钢 筋混凝 土 腐蚀 的氯 离子含 量 ， 阐 明碳 化 与 氯盐 复 合作 用 下钢 筋 腐蚀 的 真 实机 理 ， 研究了碳化 对水 泥石 内氯 离子分布 的影 响 结果表 明： 碳 化作 用下含 氯盐 水泥石非碳 化 区 F r i e d e l 复盐衍射峰 大量存在 ， 而碳化 区未见 F r i e d e l 复盐衍射峰 ； 碳化过程 中 F r i e d e l 复盐分解后 产生的氯 离子向非碳化 区迁移和浓缩， 氯 离子在碳化 区浓度降低 ， 在碳化界 面则明显升 高 氯盐含 量为 1 0 ( 质量分数) 的水泥石在碳化之前的氯离子分布比较均 匀， 其相对浓度峰值为 6 8 ， 碳化 2 周 后峰 值 为 1 5 1 ， 碳化 4周 时峰 值 达到 2 9 8 ， 说 明碳 化 与氯 盐 复合 作 用会 显 著 降低 钢 筋腐 蚀 的初 始 氯离子含量， 提 高碳化界面的钢筋腐蚀概率 ， 加快钢筋腐蚀速度 关 键 词 ：碳化 ；氯 离子 ；复合作 用 ；离子 迁移 中图分 类 号 ： TU5 2 8 0 1 文献 标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 5 0 1 0 2 0 Ef f e c t s o f Ca r b o n a t i o n o n Chl o r i d e I o n Di s t r i bu t i o n i n Ha r d e ne d Ce me nt Co n c r e t e L I U J u n z h e ， Y AN J i a l i ， B A Mi n g f a n g， HE Z h i mi n， C HE N J i a n b i n ( Fa c u l t y o f Ar c h i t e c t u r a l ，Ci v i l En g i n e e r i n g a n d En v i r o n me n t ，Ni n g b o Un i v e r s i t y ，Ni n g b o 3 1 5 2 1 1 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n o r d e r t O r e a s o n a b l y e v a l u a t e t h e c o n t e n t s o f c h l o r i d e i o n f o r r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o r r o s i o n e f f e c t s o f c a r b o n a t i o n o n c h l o r i d e i o n c o n c e n t r a t i o n d i s t r i b u t i o n i n s i d e h a r d e n e d c e me n t p a s t e we r e i n y e s t i g a t e d a n d t h e c o r r o s i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e u n d e r t h e c o mb i n e d a c t i o n o f c a r b o n a t i o n a n d c h l o r i d e we r e c l a r i f i e d Th e r e s u l t s s h o w t h a t u n d e r c a r b o n a t i o n F r i e d e l s a l t d i f f r a c t i o n p e a k s a b o u n d i n n o n c a r b o n a t i o n z o n e o f h a r d e n e d c e me n t p a s t e c o n t a i n i n g c h l o r i d e wh i l e t h i s k i n d o f d i f f r a c t i o n p e a k s c o u l d n o t b e f o u n d i n c a r b o n a t e d z o n e Du r i n g c a r b o n a t i o n p r o c e s s t h e c h l o r i d e i o n f r o m d e c o mp o s i t i o n o f Fr i e d e l s a l t mi g r a t e s t o t h e n o n c a r b o n a t i o n a r e a a n d a c c u mu l a t e d，c h l o r i d e i o n c o n c e n t r a t i o n d e c e a s e s i n c a r b o n a t i o n z o n e a n d s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e s i n c a r b o n a t i o n i n t e r f a c e ；c h l o r i d e i o n d i s t r i b u t i o n i n h a r d e n e d c e me n t p a s t e c o n t a i n i n g 1 0 c h l o r i d e i o n i s r e l a t i v e l y u n i f o r m b e f o r e c a r b o n a t i o n a n d i t s r e l a t i v e c o n c e n t r a t i o n p e a k v a l u e i s 6 8 Af t e r t WO we e k s c a r b o n a t i o n，t h e ma x i mu m p e a k v a l u e b e c o me s 1 5 1 a n d f o u r we e k s c a r b o n a t i o n l a t e r t h i s v a l u e r e a c h e s 2 9 8 Th u s t h e c o mb i n e d a c t i o n o f c a r b o n a t i o n a n d c h l o r i d e s a i t i nc r e a s i ng l y r e du c e s t he i ni t i a l c r i t i c a l c hl o r i de i on c o nc e n t r a t i o n f or r e i nf o r c e d c o nc r e t e c o r r os i o n a n d i n c r e a s e s t h e c h a n c e o f s t e e l c o r r o s i o n i n c a r b o n a t i o n f r o n t i e r ，t h u s s t e e l c o r r o s i o n r a t e i s a c c e l e r a t e d Ke y wo r d s ：c a r b o n a t i o n；c h l o r i d e i o n；c o mb i n e d a c t i o n；mi g r a t i o n o f i o n 引起钢筋腐蚀的因素是多方 面的， 但 大量钢筋 混凝土结构破坏 的事例表明， 主要 因素是氯离子和 碳化 近年来 ， 针对碳化与氯盐单一腐蚀 因子作 用下混凝土性能劣化与钢筋锈蚀规律的研究国内外 均有大量文献报道 s - C 实际上， 大量的混凝 土工程 均在二氧化碳和氯 离子双重作用 的环境条件下服 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 8 2 9 修订 日期 ； 2 0 1 3 一 1 0 0 9 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 2 7 8 2 5 5 ， 5 1 4 7 8 2 2 7 ) ； 浙 江省 自然科学基 金资助 项 目( L Y1 2 E 0 8 0 0 6 ) ； 宁波 市重大科技 计划项 目 ( 2 0 1 3 C5 1 0 0 6 ) 第一作 者 ： 柳俊 哲( 1 9 6 4 一) ， 男 ， 黑龙江五常人 ， 宁波大学教授 ， 博 士生导师， 博 士 E - ma i l ： j u n z h e l i u 1 6 3 c0m 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 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 柳俊哲 ， 等 ： 碳 化对水泥混凝土 内氯离子分布 的影 响 部非碳化 区扩散 、 迁移 ， 从而导致内部非碳化区的 自 由氯离子浓度增大 ， 即非碳化 区总氯离子浓度为结 合氯离子浓度 、 初始 自由氯离子浓度及扩散和迁移 过来的新 自由氯离子浓度之和， 这就是 E P MA分析 时发现总氯离子浓度增大的 内在原因 ， 即碳化之后 发生 了内部非碳化 区 自由氯离子 的聚集效应， 从而 加剧 了该 区域 的钢筋 锈蚀 概 率 因此 ， 碳化 作用下 混 凝土 材料 中的氯离 子含 量应考 虑 F r i e d e l 复盐 分 解生 成 的氯 离子 迁 移所 带来 的浓 度变 化 GB 5 0 0 1 O 一2 O 1 0 混凝 土 结 构 设计规 范 中对某些 地 区所用 混凝 土 的最 大氯 离 子含 量允许 达到 水泥 质量 的 0 2 9 6 假 设 混凝 土 的水泥 用量 为 3 0 0 k g m。 ， 则 允许 的氯 离子 量 为 6 0 0 g m。 从 以上 离 子迁 移理 论 可 以 看 出 ， 对 碳 化 与氯 盐 复 合 作 用 下 的 混 凝 土 结 构 应 该 制 订 更 为苛刻 的氯离子最大容 许含量 3 结论 ( 1 ) 由于氯离子迁移和浓缩 ， 在碳化与氯盐复合 作用下 ， 混凝土 内较少 的初始氯离子含量即可使其 局部达到钢筋破钝 的临界浓度 ( 2 ) 含氯盐水泥石碳化时 F r i e d e l 复盐分解产生 的氯离子 向非碳化 区迁移 ， 使碳化分界线的氯离子 浓缩形貌几乎与酚酞呈色区碳化深度形状相吻合 ， 致使氯离子在碳化区浓度降低， 非碳化区浓度升高 ， 碳化界 面的氯 离子 浓度 达 到最 大 ； 已碳 化 区未见 F r i e d e l 复盐衍射 峰 ， 而非碳 化 区存在 大量 F r i e d e l 复盐衍射峰 ( 3 ) 氯离子含量为 1 0 的水泥 石在碳化之前 的氯离子分布 比较均匀 ， 其相对浓 度峰值为 6 8 ； 而 加速碳化 2周后该 峰值 为 1 5 1 ， 加速碳 化 4周后该 峰值达到 2 9 8 ， 提高了碳化界面的钢筋腐蚀概率 参考文献 ： 1 MARQUE S P F， C HAS T RE C Ca r b o n a t i o n s e r v i c e l i f e mo d e l l i n g o f RC s t r uc t u r e s f o r c o nc r e t e wi t h P o r t l a n d a n d b l e n d e d c e me n t s J C e me n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t i o n ， 2 0 1 3 ， 3 7 ( 6 ) ： 1 7 1 - 1 8 4 2 MA RQUES P F， c 0S TA A S e r v i c e l i f e o f RC s t r u c t u r e s ： C a r b o n a t l o n i n d u c e d c o r r o s i o n 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 r i a l s ， 2 0 1 0， 2 4( 3 )： 2 5 8 2 6 5 I s HAQUE M N， KAWAMUR A M C a r b o n a t i o n a n d 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 r e i n f o r c e me n t i n f l y a s h c o n c r e t e s J AC I Ma t e r i a l s J o u r n a l ， 1 9 9 2， 8 9( 6 )： 6 0 2 4 Z I TR 0U E， NI KOL AO U J ， TS AKI R I D I S P E At mo s p h e r i c c o r r o s i o n o f s t e e l r e i n f o r c i n g ba r s p r o d u c e d b y v a r i o u s ma n u - f a c t u r i n g p r o c e s s J C o n s t r u c t i o n a n d B u il d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 07， 2 1 ( 6)： 1 1 6 1 - 11 6 9 5 柳俊哲 ， 邢锋 ， 贺智敏 ， 等 钢筋混凝 土中亚硝 酸根与氯 离子 的 临界摩 尔比 J 硅酸盐学报 ， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 4 ) t 6 1 5 - 6 2 0 LI U J u n z he ， Xl NG Fe n g，HE Z hl mi n e t a 1 S t u d y o n c r i t i c a 1 mo l a r r a t i o s o f n i t r i t e a n d c h l o r i d e i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e J - J o u r n a l o f t h e C h i n e s e Ce r a mi c S o c i e t y ， Z O I O ， 3 8 ( 4 ) l 6 1 5 - 6 Z 0 ( i n Ch i n e s e ) 6 3 宋晓 冰 ， 孔启 明， 刘 西拉 普通硅 酸盐混凝 中临界氯离子浓度 的试 验研究 J 土木工程学报 ， 2 0 0 7 ， 4 0 ( 1 1 ) ： 5 9 6 3 S ONG Xi a o b i ng， KONG Qi mi n g， LI U Xi l a Ex p e r i me n t a l s t u d y o n c h l o r i d e t h r e s h o l d l e v e l s i n OP CF J C h i n a C i v i l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ， 2 0 0 7 ， 4 0 ( 1 1 ) t 5 9 6 3 ( i n C h i n e s e ) 7 S O NG H W， L EE C H， ANN K Y F a c t o r s i n f l u e n c i n g c h l o r i d e t r a n s p or t i n c o n c r e t e s t r u c t u r e s e x p o s e d t o ma r i n e e n v i r o n me n t s J C e me n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t i o n ， 2 0 0 8 ， 3 0( 2 ) ： 1 1 3 1 2 1 8 AB ATE C， S CHE ET Z B E Aq u e o u s p h a s e e q u i l i b r i a i n t h e s y s t e m Ca O- AI 2 O3 一 Ca C1 2 一 H2 Ol The s i g ni f i c a n c e a n d s t a b i l i t y o f F r i e d e l s s a l t J J o u r n a l o f t h e Ame r i c a n C e r a mi c S o c i e t y ， 1 9 95， 7 8 ( 4) ： 93 9 - 9 4 4 9 s URY AVANS HI A K， S WAMY R NS t a b i l i t y o f F r i e d e l s s a l t i n c a r b o n a t e d c o n c r e t e s t r u c t u r a l e l e me n t s J - I C e me n t a n d Co nc r e t e Re s e a r c h， 1 9 9 6， 2 6 ( 5 )： 7 2 9 7 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m