多功能混凝土耐腐蚀剂试验研究.pdf

全国中文核心期刊 新癯 赡 多功链混凝土蒯腐蚀剂=i式 验研究 高欣欣， 唐修生， 祝烨然， 黄国泓 ( 南京水利科学研究院 瑞迪高新技术公司， 江苏 南京2 1 0 0 2 4 ) 摘要 ： 从混凝土腐蚀的主要诱因出发， 研制了一种既能耐硫酸盐腐蚀又能抑制钢筋锈蚀的多功能混凝土耐腐蚀剂。对掺加不 同量耐腐蚀剂的混凝土进行抗蚀系数、 氯离子扩散系数以及钢筋腐蚀快速试验。结果表明， 该耐腐蚀剂的加入， 可以使混凝土的抗 蚀系数提 高 2 5 以上 ， 氯 离子扩 散系数降低 5 0 以上 ； 干湿循环加速试 验后 ， 混凝土 中的钢筋表面无锈 斑， 且随着掺量 的增加 ， 其 耐腐蚀作用效果越显著 。 关键词 ： 耐腐蚀剂； 钢筋锈蚀； 硫酸盐； 氯离子 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 1 ) 0 7 0 0 1 6 0 3 Ex p e r i me n t a l r e s e a r c h o n m u l t i f u n c t i o n c o r r o s i o n r e s i s tan t a g e n t GA0 Xi n x i n ， T ANG Xi u s h e n g ， Z HU Y e r a n， HU ANG Gu o h o n g ( Ru i D i Hi g h t e c h C o m p a n y ， N a n j i n g Hy d r a u l i c Re s e a r c h I n s t i t u t e ， Na n j i n g 2 1 0 0 2 4， J a n g s u ， C h i n a ) 在海洋、 地下水或是表面喷洒除冰盐的环境中， 混凝土结 构常遭到周围有害离子的侵蚀破坏。有资料显示l 】 叫 ， 侵蚀破 坏是混凝土产生破坏的主要原因。提高混凝土耐腐蚀性能的 方法主要有 ： 降低水胶比、 掺加矿物掺合料、 混凝土表面涂层 保护、 添加化学外加剂等。其中， 降低水胶比和掺加矿物掺合 料可有效增加混凝土自身密实度，但是此类方法易受到原材 料及施工等因素的影响； 而表面涂层则易出现老化或开裂现 象， 所以应用范围较为有限。 目前， 提高混凝土耐腐蚀能力最简便有效的技术措施即 为掺用耐腐蚀剂。 国内市场上已出现了一些耐腐蚀剂的产品， 主要为膨胀剂、 矿物掺合料以及减水剂等组分的复合5 - 6 1 。通 过以上几种物质的相互作用， 提高混凝土密实度， 进而提高混 凝土抗硫酸盐侵蚀的能力。但这类耐腐蚀剂在抵御氯离子渗 透造成的钢筋锈蚀方面往往没有专门的针对性成分，只是以 增加混凝土密实度的方式来减少氯离子的渗透。 同时， 部分具 有抑制氯离子渗透作用的耐腐蚀剂中的有效组分多为亚硝酸 盐17 1 ， 由于亚硝酸盐存在一些负面影响 8 1 ， 所以适用范围受到 限制。 可见， 研制一种安全无毒， 既能延缓钢筋锈蚀又能提高 混凝： t 耐硫酸盐腐蚀能力的耐腐蚀剂， 具有重要的意义。 收稿 日期： 2 0 1 0 1 2 2 4 作者简介： 高欣欣， 女， 1 9 8 5年生， 江苏镇江人， 硕士， 助理工程师。地 址： 南京市鼓楼区虎踞关3 4号， E - m a i l ： g a o x i n x i n 0 5 1 5 C a h o o c o m c n 。 1 6 新型建筑材料 2 0 1 1 7 1 耐腐蚀剂的研制思路及性能参数 钢筋混凝土产生硫酸盐侵蚀 破坏的主 要原因 在于混凝土 中的水化产物与硫酸根离子发生反应，产生了具有膨胀作用 的物质， 或是与镁离子发生脱钙反应等。 钢筋混凝土产生钢筋锈蚀的主要诱因是氯离子的渗透。 氯离子侵入混凝土内部后， 可降低周围混凝土的p H值 ， 破 坏钢筋表面钝化膜， 并可形成腐蚀电极， 导致钢筋受损。 同时， 当混凝土产生硫酸盐侵蚀破坏后，混凝土体内易出现大量裂 缝， 此时氯离子的渗透速度加快。因此， 在2 种破坏因素的交 互作用下， 钢筋混凝土结构的耐久性即会受到严重影响。 综合以上侵蚀机理， 耐腐蚀剂的研制技术路线如下： ( 1 ) 通过优选膨胀剂， 使混凝土早期产生微膨胀， 以此增 加混凝土密实度， 提高抗裂性能， 降低渗透性， 减少有害离子 的渗入； ( 2 ) 通过添加矿物掺合料， 填充混凝土孔隙并减少 C 的 含量， 提高混凝土的耐腐蚀能力； ( 3 ) 通过非亚硝酸钙类的阻锈剂， 在钢筋表面形成致密吸 附 膜， 缓解氯离 子对钢筋钝化膜的 破坏， 阻碍氧化还原反应的 进行， 有效阻止氯离子对钢筋产生锈蚀作用； ( 4 ) 通过高效减水剂， 降低混凝土用水量， 提高混凝土密 实性并满足工作性要求。 根据以上研究思路， 本文研制出H L C C R混凝土耐腐蚀 剂， 其主要成分为： 硫铝酸钙类膨胀剂、 非亚硝酸盐类阻锈剂、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 高欣欣， 等： 多功能混凝土耐腐蚀剂试验研究 高效减水剂以及矿物掺合料等。按照J C 厂 r 1 0 1 1 -2 0 0 6 混凝 的性能进行测试， 结果见表 1 。 土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂 技术要求， 对 H L C C R耐腐蚀剂 表 1 H L C C R耐腐蚀剂的陛能 由表 1 可见， H L C C R耐腐蚀剂的性能均能满足 J C f F 1 0 1 1 2 0 0 6 的相关技术要求， 在抗侵蚀性方面表现优良。其 中， 抗蚀系数高于 1 O ， 膨胀系数小于 1 0 ， 表明该耐腐蚀剂能 够有效提高混凝土密实性， 减少硫酸盐的渗透量， 提高混凝土 抗硫酸盐类侵蚀的能力 但以上试验结果仅为检测掺有耐腐蚀剂的砂浆或是净浆 在抗硫酸盐侵蚀方面的能力，不能完全反映耐腐蚀剂对混凝 土抵御氯离子侵蚀能力及其它性能的影响。 因此， 有必要对掺 有耐腐蚀剂混凝土的性能进行测试。 混凝土抗氯离子侵蚀的试验方法】 o l ， 按照S L 3 5 2 -2 0 0 6 水工 混凝土试验规程 中的氯离子扩散系数试验( R C M法) 进行， 测试2 8 d 时掺耐腐 蚀剂的 混凝土抵抗氯离子 侵入能 力。 2 3 3 钢筋锈蚀快速试验 混凝土钢筋腐蚀快速 试验是最为 直观的 评价混 凝土 保护 钢筋防止锈蚀的试验方法。按照S L 3 5 2 -2 0 0 6 ， 采用直径 6 m m , 长 1 0 0 m m钢筋， 用砂纸打磨至表面光滑， 经过脱脂， 干燥 后备用。经过若干个干湿循环后劈开混凝土试件， 观察包裹在 内的钢筋锈蚀情况及失重率， 以对比混凝土保护钢筋的能力。 2 混凝土耐久性试验 3 试验结果及分析 2 1 原材料 4 2 5 普硅水泥； 粒径5 2 0 m m的小石、 粒径2 0 4 0 m m的 中石； 砂， 细度模数3 0 1 。外加剂为H L C C R耐腐蚀剂， 掺量 为胶凝材料的8 1 2 ， 等量取代水泥使用。 2 2 混凝土试验配合 比( 见表2 ) 表 2 混凝土试验配合比 与基准试件相比，掺有耐腐蚀剂的混凝土试件在相同的 用水量下， 其坍落度明显增大， 但抗压强度变化不大。 2 3 试验方法 2 3 1 抗硫酸盐侵蚀试验 按照 J C T 1 0 1 1 2 0 0 6 测试抗蚀系数。胶凝材料用量 3 0 0 g ， 胶砂比为1 ： 2 5 ， 按照流动度为( 1 5 0 _+ 1 0 ) m m确定用水 量， 试件 尺寸为1 0 m m x l 0 m m x 6 0 m m 。 基准试件不添加耐 腐 蚀剂， 其余3 组按照不同比例添加耐腐蚀剂取代水泥， 试件浸 泡在3 浓度的硫酸钠溶液中 2 8 d 后测试抗折强度。 2 3 2 混凝土抗氯离子渗透性能试验 混凝土的抗氯离子渗透性能是目前应用最为广泛的评价 3 1 抗蚀系数( 见表 3 ) 表 3 HL C C R耐腐蚀剂对混凝土抗蚀系数的影响 从表3 可以看出，掺有耐腐蚀剂的3 组试件的抗蚀系数 均明显高于基准试件，并且随着耐腐蚀剂掺量的增加抗蚀系 数增大。 掺8 、 1 0 和 1 2 耐腐蚀剂后， 试件的抗蚀系数较基 准试件分别增加2 5 0 、 3 5 2 和3 9 7 。 表明在短期内， 耐腐 蚀剂能够有效阻止硫酸根离子的侵蚀作用，增强了混凝土的 耐腐蚀能力。 3 2 氯离子扩散系数 ( 见表4 ) 表4 HL C C R耐腐蚀剂对混凝土氯离子扩散系数的影响 从表4 可以看出，掺H L C C R耐腐蚀剂的混凝土抗氯离 子 渗透能力远高于基准试 件。 H L C C R耐 腐蚀剂的 掺量 分别 为8 、 1 0 、 1 2 时，氯离子扩散系数仅分别为基准试件的 4 3 9 、 3 3 0 、 2 5 8 。 表明耐腐 蚀剂能够有效降低氯离子的 渗透速度， 提高 混凝土的抗氯离子 侵蚀能 力。 3 - 3 混凝土钢筋腐蚀快速试验 混凝土钢筋腐蚀快速试验结果见表5 ， 各配合比混凝土 中钢筋表面的锈蚀状况见图1 。 N E W BUI L DI NG M ATE R I AL S 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 高欣欣， 等： 多功能混凝土耐腐蚀剂试验研究 表 5 钢筋锈蚀试验结果 一 一 ( a ) 基准试 件 ( b ) F S H 一 1 组 ( c ) F S H 一 2 组 ( d ) F S H 3 组 图 1 混凝土中钢筋表面的锈蚀状况 由图1 可以直观地看出， 基准试件的钢筋锈蚀状况较为 严重， 4根钢筋均已经出现锈蚀。 对比表5 数据可知， 基准试 件的钢筋锈蚀率高达8 9 - 4 、 质量损失率为1 8 8 。而掺有 H L C C R耐腐蚀剂的3 组试样中， 钢筋表面均无明显锈蚀， 锈 蚀率、 质量损失近似为0 。 对比钢筋锈蚀率和钢筋质量损失率2 组数据，基准试件 的锈蚀率和质量损失率明显高于掺有耐腐蚀剂的另外3 组试 件。 但是F s 一 2 试件出现了较小的锈蚀和失重现象。通过观察 试件发现， F S 一 2 试件出现锈蚀的部分均在钢筋两端， 且处于混 凝土的粘结部位。而且该部位有肉眼可见的缝隙。因此， F S 一 2 产生小范围锈蚀的原因是粘结部分未能密封严实， 侵蚀溶液由 粘结 部位直 接渗入 钢筋周围区 域， 产生了 腐 蚀。 而钢筋端 头以 外的部位均未出现锈蚀现象， 对试验结果并未造成较大影响。 4 结语 在分析混凝土产生硫酸盐腐蚀和钢筋锈蚀诱因的基础上， 研制出了主要成分为硫铝酸钙类膨胀剂、非亚硝酸盐类阻锈 剂、 高效 减水剂以 及矿物掺 合料等的多 功能混 凝土耐腐蚀 剂。 使用H L C C R耐 腐蚀剂， 可有效提高混 凝土的 流动度， 且 1 8 新型建筑材料 2 0 1 1 7 不影响混凝土的抗压强度； 该耐腐蚀剂同时可增加混凝土的 致密度， 提高抗蚀系数以及早期膨胀率， 进而提高混凝土抵御 硫酸盐和氯离子侵蚀的能力。 通过氯离子扩散系数以及钢筋腐蚀快速试验可见，随着 混凝土中H L C C R耐腐蚀剂掺量的增加， 在混凝土耐硫酸盐 侵蚀能力提高的同时， 其抵御氯离子侵蚀的能力也相应提升。 参考文献： 1 】 Me t h a P K Me c h a n i s m o f e x p a n s i o n a s s o c i a t e d w i t h e t t r i n g i t e f o r ma t i o n J C e m e n t a n d C o n c r e t e Re s e a r c h ， 1 9 7 3 ( 3 ) ： 1 - 6 【 2 】 卢木 混凝土耐久性研究现状和研究方向【 J J 工业建筑， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 5 )： 1 -6 3 蒋元驹 ， 韩素芳 混凝土 工程 病害与修补加 固【 M】 北京 ： 海洋 出版 社， 1 9 9 6 ： 3 1 7 3 2 0 4 】 任 七华 海洋 环境下抗腐 烛材料 开发与性 能研究【 D 】 杭州 ： 浙 江 大学， 2 0 0 6 【 5 】 南京派尼尔科技实业有 限公司 一种海工混凝土抗腐蚀外加 剂： 中国 ， 2 0 0 8 1 0 1 2 4 6 2 8 7 【 P 2 0 0 9 一 O l 一 0 7 6 汤海滨 混凝土耐腐蚀外加剂的试验研究 D 成都： 西南交通大 学 ， 2 0 0 7 【 7 南京工业大学海洋 混凝土抗腐蚀 外加 剂 ： 中国， 2 0 1 0 1 0 5 0 3 5 6 3 1 P 1 2 0 1 0 0 4 - 2 0 【 8 仲朝明， 邵正明， 高汉青， 等 亚硝酸盐类钢筋阻锈剂应用技术问 题探讨 混凝土， 2 0 0 9( 1 2 ) ： 4 6 5 1 9 】 张鹏 ， 咸 永珍 ， 赵铁 军 沿海地 区混凝 土结构 的钢 筋锈蚀 与防护 J 1 海岸工程 ， 2 0 0 5 ， 2 4( 2 ) ： 7 8 8 4 【 1 0 冯乃谦 ， 邢锋 高性 能混凝土 的氯离子渗透性和 导 电量 J 】 混凝 土， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 3 - 7 A s 、 用脱硫石膏制备石膏基自流平材料 专利申请号： C N 2 0 0 8 1 0 0 2 1 7 2 5 3 ， 公开号： C N1 0 1 6 4 8 7 8 3 ，0 申请 日： 2 0 0 8 0 8 1 l ， 公开 日： 2 0 1 0 0 2 1 7 ， 申请人 ： 江苏仁和 建材科技有 限公 司。 本发明是一种石膏基 自流平材料的制备方法， 该石膏 基自流平材料以电厂脱硫产物脱硫石膏为主要原料。 先将脱硫石膏在煅烧窑内进行煅烧，然后用占材料质量 5 0 7 8 煅烧处理后的石膏粉与占材料总量 0 1 l 的 减水剂、 0 0 1 0 5 的缓凝剂、 0 0 2 - 5 的保水剂、 0 1 0 的增强剂、 0 2 1 5 的可再分散乳胶粉、 0 0 5 一 0 2 的消 泡剂、 2 5 - 4 5 的河砂及 0 ,- 2 0 的填充材料相混合， 得到性 能优异的 石膏基产品。本 发明 开拓了一 条用脱硫石膏生 产 高强度、 高流动性、 低收缩变形、 低成本优质石膏基 自流平 材料的新途径。 ( 王元荪) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m