新型迁移型钢筋阻锈剂对混凝土耐久性能的影响.pdf

杆癯 建蟓 中 国 科 技 核 心 期 刊 新型迁移型钢筋陋锈丌 IJt! _-、J-4 混凝士耐久性能的影晌 李遵云 ， 杨林 “ ， 屠柳青 “ ( 1 中交武汉港湾工程设计研究院有 限公司 ， 湖北 武汉4 3 0 0 4 0 ； 2 长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室， 湖北 武汉4 3 0 0 4 0 ) 摘要： 采用半电池电位和线性极化法研究了表面涂覆型钢筋阻锈剂对混凝土中钢筋锈蚀的抑制效果， 通过混凝土各层中的氮 含量分布分析 阻锈剂在混凝土 中的迁移渗透性能 ， 并研究阻锈剂对混凝土抗压强度 及抗 氯离子渗透性能 的影响 。研究结果表明， 该 迁移型阻锈剂在混凝土中具有良好的迁移渗透性能， 能降低锈蚀钢筋的腐蚀电流， 有效抑制钢筋锈蚀发展。在混凝土表面涂覆阻锈 剂后 ， 混凝土 的抗氯离子渗透性能提高 ， 对混凝土抗压强度基本没有影响。 关键词 ： 迁移型阻锈剂； 线性极化； 半电池电位； 耐久性 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 4 ) 0 3 0 0 0 9 04 Ef f e c t o f a n e w mi g r a t i n g c o r r o s i o n i n h i b i t o r o n t h e d u r a b i l i t y o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e L I Z u n y u n ， Y A NG L i n ， T U Li u q i n g ( I _ C CCC Wu h a n Ha r b o r En g i n e e rin g De s i g n Re s e a r c h I n s t i t u t e Co Lt d， Wu h a n 43 0 0 4 0， Hu b e i ， C h i n a； 2 Ke y L a b o f L a r g e -S p a n Brid g e C o n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y， Mi n i s t r y o f Co mmu n i c a t i o n， Wu h a n 4 3 0 0 4 0 ， Hu b e i ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： E f f e c t i v e n e s s o f t h e s u r f a c e e g a t i n g t y p e c o r r o s i o n i n h i b i t o r f o r c o n c r e t e r e i n f o r c e m e n t c o r r o s i o n i n h i b i t i o n w a s i n v e s - t i g a t e d t h r o u g h l i n e a r p o l a r i z a t i o n r e s i s t a nc e a n d h a l f - c e l l p o t e n t i a l me t h o dTh e mi g r a t i o n p e rm e a b i l i t y p e rfo r ma n c e o f t he c o rro s i o n i n h i b i t o r i n c o n c r e t e wa s a n a l y z e d t h rou g h t h e n i t r o g e n c o n c e n t r a t i o n d e p t h pr o fil e s T h e i n flu e n c e s o f i n h i b i t o r o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a nd c h l o rid e pe rm e a b i l i t y o f c o n c r e t e we r e a l s o i n v e s t i g a t e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e n e w mi gra t i n g c o r r o s i o n i n h i b i t o r h a s g o o d mi gra t i o n p e rm e a b i l i t y p e rfo rm an c e i n c o n c r e t e ， c a n r e d u c e t h e c o rro s i o n c u rre n t o f t h e c o r r o d e d r e b a r ， e f f e c t i v e l y i n h i b i t d e v e l o p me nt o f r e b ar c o r r o s i o n I t c a n als o e f f e c t i v e l y p r e v e n t c h l o rid e p e n e t r a t i o n a f t e r i n h i b i t o r s u rfa c e a p p l i c a t i o nMo r e o v e r ， t h e i n h i b i t o r wa s f o u n d t o h a v e l i t t l e e f f e c t o n t h e c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f c o n c r e t e Ke y wo r d s ： m i gra t i n g c o r r o s i o n i n h i b i t o r l i n e ar p o l a ri z a t i o n r e s i s t a n c e ； h a l f - c e l l p o t e n t i a l ： d u r abi l i t y 钢筋锈蚀引起混凝土结构的过早破坏， 已成为当今世界 的重大问题， 尤其是在海洋环境和撤除冰盐混凝土结构中钢 筋很容易遭受氯盐的侵蚀。 用于在役钢筋混凝土结构修复的 主要技术有： 局部修补法、 涂层法、 外加电流法、 牺牲阳极法、 电化学脱盐法、 再碱化法、 涂覆钢筋阻锈剂等。 钢筋阻锈剂因 其经济性、 实用性以 及易操作性得到了业界的重视， 并在工程 上得到了广泛的应用， 为预防、 阻止混凝土中钢筋的锈蚀提供 了 一条切实有效的 途径【1。 收稿日期： 2 0 1 3 0 7 2 9 ； 修订日期： 2 0 1 3 0 9 0 9 作者简介： 李遵云， 女， 1 9 7 5 年生， 安徽广德人， 博士， 高级工程师， 主 要从事混凝土耐久性和新材料研究。 地址： 湖北省武汉市东西湖区金 银湖路 1 1号 ， E ma i l ： l i z u n y u n 1 2 6 c o rn。 迁移型钢筋阻锈剂也叫渗透型阻锈剂， 是一种直接涂覆 于混凝土表面， 通过自发的渗透过程达到钢筋表面， 最终在钢 筋表面成膜从而实现对钢筋的保护作用。迁移型阻锈剂是修 补盐污染钢筋混凝土结构的一种新材料，被誉为混凝土结构 修复领域最具有前景的技术2 - 3 1 。目前， 国内研究较多的是用 于新建混凝土结构的内 掺型阻锈剂的性能，对于迁移型阻锈 剂的性能研究还较少。本文通过线性极化和半电池电位法评 价了自 制迁移型阻锈剂在模拟孔溶液和混凝土中的阻锈性 能， 并研究其在混凝土中的迁移渗透性能。 1 试验 1 1 迁移型钢筋阻锈剂基本性质 本试验所用的迁移型钢筋阻锈剂T S 为自 行研制。该阻 N E W BUI L DI NG M ATE RI AL S 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李遵云， 等： 新型迁移型钢筋阻锈剂对混凝土耐久性能的影响 锈剂主要由多种分子结构的醇胺类化合物( 包括短链的小分 子醇胺类物质和长链分子结构的大分子醇胺类物质) 、 表面活 性剂及无机酸组成。 醇胺类物质能吸附于钢筋表面， 形成稳定 的分子膜。短链的小分子醇胺类物质在混凝土中有良 好的迁 移渗透性能， 可以快速渗透到钢筋表面， 对锈蚀的钢筋表面进 行修复。 而大分子醇胺类物质在混凝土中的扩散虽较慢， 但由 于其分子链较长， 在钢筋表面形成的分子膜较厚， 能显著提高 阻锈剂对锈蚀钢筋的修复效果洇 而， 不同分子结构醇胺组合 能使钢筋在尽可能短的时间修复，并能提高阻锈剂的修复效 果， 达到短效与长效的统一。 此外， 基于表面活性剂的吸附、 润 湿和降低界面表面张力的特点，阻锈剂成份中还含有表面活 性剂， 以改善阻锈剂在混凝土中的迁移渗透性能。 1 2 模拟孑 L 溶液试验 由于迁移型阻锈剂主要用于旧混凝土结构的修复，在这 些混凝土结构中， 钢筋大多已发生锈蚀， 混凝土出现不同程度 的碳化，混凝土的p H值明显降低。为了更好地模拟实际环 境， 本研究先将钢筋置于 1 0 的氯化钠溶液中， 使其发生锈 蚀， 其相对饱和甘汞电极的电 位在一 5 0 0 m V左右。 然后将钢筋 取出， 用去离子水洗净， 再置于p H值为l 0 ( 模拟已发生碳化 的混凝土) 、 不同N a C 1 浓度的溶液中。 其中加入不同浓度的迁 移型阻锈剂， 测试钢筋在不同溶液中电位随时间的变化。 1 _ 3 混凝土中阻锈性能试验 将 8 m m x l 5 0 m m的钢筋用砂纸打磨至光亮， 用丙酮去 脂， 将准备好的钢筋放入干燥器中备用。采用P 0 4 2 5 水泥， 成型尺寸为 1 5 0 m m x l 3 0 m in x 7 5 m m混凝土试件，水胶比为 0 6 成型时掺入5 的氯化钠( 按占水泥质量计) ， 具体配合比 见表 1 。浇制试件时， 两头采用端头板固定钢筋， 以保证钢筋 的保护层厚度为3 0 m m，再与钢筋平行放置2 根不锈钢钢筋 作为对电极， 以 监测钢筋的线性极化速率。 表 1 阻锈试验的混凝土配合比 混凝土成型2 4 h 后拆模， 用水泥净浆将外露的 钢筋两头 覆盖， 放入标准养护室养护2 8 d ， 取出在空气中晾干后， 凿去 试 件两 端包裹的 水泥石， 在钢筋的 一端焊上导 线， 再在试 件的 两端涂环氧树脂， 使试件中间暴露长度为1 3 0 m m 。再将处理 好的试件在空气中晾干3 d ，然后开始分2 次涂刷阻锈剂， 第 1 O 新型建筑材料 2 0 1 4 3 1 次涂刷表面干燥后间隔1 h 再涂刷第2 次， 阻锈剂的总用量 分别为2 0 0 g m, 3 0 0 g m, 4 0 0 g m 。M C I 为国内市场上应用 较多的某进口迁移型阻锈剂， 用量为3 0 0 g m ， 用作对比。测 涂刷阻锈剂2 8 6 0 d的半电池电位和腐蚀电流密度。 1 4 混凝土中渗透性能试验 参照 1 2 中的试验方法， 成型不带钢筋的混凝土试件。 涂 刷不同量阻锈剂2 8 d 和6 0 d 龄期后，分别钻取0 1 2 5 m m 、 1 2 5 2 5 0 m m 、 2 5 0 3 7 5 m m 、 3 7 5 5 0 0 m m深度范围内的混 凝土粉末， 将混凝土粉末用蒸馏水浸泡 1 5 m i n 后， 取出上层 清液， 加入氨氮浓度测定仪检测氨氮含量， 研究阻锈剂在混凝 土中的浓度分布。 2 结果与讨论 2 1 模拟子 L 溶液阻锈性能研究 钢筋在掺有不同浓度阻锈剂的氯化钠溶液中浸泡9 个月 后的电位变化见图 1 。 一01 molI NaC1 掺O 一 _D 阻 锈 3 图 1 电位位移随阻锈剂掺量的变化 钢筋在发生严重锈蚀的情况下， 电位已达一 5 0 0 m V左右。 从图1 可以看出， 在阻锈剂中浸泡一段时间后， 其电位都发生 了明显的正移， 最大正移可超过5 0 0 m V ； 有氯盐存在时， 电位 正移值略小； 随着阻锈剂掺量的增加， 正移值增大， 说明阻锈 剂能在锈蚀钢筋表面形成分子膜， 具有一定的修复作用， 减缓 了钢筋的锈蚀速率。 2 2 涂刷法混凝土阻锈性能研究 图2 和图3 分别为阻锈剂涂刷前后不同时期监测的混凝 土试件中钢筋的半电池电位和腐蚀电流。 一 7 00 6 0 0 名 一 5 0 0 - 4 0 0 一 3 0 0 一 2 0 0 1 0 0 0 T S l T S 2 T S 3 T S 4 M C I 试件编号 图 2 半电池电位随涂刷时间的变化 姗 o 姗 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 李遵云， 等： 新型迁移型钢筋阻锈剂对混凝土耐久性能的影响 图 3腐蚀 电流 随涂刷 时l司的变化 由图2 和图3 可以看出， 与基准混凝土试件相比， 涂刷迁 移型阻锈剂的混凝土试件中钢筋的半电池电位明显正移， 腐 蚀电流明显降低； 涂刷量为2 0 0 咖 时， 其涂刷 6 0 d 后的腐 蚀电流由涂刷前的1 4 1 0 A c m 降低到0 2 5 7 A c m 2 ，降低 了近 8 2 ； 涂刷量为3 0 0 g m 时， 其涂刷6 0 d 后的腐蚀电流 较涂刷前降低了9 0 ， 与市售M C I 阻锈剂性能相当； 阻锈剂 用量继续增加时， 腐蚀电流降低效果不太明显。 2 3 混凝土渗透性能研究 涂刷不同量阻锈剂后， 2 8 d 、 6 0 d时混凝土试件在0 1 2 5 m m 、 1 2 5 2 5 0 m m、 2 5 0 3 7 5 m m 、 3 7 5 5 0 0 m m深度范围内 的氮含量分布见图4 、 图5 。 T S2 TS 3 TS 4 MCI 试件编 号 图 4 涂刷阻锈剂 2 8 d后混凝土中的氮含 量分布 l l 53 l 5 4 M l 试件编 号 图 5 涂刷阻锈剂 6 0 d后混凝土中的氮含量分布 从图4可以看出， 阻锈剂涂刷 2 8 d后， 各混凝土试件在 O 一 1 2 5 m m 分布层的含氮量均较高， 平均含量超过 1 0 0 m g k g 。 J G J T 1 9 2 2 0 o 9 钢筋阻锈剂应用技术规程 中 要求， 迁移渗 透型阻锈剂在混凝土5 0 m m深度处的氮含量大于2 0 m g k g 。 涂刷量为 3 0 0 g m 的混凝土试件( T S 3 ) 中， 阻锈剂在 3 7 5 5 0 0 m m处的含氮量达到5 5 m g k g ，说明自 制的迁移型阻锈 剂在混凝土中具有良 好的迁移渗透性能。随着阻锈剂涂刷用 量的增大， 混凝土中各层分布的氮含量也相应增加。 从图5可以看出， 阻锈剂在涂刷6 0 d 后， 混凝土试件中 阻锈剂的含氮量明显升高，尤其是2 5 0 3 7 5 m m分布层内的 含氮量均在 1 0 0 m g k g 以上，市售的M C I 达到 1 3 0 m g k g ， 自 制阻锈剂的含氮量最高也达到 1 2 0 m g k g 。 涂刷量为3 0 0 g m 的混凝土试件中， 阻锈剂在3 7 5 5 0 0 m m分布层内的含氮量 超过8 0 m g k g ， 说明随着涂刷时间的延长， 阻锈剂在混凝土中 持续迁移， 能保证钢筋表面阻锈剂的有效浓度， 从而减小腐蚀 速率， 延长混凝土结构的使用寿命。 2 4 阻锈剂对混凝土性能的影响 阻锈剂对混凝土性能的影响是考察阻锈剂性能的重要方 面之一。 为了使对比效果明显， 本研究选用2 组混凝土配合比： 一 组为纯水泥， 水泥用量为4 1 0 k g m ； 另一组掺入3 0 的粉 煤灰，胶凝材料用量为4 1 0 k g m 。2 组配比的水胶比均为 0 6 0 ， 具体见表2 。研究迁移型阻锈剂对混凝土抗压强度和抗 氯离子渗透性能的影响。 表 2 阻锈剂对混凝土性能影晌试验的混凝土配合比 2 4 1 对混凝土抗压强度的影响 将混凝土试件标准养护2 8 d ， 再在温度为2 0 c c 、 湿度为 7 0 的环境中放置 1 4 d ，分别测试2 8 d 和4 2 d的抗压强度， 然后将4 2 d 龄期的试件涂刷钢筋阻锈剂， 测试涂刷迁移型阻 锈剂后7 d 、 2 8 d 和6 0 d 混凝土的抗压强度， 试验结果见表3 。 表 3 不同测试龄期时混凝土试件的抗压强度 由 表 3 可以看出，迁移型钢筋阻锈剂对混凝土抗压强度 和强度发展基本没有影响。国内外研究较多的是内掺型钢筋 阻锈剂对混凝土抗压强度的影响， 有些研究结果表明， 有机复 N E W BUI L DI NG M ATE RI AL S l 1 0 5 O 5 0 5 O 3 2 2 l 1 0 一 。 0 基蜒 0 一 昌 如 廿+ k 一 k I 2 5 7_ _ _ _ l 咖 瑚 0 、 、 州 螽卜 器 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