冻融环境下引气混凝土的抗钢筋锈蚀能力研究.pdf
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1、第 3 1卷 第 3期 2 0 1 4年 9月 建筑科 学与 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l En g i n e e r i n g Vo 1 3 1 NO 3 Se p t 2 01 4 文章编 号: 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 8 5 0 5 0 冻 融环境下 引气混凝 土的抗钢筋锈蚀能 力研 究 马志鸣 , 赵铁 军 , 巴光 忠 , 管 庭 ( 1 同济大学 建筑工程系 , 上 海2 0 0 0 9 2 ; 2 青岛理工大学 土木工程学院 , 山东
2、青岛2 6 6 0 3 3 ) 摘要 : 对带钢筋的普通混凝土及引气混凝土试件进行抗冻融循环试验 , 在不同冻融损伤程度 下对试 件 进行 氯 离子侵 蚀试 验 。利 用半 电池 电位 法和 线性极 化 法分 别测 定 经过不 同冻 融循环 次数 下混 凝 土试 件 内部钢 筋 的 电位 和腐 蚀 电流 密度 , 从 而定量 地 确 定混 凝 土 内部 钢 筋 的锈 蚀 情 况 。研 究结 果 表 明: 向混凝土内部掺入一定比例引气剂 , 可以提 高混凝土的抗冻性能, 从 而增强其在腐蚀环境下 抗 钢 筋锈蚀 能 力 , 提 高 了混凝 土 的耐 久性 能 ; 对 试件 进 行劈 裂 试 验后
3、 , 钢 筋 的 实际锈 蚀 情 况 与利 用 由化 学方 法测 定结 果一 致 。 关 键词 : 混 凝 土 ; 引气剂 ; 冻 融循 环 ; 钢 筋锈蚀 ; 抗 冻性 能 ; 腐蚀 电流 密度 中图分 类号 : TU5 2 8 5 9 文 献标 志码 : A S t u d y o n Ab i l i t y o f Re s i s t a nc e t o S t e e l Co r r o s i o n o f Ai r En t r a i n i ng Co n c r e t e Und e r Fr e e z e - t ha w Env i r o n me nt
4、MA Z h i mi n g ,ZHAO Ti e j u n ,BA Gu a n g z h o n g ,GUAN Ti n g ( 1 De p a r t me n t o f Bu i l d i n g En g i n e e r i n g,To n g j i Un i v e r s i t y ,S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2,Ch i n a ; 2 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g,Qi n g d a o Te c h n o l o g i c a l Un i v e r s
5、i t y ,Qi n g d a o 2 6 6 0 3 3,S h a n d o n g,Ch i n a ) Abs t r a c t :The f r e e z e t ha w c y c l e t e s t s o f t he o r di na r y c o nc r e t e s p e c i me n a nd t h e a i r e nt r a i ni n g c o n c r e t e s p e c i me n wi t h s t e e l we r e c a r r i e d o u t ,a n d t h e c h l o
6、 r i d e c o r r o s i o n t e s t s u n d e r d i f f e r e n t f r e e z e t ha w da m a ge d e g r e e s we r e d o ne The p o t e nt i a l v a l ue s a n d c o r r o s i on c u r r e nt d e n s i t y of s t e e l i n c o nc r e t e s pe c i me n s we r e d e t e r mi ne d u nd e r d i f f e r e
7、nt f r e e z e - t ha w c y c l e t i me s b y u s i ng ha l f c e l I po t e nt i a l m e t ho d a nd l i n e a r p ol a r i z at i o n me t h od。t he n t he s t e e l c o r r o s i on c on di t i o n i n c o nc r e t e wa s q u a l i t a t i ve l y d e t e r mi ne d Th e s t u dy r e s ul t s s h
8、ow t h a t a d di n g a i r e nt r a i ni n g a g e n t c a n i m p r ov e t h e a nt i f r e e z e p r op e r t y o f c o nc r e t e,pr o mot e t he a bi l i t y o f r e s i s t a nc e t o s t e e l c o r r os i o n, a nd p r ol o ng t he d ur a bi l i t y of c o nc r e t e s t r u c t u r e A f t
9、e r s p e c i me n s p l i t t i n g t e s t ,t he a c t u a l s t e e l c o r r os i o n c o nd i t i on ha s t he s a m e r e s ul t wi t h t he r e s ul t by c he mi c a l a pp r oa c h Ke y wo r ds :c on c r e t e;a i r e n t r a i ni ng a g e nt ;f r e e z e t ha w c y c l e;s t e e l c or r o
10、s i on;a n t i f r e e z e p r o pe r t y;c or r o s i on c ur r e nt d e ns i t y 引 目 混凝土耐久性是影响其使用寿命 的主要原因, 混凝土提前发生破坏往往是 由于其耐久性不足导致 的 , 同时在恶劣外界环境下 , 由于其多孔的特殊结构 形 式 , 更 容易 发 生 混凝 土耐 久 性破 坏 。大 量试 验 研 究结果表明, 影响混凝土耐久性最主要 的 2个 因素 是氯离子侵蚀和冻融循环破坏 , 且在二者的耦合作 用下 , 混凝土耐久性的劣化速率会加快 , 尤其对于已 广泛应用于建筑行业 的钢筋混凝土结构 ,
11、氯离子侵 收稿 日期 : 2 0 1 4 0 4 1 3 基金项 目: 国家重点基础研究 发展计划 ( “ 九七三” 计划 ) 项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) ; 国家 自然科学基金项 目( 5 0 7 3 9 0 0 1 ) 作者简介 : 马志鸣( 1 9 8 7 一 ) , 男 , 河北玉 田人 , 同济大学工学博士研究生, E ma i l : mz ml 0 3 5 1 1 6 3 I 6 3 c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 建筑科 学与工程 学报 2 0 1 4丘 人到混凝土内部发生钢筋锈蚀等一系列
12、化学反应 , 使其体积迅速膨胀而造成结构耐久性破坏L 1 。 向混凝土中掺入一定 比例的引气剂是提高混凝 土抗冻性的有效方法 , 各 国学者研究 的主要方面是 引气剂对混凝土抗冻性能的影 响, 但是对不同冻融 损 伤下的引气混凝土耐久性研究少之又少 。基 于此, 本文中笔者研究 引气钢筋混凝土在不同冻融 损伤下的抗氯离子侵蚀( 抗钢筋锈蚀 ) 性能, 通过冻 融循环试验、 氯离子侵蚀试验 , 利用半电池电位法和 线性极化法测定不 同冻融损伤下试件内部的钢筋锈 蚀情况 , 从而定量评定引气混凝土在冻融损伤后的 耐久性能, 为今后引气混凝土在工程中的应用提供 理 论依 据 。 1 原材料与配合 比
13、 为使混凝 土试件受冻融损伤明显 , 本试验采用 水灰 比为 0 6的混凝土 , 引气剂采用 S J 一 3型三萜 系 粉末状引气剂 , 呈浅黄色。试验 中的原材料均来 自 于山东青岛, 混凝土配合 比如表 1 所示。 表 1混 凝土配合 比 Ta b 1 Co nc r e t e M i x Pr o p o r t i on s 各材料用量 ( k gm ) 引气剂 混凝 土种类 水灰 比 水泥 砂 碎石 水 掺量 普通 混凝土 0 6 3 O O 6 9 9 1 1 9 1 1 8 O 引气混凝土 0 6 3 O 0 6 9 9 1 1 9 1 1 8 O 0 3 注 : 引 气 剂掺
14、 量 为 质 量 分 数 。 根据试验 的需要计算并称取试验原材料, 制备 尺寸 为 2 8 0 r n m 1 5 0 I n m7 5 mm 的加 钢 筋 混 凝 土试件 , 如图 1 所示 。同时考虑保护层厚度对钢筋 锈蚀 的影响 , 本试验分别测定保护层厚度为 1 5 mm 和 3 0 mm处混凝土内部钢筋锈蚀情况 , 通过试验结 果 对 比分析 可 知 , 2种 位 置 处 钢 筋 锈蚀 变 化 趋 势 基 本 相 同 , 故本 文 中仅讨 论保 护层厚 度 为 1 5 mi D 处 钢 筋锈蚀情况。待试件成型 4 8 h后拆模 , 将试件放入 标准养护室 温度 ( 2 0 2 )、
15、 相对 湿度 R9 5 养护 2 4 d后取 出, 直接浸水 4 d后即可开始冻融循 环 试验 。 r _ - - l f l l j 7 _ _ 叶 - , , 1 - _ - - - - 卫 ! 一 ( a ) 纵 截 面 ( b ) 横 截 面 图 1 加钢筋试件尺寸 ( 单位 : m m) F i g 1 S i z e s o f R e i n f o r c e d C o n c r e t e S p e c i m e n( U n i t : mm) 2试验 内容与试 验方法 2 1 冻 融循环 与氯 离子 侵蚀 试验 冻融循环试验 : 将饱水后 的加钢筋混凝土试件 取出
16、, 放入混凝土抗冻融循环试 验机 内进行抗冻融 循环试验 , 在冻融循环次数 N分别为 0 ( 未受冻融损 伤) , 1 0 , 5 0 , 1 0 0时将试件取出 , 然后进行氯离 子侵 蚀试验 , 测定不 同冻融损伤下 , 氯离子侵蚀对混凝土 内部 钢筋 锈蚀 的影 响 。 氯离子侵蚀试验 : 对不 同冻融损伤后的试件进 行烘干 , 并用石蜡将其 除侧面以及对面外的 4个面 密封, 保证氯离子在毛细吸收作用下沿试件 内部一 维扩散, 加钢筋混凝土氯离子侵蚀试验示意如图 2 所示, 从试件与盐水接触时开始定期测定钢筋 的半 电池 电位及腐 蚀 电流密 度 。 1 S n 。 。 n 石 蛾
17、密 封 质量分数为 3 的盐 水 图 2 加钢筋 混凝 土氯 离子侵蚀试验示意 ( 单位 : mm Fi g 2 S c he ma t i c o f Chl o r i de Co r r o s i o n Te s t o f Re i n f o r c e d Co n c r e t e S p e c i me n ( Un i t : mm 2 2 钢 筋锈 蚀试验 试验中采用甘汞半电池对混凝土中钢筋的锈蚀 状况 进行 检测 , 其 由于 电极 的 电位 稳 定 、 重现 性 好 、 结构简单、 制作容易等优点而被广泛应用 。当采用 不同的标准半电池时 , 其测 出的半 电池
18、 电位与钢筋 锈蚀状况的关系见表 2 。在钢筋锈蚀试验 中, 用 导 线将钢筋和高阻抗 电压表一端相连 , 电压表的另一 端和电位 已知的电极相连 , 然后将触点在混凝土表 面上移动 , 如果混凝土中钢筋各处的状态不同, 该标 准电位与混凝土中钢筋表面的半电池之间的电位差 就 会 出现 , 从 而测 定混 凝 土 中钢 筋 的半 电池 电位 变 化 , 进而 反映混 凝 土 内部 钢筋 锈 蚀 状 况 。 同时 试 验 采用武汉科斯特公司生产的 C S系列 电化学工作站 对钢筋的锈蚀状况进行测量, 腐蚀 电流密度与钢筋 锈 蚀状 况 的关 系如 表 3所示口 。 3 试 验结果与分析 3 1
19、混凝 土 的相对动 弹性 模量 表 4为不同冻融循环次数下混凝土的相对动弹 性模量 。从表 4可以看 出: 为研究不同冻融循环次 数下不同混凝土的相对动弹性模量 , 经过 1 0 0次冻 融 循环后 , 普通加钢筋混凝土的相对动弹性模量降 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 马志呜, 等 : 冻融环境下引气混凝土的抗钢筋锈蚀能力研究 8 7 表 2 半 电池检测钢筋锈蚀状 况的 A S T M 判断标准 Ta b 2 Cr i t e r i a f o r AS TM Us e d i n St e e l Co r r os i o n Co nd i
20、 t i o n b y Ha l f - c e l l Po t e nt i a l Te s t 钢筋锈 蚀状况 锈蚀率 饱和甘汞半电池电位 mV 低度锈蚀 0 1 0 一1 2 6 中度锈蚀 l 0 5 0 2 7 6 1 2 6 高度锈蚀 5 0 9 0 4 2 6 2 7 6 严重锈蚀 9 0 1 0 0 t 0 表 4 不同冻融循环次数下混凝土 的相对动弹性模量 Ta b 4 Re l a t i v e Dy na mi c El a s t i c M o du l i of Co nc r e t e Un de r Di f f e r e n t Fr e e z e
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- 关 键 词:
- 环境 下引气 混凝土 钢筋 锈蚀 能力 研究
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