有机钢筋混凝土阻锈剂的研究.pdf

2 0 1 0 年 第 2 期 (总 第2 4 4 期 ) Nu mb e r 2 j n 2 O1 0( To t a l No 2 4 4) 混 凝 土 Con c r e t e 原材料及辅助 物料 v I AT ERI AI AND ADM I 】 I CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 2 0 1 9 有机钢筋混凝土阻锈剂的研究 孙俊 ，刘彦 东，王建成 ( 中冶集 团建筑研究 总院 ，北 京 1 0 0 0 8 8 ) 摘要 ： 采用盐水浸渍与混凝 土浸烘试验 方法对 4组 由醇胺类有机物 、 酰胺类有机物 、 有机多元胺 、 芳香族盐类 、 无机盐 中的 3种或 3种 以上组分复合的钢筋混凝 土阻锈 剂的阻锈效果进行 了评 定对 比。试验结果表 明： 4组有机钢筋混凝土阻锈剂具有良好 的阻锈效果 ， 且阻锈 效果最为盟 著的是 Z X一 2复合 有机 钢筋混凝土阻锈 剂。并 进行 了不同阻锈剂 的混凝土性能试验 ， 试验证 明有机阻锈剂对混凝土性能并无 不 良影响。 关键词 ： 有机阻锈剂 ；阻锈效果 ；钢筋混凝土 ；混凝土性能 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 6 7 0 3 Re s ea r c h on or gan i c c or r os i on i nhi bi t or f or r ei n f or c i ng s t ee l i n c on cr e t e SUN J u n， LI U Ya h d 0 n g， WANG J i a n c h e n g ( C e n t r a l R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Bu i l d i n g a n d C o n s t r u c t i o n o f MCC G r o u p ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 8 ， C h i n a ) Ab s t r ac t ： Di ffe r e n t o r g a ni c c o r r os i o n i n hibi t o r s f o r r e i n f o r c i n g s t e e l i n c o nc r e t e ， c o m p o s i t i n g o f t h r e e o r e v e n mo r e t h r e e k i nd s o f i n g r e d i e n t s c h os e n f r o m a l c a m i n e s ， p h o s p h o r a m i d e ， p o l y a mi n e， a r o ma t i c s a l t ， i n o r g a n i c s a l t s ， a r e e v a l u a t e d t h r o u g h s m a l l pi e c e s o f b a r s i mme r s e d i n c h l o r a t e s o l u t i o ns a n d t h e i mme r s i o n a n d d r a y a g e c y c l e o f c o n c r e t e An d t h e t e s t s d i s p l a y s ZX 2 i n d i c a t e e xc e l l e nt a n t i c o r r o s i o n e ffe c t T he r e fo r e， the r e - s e a r c h e s o n t h e c o n c r e t e p r o pe r t y i n d i c a t e tha t o r g a n i c c o r r o s i o n i n h i b i t o r s d o n t h a v e h a r m f u l e ffe c t o n d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e Ke y w or ds ： o r g a n i c c o rro s i o n i n h i b i t o r ； a n t i c o rro s i o n e ffe c t ； r e i n fo r c e me n t c o n c r e t e； c o n c r e t e p r o p e r t y 0 引 言 钢筋 的锈蚀是混凝 土结构破坏的主要原 因之一 ， 已有不 少 控制其腐蚀的方法， 如向混凝土中添加阻锈剂便是有效方法之 一 ：目前 ， 实际 工程应用历史 最久的是亚硝酸盐类阻锈剂 ， 国 内 市场的钢筋阻锈剂产品大部分都含有亚硝酸盐 ， 由于其存在用 量不足时会加速腐蚀_】 1 ， 并对环境和人体健康有负面影响， 传统 的亚硝酸盐类钢 筋阻锈剂产品面临挑战 。因此 ， 对非亚硝 酸盐 系列的复合型钢筋阻锈剂进行研究具有重要 的意义 。 自2 0世纪 8 0年代以来 ， 有机阻锈剂因其不会因设计或施 不当造成加 速腐蚀和 易与其他 有机或无 机阻锈剂 复合使 用 产 生 办同作用 的重要 特性 ， 而作 为钢筋 阻锈剂得到 了快速 的发 展。本文主要研究了几种有机组分复合后对混凝土中钢筋的阻 锈性能的影响， 进而确定 掺量低 、 阻锈效果明显 、 对混凝土性 能无不 良影响 、 环境友好 的有机钢筋混凝土阻锈剂。 1 试验 方法与材料 1 1试 验 方 法 参照修订后的 Y B T 9 2 3 1 钢筋阻锈剂使用技术规程 进行 盐水浸渍试验， 筛选具有较好阻锈效果的有机复合阻锈剂， 其中 盐水浸渍试验饱和氢氧化钙所含氯化钠质量百分数为3 5 ， 7 d 后观察钢筋棒表 面是 否 现锈斑或溶液是否发生颜 色变化 ， 进 而确定 l I 阻锈效果较为明显的复合配合 比进行混凝土浸烘试 验。依据修订后的YB T 9 2 3 1 钢筋阻锈剂使用技术规程 中的 收稿 日期 ：2 0 0 9 1 0 - 1 0 混凝 土浸烘循环试验完成后计算钢筋锈积率 ， 确定该不 同组分 配合 比是 否在实 际混凝土环境中具有明显的阻锈效果 。其 中钢 筋锈积率计算方法如式【 1 ) 。 月： 1 0 0 ( 1 ) A 0 式中： 钢筋锈积率 ， ； A n次循环后钢筋锈蚀 面积 ， ra i n 。 ； A 钢筋表面积 ， mi l l 。 相 应 的混 凝 土 性 能 试验 各 个 指 标 测 定 参 照 Y B T 9 2 3 l 钢筋阻锈剂使用技术规程 进行试验 ， 其中性能指标包括抗 压 强度 比 ( 9 0 ) 、 凝结 时 间 差 ( 一 1 2 0 - 1 2 0 rai n) 、 收 缩率 比 ( 1 3 5 ) 。 1 2 试验 材料 水泥 ： 太行山牌 P O 4 2 5 。 石子 ： 混凝土浸烘试 验石子采用 5 - 1 5 i n n l 豆石 ； 混凝 土性 能试验采用 5 2 0 mm碎卵石。 砂子 ： 细度模数为 2 6 2 8 砂子 。 阻锈组分 ： 醇胺类有机物、 酰胺类有机物、 有机多元胺 、 芳 香族盐类、 无机盐中的 3种或 3种以上组分复合。不同阻锈剂 组成见表 1 。 表 1 所配阻锈剂固含量为 3 5 5 5 ， 然后将所配阻锈剂加 入含 3 5 氯化钠的饱和氢氧化钙溶液中。 钢筋棒： 盐水浸渍试验采用 +1 0 mmx 5 0 mm HP B 2 3 5钢筋 棒 ； 混凝土浸烘试验采用 6 m inx 1 O 0 mm H P B 2 3 5钢筋棒 。 6 7 表 1 阻锈 剂组成 2 盐水浸渍与混凝土浸烘试验 2 1 盐水浸渍试验 将 所配 阻锈剂 以含 掺有 3 5 氯化钠 的饱 和氢 氧化钙溶 液质量的 2 2 11 人 ， 然后将 事先打磨 光亮并用丙 酮清洗过 的 3根钢筋棒 置人 溶液 中 ， 分别 在规定 的时期 内观 察钢筋 棒表 面是 否出现锈 蚀 、 溶 液是 否发 生颜 色变 化 ， 并 测定 规定 时 间 的 自然腐 蚀电位 。经过 7 d饱 和 氢氧化钙 盐水浸 泡后 ， 掺有 机钢筋混凝 土 阻锈剂 与未掺 的锈蚀 情况 见罔 l ， 试 验结 果如 表 2 ( a ) 未 掺阻锈 剂 b 1 掺人阻锈 剂 图 1 钢筋棒盐水浸渍试验 表 2钢筋棒盐水浸渍试验 根据表 2可知 ： 钢筋棒的 自然腐蚀电位在规定 的时期 内均 在 0 - - 2 5 0mV之间 ， 如图 1 所 示置 于未掺阻锈剂溶液中 7 d的 钢筋棒表面已附着一层红褐色锈斑， 而置于掺加了阻锈剂溶液 中的钢筋棒表 面则光洁如新 ， 未 出现任何锈斑或锈点。可见 ， 复 配后所得 4组阻锈剂对钢筋棒具有较为明显 的阻锈效果 ， 能够 有效提高钢筋棒耐蚀性能 。 6 8 2 2混凝 土浸烘试 验 2 2 1 混凝 土配合 比 参照 G B 8 0 7 6 ( 混凝土外加刹 进行混凝土配合比设计， 其 中粗骨料粒 径 5 1 5 mlT l ， 砂率 3 8 ， 水 耿 比均为 0 6 ， 其 中包括 阻锈剂所含水量 混凝土 内均掺人 质量 为拌 合水 3 5 的氯化 钠 ， 阻锈剂掺量 为胶凝材料的 3 。 2 2 2 混凝土试件成型 混凝土试件尺寸为 2 0 0 mmx 1 0 0 mmx 4 6 m m， 先用混凝土浇 制 1 0 0 mm长的中间段 。 浇制时 ， 两头采用端头板和木楔 固定钢 筋， 以保证钢筋棒的保护层达到2 0 mm， 混凝土装入试模后， 在 振动 台上振动至出浆。次 日卸去木楔 和端头板 ， 在两头浇灌水 灰ILd 于中间混凝土的富配合比砂浆，用油灰刀仔细插捣， 使 其密实， 试件成型过程血 I 1 图 2 于第 3天拆模， 并用环氧树脂将 新旧混凝土表面接缝处封实， 待环氧树脂同化后把试件放入标 准养护室养护至 7 d 。 2 2 3 混凝土试件浸烘循环 将养护至 7 d的试 件放人烘箱 中， 在( 8 0 _+ 5 ) 的温度下烘 干2 4 h 。 待冷却后放人 3 5 氯化钠水溶液的塑料箱中浸泡 1 2 0 h ， 取 出， 再放人( 6 0 _+ 5 ) 的烘箱 中烘 7 2 h ， 此为一个循环 。 以后照 此循环不断重 复。 经过 4次循环后 ， 劈开一条空 白混凝土试块 ， 看是否锈蚀 ， 若锈积率达到 1 5 N劈开所有试块 。若没有则进 入下一个循环 2 2 4 混凝土试件浸烘循环 f = 验结果 待混凝土试件浸烘至 4次循环后劈开混凝 土试块 ， 取 出钢 筋。钢筋棒经过 4次混凝土浸烘试验后 的锈蚀情况如图 3 。 根据 图 3可 以看 ， 未掺阻 锈剂 的空 白混凝土试件 中的钢 筋棒表面已附着大量 的锈斑锈点 ， 而掺加阻锈剂的 Z X 1 、 Z X一 2 、 Z X一 3 、 Z X一 4混凝土试件 中的钢筋 棒表面空 白试 验 中的钢筋棒 锈蚀面积则很小 ， 有的钢筋棒表面甚至没有任何锈斑或锈点。掺 加 Z X一 1的混凝土试件中的钢筋棒只有两根钢筋棒有着明显 的 锈点 ， 其 中有一 根钢筋棒表面 有着 相对面积稍大 的锈斑 ， 而其 他的钢筋捧光亮 ； 掺加 Z X一 2的混凝 土试件中的钢筋棒除 了 3 根 端头两端有少许锈斑， 剩余钢筋棒没有锈迹 ； 掺加 Z X 一 3 、 Z X 4 的混凝土试件 中的钢筋棒 的锈蚀情况则很接近 ， 有 4根钢筋棒 表面有锈斑 ， 其中部有一根锈蚀 面积相对较大 。 钢筋俸表面锈蚀情况不一 ， 原因可能 为： ( 1 ) 混凝土本身 即足 不匀质性材料 ， 存进 行混凝土浸烘循 环时氯离子的扩散系数以及氧扩散速率以及浓度差别较大。 ( 2 ) 有些钢筋捧本身也存在一些缺陷， 容易形成晶间腐蚀。 ( 3 ) 在进行混凝土浸烘试验之前， 钢筋表面存在着一些杂 质而未得到及时清洗 ( 4 ) 在用环 氧树脂将新 旧混 凝土表 面接缝处封 实时 ， 新 旧 混凝土表面并未封实进而使得溶液易于渗透进入混凝土达到 钢筋棒表面。 因此， 在进行混凝土浸烘试验时应尽量减少由于试验本身 引入的偶然误差， 尽 做剑混凝土搅拌均匀 、 钢筋棒表面无缺 ( a J 战 前试模 ( r I 1 试件搅拌 图 2 混凝浸烘试验的试件成型过程 陷以及保持钢筋俸表而的清沽、 封史新旧混凝土表面接缝处。 存测定钢筋俸锈蚀面积 时 ， 用玻璃纸或透 明胶带纸裹在 钢 筋表丽 ， 描绘 锈蚀部 分轮 廓 ， 然 将玻 璃纸或 透明胶带 纸取下 蚺住坐标纸 l ， 计算锈 部 分而积 ， 最后取其平均值。所测定 的 钢筋锈 积半结果 丧 3 7 根据以上试验数 可 ： 对混凝 七中钢筋阻锈效果改善最为 明显的是 Z X一 2 ， 其 次分别足是 Z X 一 3 、 Z X一 1 、 Z X 一 4 ， 并且经过 4次 混凝土浸烘试验后， 干 I f 对丁空白钢筋棒锈积率降低 r 9 5 以上， 有效改善混凝 十f 1 制筋而 寸 幅 蚀 r ： 能一 图3 经过4次浸烘循环后钢筋棒 6 9 丽 4 结论 阻 锈 剂 编 号4 次 循 环 钢 筋 锈积 率相 对 空白 钢 筋 锈 积 率 百 分比 。 3 混凝土性能试验 有机阻锈剂混凝士陛能试验参照修订后的Y B r 9 2 3 1 钢筋 阻锈剂使用技术规程 进行， 其中单位立方米混凝土水泥用量 3 1 0 k g ， 砂率 3 9 ， 水灰比为 0 6 ， 阻锈剂掺量为胶凝材料的3 。 相应 的不同的混凝土性能指标结果如表 4 。 表 4 掺加阻锈剂混凝土性能指标 依据表 4可知： 掺加了不同有机钢筋混凝土阻锈剂的混凝 土试件抗压强度比、 凝结时间差、 收缩率比都达到标准值， 其中 Z X 2 、 Z X 4能够提高混凝土的抗压强度， 并且对于混凝土收缩 率的影响并无不 良影响。 上接第 5 6页 表 S 钢 管高强膨胀混凝土短柱破坏荷载值 计算值均比试验值偏高， 主要是有限元分析所用的膨胀 自应力 大， 它的存在有利于提高试件的弹性破坏值； 在 A、 B、 C三组 试件的有限元分析中， 混凝土弹性模量相差较小， 膨胀 自应力 差别较大， 其他参数相同， 而试件破坏值逐渐增大， 表明膨胀自 应力有利于提高试件的承载力 ； D组试件的膨胀 自应力虽然 很大， 但 由于膨胀剂掺量大而导致混凝土模量减小， 以至于它 的承载力下降。 4结论 根据对钢管高强膨胀混凝土试件的水化热、 初应力和极限 破坏荷载进行了检测和试验， 得出如下结论： ( 1 ) 本次配制的混凝土水化热不高， 适宜于大体积混凝土 结构。 ( 2 ) 钢管高强膨胀混凝土中的混凝土应变在 7 d以内增加 幅度较大 ， 在 7 d以后混凝土应变量趋于平缓 。 应用实际工程要 注意前 7d 混凝土的应变 。 ( 3 ) 由于混凝土的膨胀， 在钢管壁及混凝土内部产生了一定 的膨胀应力 自应力 ， 且 kq 应力随膨胀剂掺量的增加而增加。 ( 4 ) 膨胀剂的最优掺量为 1 0 - - 1 2 。 ( 5 ) 钢管中的焊缝是构件中的薄弱环节。 ( 6 ) 相同条件下的钢管混凝土， 掺 1 0 1 2 的膨胀剂后， 7 O ( 1 ) 本文参照修订后的YB ， r 9 2 3 l 钢筋阻锈剂使用技术规 程 中的盐水浸渍试验 、 混凝土浸烘试验对不同配合比有机钢 筋混凝土阻锈剂进行 了研究 ， 并进行了相应的混凝土性能试验 ， 结果表明， 4组阻锈剂对混凝土中的钢筋具有较为明显的阻锈 效果， 其中效果最为明显的是 Z X 2 ， 并且 Z X 2对混凝土性能 有着一定地改善 。 ( 2 ) 在进 行混凝土浸烘试验 时 ， 应 当尽 量减 少 由于混凝 土 搅拌不均 、 钢筋表 面粗 糙以及表面不洁净 、 新 旧混凝 土表 面接 缝 处未封实而引入 的试验误差。 ( 3 ) 对于本文 中有 机钢筋混凝土 阻锈 剂的阻锈机理 ， 则需 借助于一定的电化学试验 ， 进而探索其阻锈机理 。 参考文献 ： 1 】 唐修生， 黄国泓复合型钢筋阻锈剂试验研究 J 1 新型建筑材料， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 6 0 6 2 作者简介： 孙俊( 1 9 8 2 一 ) ， 男， 工学硕士， 主要从事混凝土外加剂、 混凝 土耐久性等研究。 单位地址： 北京市海淀区西土城路 3 3 号 中冶集团建筑研究总院 ( 1 0 0 0 8 8 ) 联 系电话 ： 1 3 7 0 1 3 5 3 4 0 8 其屈服强度和极限破坏荷载均可提高值 8 左右， 实际工程设计 中可适当考虑这一有利因素。 ( 7 ) 以试验为基础， 通过建立计算模型及非线性有限元分 析， 得出的结果与试验结果相近吻合， 表明非线性有限元分析 钢管高强膨胀混凝土的力学性能是一种可靠正确的方法， 可以 用 于工程实际中。 参考文献 ： 1 】 汤关祚， 招炳泉 ， 等 冈 管混凝土基本力学性能的研究【 J 】 建筑结构学 报 ， 1 9 8 2 ( 1 ) 2 2 钟善铜， 王用纯 冈 管混凝土轴心受压构件计算理论的研究 J 】 建筑 结构学报， 1 9 8 0 ( 1 ) 3 】 钟善铜钢管混凝士偏心受压构件承载力计算的研究 J 】 建筑结构学 报， 1 9 8 8 ( 4 ) 4 韩林海 的部分新进展 J 工业建筑 1 9 9 5 ( 1 ) 5 】 C E C S 2 8 ： 9 0 ， 钢管混凝土结构设计与施工规程 s 】 6 齐廷， 张季如， 王家阳 有限单元法分析钢管高强膨胀混凝土的力学 性能 J J 武汉理工大学学报， 2 0 0 1 ( 1 2 ) 作者简 介 单位地址 联系电话 齐延( 1 9 6 2 一 ) ， 男 ， 副教授， 硕士， 现从事土木工程的教学 和研 究工作 。 湖北武汉鲁巷中国地质大学( 武汉) 工程学院土木系( 4 3 0 0 7 4 ) 1 3 6 2 7 2l 9 41 5