海砂混凝土中钢筋锈蚀机理及其防治.pdf
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1、6 低温建筑技术 2 0 1 0年第 1 2期( 总第 1 5 0期 ) 海砂混凝土 中钢筋锈蚀机理及 其防治 周海华 , 张振文 , 贺智敏 , 柳俊哲 ( 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】 通过对宁波地区海砂淡化厂里海砂的调查, 探讨了海砂混凝土中钢筋的锈蚀机理及氯离子扩散 规律, 提出了海砂混凝土中钢筋锈蚀的防治措施。 【 关键词1 海砂; 海砂混凝土; 氯离子; 钢筋锈蚀 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 2 0 0 0 6 0 2 AN
2、ALYS I S 0F REBAR CoRRoS I oN M ECHANI S M S E A S AND CoNCRETE AND PREVENT E M EAS URES Z HO U Ha i h u a, Z HA NG Z h e n w e n,HE Z h i mi n ,L I U J u n z h e ( D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g, N i n g b o U n i v , Z h e j i a n g N i n g b o 3 1 5 2 1 1, C h i n a ) Abs
3、 t r ac t: Ba s e d o n t h e i n v e s t i g a t i o n o f t h e s e a s a nd i n t h e s e a s a n d d e s a he d p l a n t s i n Ni n g b o,t h i s a r t i c l e d i s c us s e d t he r e b a r c o r r o s i o n me c h a n i s m a n d t he c h l o r i d e i o n d i fl u s i o n r u l e s i n t he
4、 s e a s a n d c o n c r e t e,p r o p o s i n g p r e v e nt i v e me a s u r e s f o r t h e r e b a r c o r r o s i o n i n t he s e a s a n d c o n c r e t e Ke y wo r d s: s e a s a n d;s e a s a n d c o n c r e t e;c h l o r i d e i o n;r e ba r c o r r o s i o n 钢筋混凝土的耐久性是一个广受关注的问题, 钢筋锈 蚀是影响混
5、凝 土耐久性的主要 因素之一 。宁波地 区海砂 应用于钢筋混凝上已有很多年的历史。海砂中含有的氯化 物是引起钢筋锈蚀的主因。将于2 0 1 0年 l 2月 1日起执行 的行业标准 J G J 2 O 6 2 o l o ( 海砂混凝土应用技术规范 对混 凝土中海砂氯离子含量有明确规定, 要求少于 0 0 3 的含 量。在这之前, 宁波市地方法规规定海砂中氯离子含量分 三个等级 , 分别 为 0 0 6 、 0 0 2 、 0 O 1 , 相应 等级对 应不 同混凝土强度等级 。 1 宁波地 区海 砂特征 海砂各项指标因不同的影响因素而有所差异。课题组 通过对宁波市几家海砂淡化企业取得海砂进行检
6、测 , 得到 的各项指标见表 l 、 表2 。 表 1 海 砂的级 配及细度模数 表 2 海砂的含泥量 、 贝壳含量及氯离子含量 注: 表小海砂种类取 自部分具有 代表 厂家 。 2氯离子 引起钢筋锈蚀的机理 海砂混凝土中钢筋锈蚀其实是一个多因素藕合的复杂 过程 , 可分为 内因和外 因。内 因是混凝 土 内部的 氯离子 含 量、 孔隙特征、 水化程度、 C A含量、 保护层厚度、 p H值等; 外 因包括温度、 湿度、 碳化、 受荷特征、 酸碱盐环境等一系列因 素。这些因素不是独立的, 它们之问相互影响相互作用于 混凝土 内部 , 最终在这些 多因素的藕合 下造成混凝 土劣化 、 钢筋锈蚀
7、, 最终导致海砂混凝土的耐久性严重下降, 造成 “ 海砂屋” 这一后果, 也一度造成人们闻海砂屋色变。 钢筋锈蚀的过程是一系列的电化学过程, 氯离子在钢 筋的锈蚀过程中扮演了催化剂的作用。混凝土的微观结构 中的硬化水泥浆体 由水泥水化物、 未水化水泥颗粒、 自由 水、 空气等组成, 其中的自由水和混凝土孑 L 隙中由外部侵入 的水分为钢筋锈蚀提供电化学溶液 , 自由氯离子、 氧分子、 铁离子等反应物质在其中自由反应, 其电化学方程: F e +2 C1 一+4 H2 0 F e Cl 2 4 H2 0 基金项目 国家自然科学基金资助项目( 5 1 0 7 8 1 8 9 ) ; 宁波市自 然科
8、学基金资助项 目( 2 0 1 0 A 6 1 0 0 8 4 ) 用海华等 : 海砂混凝士 巾钢筋锈蚀机删及其 胁治 7 F e C 1 2 4 l 2 0 F e ( O H) 2 i+2 C 1 一+2 H + 2 H 2 0 F e ( O H ) 2+ 0 2+t t 2 0一 - n F e 2 O 3 mt t 2 0( 红锈 )+F e 3 0 4 ( 黑锈) 其 中的 F e ( O H) 还 可 以 与水 分 中 的氯 离 子 生 成 F e ( O H) C 1 , F e ( O H) C 1 可以与水和氧气进一步反应生成铁锈: F e ( O H) c l +O 2
9、+H 2 0 + F 2 O 3 mH 2 0+H C 1 氯离子造成海砂混凝土中钢筋锈蚀可分三步进行 : 第 一 步是在钢筋表面聚积到一定浓度, 在这一过程 中通过局 部酸化的作用降底钢筋表面附近? 昆 凝土的 p H值, 最终达到 钢筋锈蚀的氯离子临界浓度值, 致使达到这一浓度值附近 的钢筋表面钝化膜破坏; 第二步是在钢筋表面形成锈蚀原 电池, 未破坏钝化膜的位嚣与钝化膜破坏的位置形成 电位 差, 变成原电池 , 出现坑蚀现象; 第三步是氯离子在这一电 化学反应过程中周而复始, 最终使蚀坑连成 一片, 铁锈积少 成多, 造成海砂混凝= 七出现顺筋开裂等一系列劣化现象。 这一过程中氯离子的催
10、化作用体现在两个方面: 一方 面是参与铁锈生成的化学物质过程, 生成中间产物; 另一方 面是氯离子在电化学溶液中扮演着润滑剂的作用, 它的存 在大大减小了电化学溶液的电阻, 在电化学方程式中可以 看出氯离子在参与反应后会出现 H C 1 形态 , 它可以进一步 降底钢筋附近的 p H值, 加速了铁锈的生成。 3氯离子扩散特征 在氯离子引起钢筋锈蚀的过程中注意到氯离子在钢筋 表面达到一定浓度才能 出现钢筋 锈蚀 。在海砂 混凝土 中氯 离子的扩散特征也就决定 了它在混凝土中间的浓度分布。 氯离子的扩散特征的影响因子是多方面的。 3 1 湿度对氯离子扩散的影响 湿度包括 混凝 : 内部湿 度 和外
11、部 湿度。有研 究表 明 j , 混凝土内部湿度在早龄期内有明显的梯度, 其变化规 律见图 】 。 混 凝 土深 度 , c m 图 1 不同龄期混凝土内部湿度随深度的变化规律 在海砂混凝土拌合初期, 研究表明 : 除了海砂在拌合 时溶于水的氯离子外, 还有一部分氯离子被水泥浆体包裹 在海砂表面, 存在一个从海砂表面到水泥凝胶内部的渗透 过程。由此可见海砂? 昆 凝土在成型初期其内部的氯离子浓 度不是均匀分布的 , 它在海砂颗粒与水泥浆体之间存在梯 度差。在这个梯度差之下 , 海砂表面的氯离子逐渐扩散开 来, 初步形成一个均匀分布的局面, 尔后 , 在混凝土内部湿 度变化的影响下开始由外层向里
12、层扩散的过程。 外部湿度主要是养护过程中的水, 在养护的过程中, 水 向混凝土内部渗透, 混凝土内部吸附在孔隙壁上的游离氯 离子溶于自由水中, 部分向附着的水泥浆体内部渗透, 一 部分随水分向混凝土内层渗透。在渗透的过程 中, 部分氯 离子遇到钢筋阻隔聚积在钢 筋附近 , 形成 氯离子聚集 。 3 2 碳化对氯 离子扩散 的影 响 混凝土碳化时氯离子会从碳化区向未碳化区进行迁 移, 并在碳化区前端的未碳化区域产生浓缩现象 。氯离 子在混凝土水化的过程中形成与 C A结合成 F n e d e l 复盐、 物理吸 附和游离 三种形 态 , 在混凝 土碳 化区域 F fi e d e l 盐 会
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