钢筋在混凝土模拟液中的电化学腐蚀行为.pdf
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1、第 1 6卷第 1期 2 0 1 3年 2月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI LDI NG MATERI AL S V0 1 1 6, No 1 Fe b , 2 O 1 3 文章 编号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 1 3 1 0 7 钢 筋在 混凝土模拟液 中的 电化 学腐蚀行为 陈海燕 , 李欢 园 , 陈丕茂 , 唐振朝 , 秦传新 , 余 景 ( 1 广 东 工业 大学 材 料 与能源 学 院 ,广东 广 州 5 1 0 0 0 6 ; 2 中 国水 产科 学研 究 院 南 海水 产研 究 所 ,广东 广 州 5 1 0 3 0
2、 0 ) 摘要 : 通过测定 HP B 2 3 5 , HRB 3 3 5和 HRB 4 0 0这 3种钢筋在不同 P H 值和不 同氯 离子浓度模拟混 凝土孔 隙液中的稳 态电位 、 腐蚀速率和阳极极化曲线 , 分析 了腐蚀参数 的变化规律 , 并对三者的腐 蚀性能进行对比 结果表 明: 随着模拟 混凝土孔隙液的 P H 值减小, HP B 2 3 5 , HR B 3 3 5和 HR B 4 0 0 耐受 氯 离子侵蚀 的能 力变 弱 模拟 混 凝 土孔 隙液 的 p H 值 相 同时 , 氯 离子 浓度 对材料 的 腐蚀 行 为也 有很 大的影 响 : 孔 隙液 p H= = = 1 3
3、 6时 , 这 3种钢 筋暴 露 在 高浓度 氯 离子 ( 0 3 0 mo l L ) 环 境 下 , 材 料 仍 能保持 良好 的耐蚀 性 ; 孔 隙液 p H一1 2 5时, 微 量 的氯 离子 浓度 ( 0 0 5 mo l L) 破 坏 了钝 化 膜 , 导 致 3种 钢 筋均发 生严 重 的孔 腐 蚀 ; 孔 隙 液 p H一 1 0 0时 , 3种 钢 筋 未 能形 成 钝 态 而导 致 其 耐 蚀 性 差 在相 同介 质 下 , HP B 2 3 5耐蚀 性 能最佳 , HR B 3 3 5次之 , HR B 4 0 0最差 关键词 : 钢筋 ;电化学腐蚀 ; 模拟混凝土孔 隙
4、液;氯 离子浓度 中图分 类号 : TU3 2 3 3 文献标 志 码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 3 0 1 0 2 5 El e c t r o c he mi c a l Co r r o s i o n Be ha v i o r o f Re i nf o r c i n g S t e e l i n S i mu l a t e d Co nc r e t e Po r e S o l u t i o n CH EN H al yan ,LI H u an yua n ,CH EN Pi ma o
5、 ,TA NG Zhe n z h ao , QI N C h u a n x i n 。 。 y Ji n g ( 1 S c ho o l o f M a t e r i a l s a nd Ene r gy,Gu a ng do ng Uni ve r s i t y o f Te c hno l og y,Gu a ng z ho u 5 1 00 06,Chi na; 2 S out h Chi na Se a Fi s he r i e s Re s e ar c h I n s t i t ut e,Chi ne s e Ac a d e my of Fi s he r y S
6、c i e nc e s,Gu a ng z ho u 5 1 03 00,Chi na ) Ab s t r a c t :Th r o u g h d e t e r mi n i n g t h e s t a b l e e l e c t r i c p o t e n t i a l ,t h e c o r r o s i o n r a t e a n d t h e a n o d i c p o l a r i z a t i o n c u r v e o f t h r e e t y p e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l
7、HPB2 3 5,HRB3 3 5 a n d HRB4 0 0 i n s i mu l a t e d c o n c r e t e p o r e s o l u t i o n a t di f f e r e nt pH v a l ue a n d c hl o r i de i o n c o nc e nt r a t i on,t he v a r i a t i on r u l e of c or r o s i on p a r a m e t e r s we r e a n a l y z e d,a n d t h e c or r os i o n p r o
8、p e r t i e s o f t h e t hr e e t y pe s o f r e i n f o r c i n g s t e e l we r e c omp a r e dThe r e s ul t s s ho w t h a t t he a bi l i t y a g a i ns t c hl o r i de i o n e r o s i on o f t he t hr e e t yp e s of r e i n f o r c i n g s t e e l b e c o m e s we a k wi t h d e c r e a s i
9、ng pH va l u e of t he s i m u l a t e d c onc r e t e po r e s o l ut i on For t he s a me pH v a l u e o f s i m u l a t e d c onc r e t e p or e s ol ut i on,c hl o r i de i o n c o nc e nt r a t i on ha s gr e a t i n f l ue n c e on t he ma t e r i a l c o r r o s i o n be ha v i o r I n t he p
10、 o r e s ol u t i o n w i t h pH = = = 1 3 6,t he t hr e e k i nds of r e i n f o r c e d s t e e 1 e x p os e d t o hi g h c o nc e n t r a t i o ns of c hl o r i d e i on ( O 3 0 mo l L)c a n s t i l l k e e p g o o d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e Ho we v e r ,i n t h e p o r e s o l u t i
11、 o n wi t h p H一1 2 5 ,t h e t r a c e c h l o r i d e i o n c o n t e n t s ( 0 0 5 mo l L )c a n d e s t r o y t h e p a s s i v e f i l m a n d s e r i o u s l y c o r r o d e t h e ma t e r i a l s Th e t h r e e t y p e s o f s t e e l h a v e a h i g h c o r r o s i o n t e n d e n c y b e c a
12、 u s e t h e y c a n t f o r m a p a s s i v e f i l m i n t h e c o n c r e t e po r e s s ol ut i on wi t h pH = 1 0 0 Am o ng t he t hr e e k i nd s of r e i nf or c i ng s t e e l u nd e r t he s a me a m b i e n t c o n d i t i o n 。c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f HP B2 3 5 s t e e l
13、i S t h e b e s t 。 a n d HR B3 3 5 i S t h e n e x t 。HRB4 0 0 s t e e l i S t h e wo r s t 收稿 日期 : 2 0 1 1 - 0 8 - 3 0;修订 日期 : 2 0 1 1 - 1 0 1 0 基金项 目: 公益性行业( 农业 ) 科研 专项 经费项 目( 2 0 1 0 0 3 0 6 8 ) ; 农业部 南海渔业 资源环 境科学 观测实验 站开放课题 ( S S C S - 2 0 1 1 0 2 , S S C S - 2 O1 2 1 5 ) 第 一作者 : 陈海燕 ( 1 9 7 4
14、一 ) , 女 , 广 东化州人 , 广东工业大学 副教授 , 博士 主要从事材料腐蚀与 防护技术研究 E - ma i l : g d u t c h y l 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 6卷 Ke y wo r d s :r e i n f o r c i n g s t e e l ; e l e c t r o c h e mi c a l c o r r o s i o n; s i mu l a t i o n c o n c r e t e p o r e s o l u t i o n;c ia
15、 l o r i d e i o n c on c e nt r a t i o n 钢筋混凝土及预应力混凝土结构中采用的钢筋 用量 最 大 的是 HP B 2 3 5 , HR B 3 3 5和 HR B 4 0 0 , 其 中 HP B 2 3 5钢筋为低碳钢 , 其余 2种 钢筋均为低合金 钢 目前有关钢筋的研究成果主要集 中在这 3种钢 筋材料的力学特性以及与混凝土所制构件 的承载性 能等方面 1 , 而对它们在混凝土中的腐蚀性能 的对 比研 究较 少 钢筋 在强 碱性 环 境 中 表 面形 成 钝 化 膜 , 它 是 厚 度为 2 1 0 6 1 0 m 的水化 氧化 物 ( n F
16、 e O 。 mH O) , 用来阻止钢筋进一步腐蚀 2 混凝土 中的 钢筋遭受腐蚀的主要原因是混凝土碳化和氯离子侵 蚀 , 碳化使混凝 土碱性下 降; 氯离子侵蚀使 溶液酸 化, 导致 p H值下降 , 从而使钢筋钝化膜破坏 , 导致 金属 溶解 速度 大大增 加 由于 HP B 2 3 5 , HR B 3 3 5 和 HR B 4 0 0这 3种 钢筋 的化学成分及显微 组织 的 差异 , 必然造成三者在混凝 土中的腐蚀 行为有所差 别 本 文 利 用 电 化 学 测 试 方 法 研 究HP B 2 3 5 , HR B 3 3 5和 HR B 4 0 0钢筋 的腐 蚀热力学 和动力学
17、特性 , 揭示这 3种钢筋在混凝土 中的腐 蚀行 为及其 耐腐蚀性能的差异, 为在严重腐蚀环境下合理选用 钢筋材料提供必要的试验依据 1 试验方法 1 1 试 验材料 及 制备 试 验 材 料 为 建 筑 用HP B 2 3 5 ,HRB 3 3 5 和 HR B 4 0 0螺 纹钢筋 , 其 主 要 化 学 组 成 ( 质 量分 数 ) 见 表 1 将其加工成 8 5 mm 的圆柱形试样后进行表 面 打磨 、 抛 光 , 先 用 丙酮 浸 泡 去 除表 面 油污 , 再 用 去 离子 水 冲洗干 净 , 最 后用 无水 乙醇 清洗 , 并 在 气 流干 燥器上干燥待用 表 1 3种钢筋的主要
18、化学组成 T a b l e 1 C h e mi c a l c o mp o s i t i o n ( b y ma s s ) o f t h r e e t y p e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l 模拟混凝土孔隙液为饱和 C a ( OH) 。 溶液 , 用浓 度为 0 8 0 mo l L的 N a HC O。 溶液调整模拟混凝土 孔隙液的 p H值 , 用适量 Na C 1 来改变模拟液的氯离 子浓度 1 2 测 定钢 筋的稳 态 电位 采用 UJ 2 5型 直流 电位 差计 和 AC 1 5型 直 流 复 射式 检流计 测量 钢筋
19、 在模 拟混凝 土孑 L 隙液 中 的稳 态 电位 , 参比电极为饱和甘汞电极 , 测得的电极电位值 均 为相对 饱 和甘汞 电极 ( S C E ) 电位 1 3阳极极 化 曲线的测 定 为研究试样在不 同腐蚀介质 中的腐蚀行 为, 用 稳态恒电位法测定阳极极化 曲线 试验仪器为德 国 产电化学工作站 I M6 , 参比电极采用饱和甘汞 电极, 辅 助 电极 采用 铂 电极 , 扫描速 度为 4 0 mV s , 测 得 的 电极电位值均为相对饱和甘汞 电极( S C E) 电位 1 4腐 蚀试 验 采用 失重 试验法 对 3种钢 筋材料 在不 同介 质 中 的腐蚀率进行测定 2 试验结果与
20、分析讨论 2 1 钢 筋 的稳态 电位 钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀主要是电化学腐 蚀 根 据 电化 学 原理 , 金 属 材 料 的稳 态 电位 越 负 , 腐 蚀倾向性越大【 7 3种钢筋的稳态电位如表 2所示 由表 2可 看 出 , 在 p H一 1 3 6不 含氯 离 子 的 孔 隙液中, 3种钢筋材料 的电位均随时间的增加而正 移 , 这表明在不含氯离子 的强碱性介质中, 3种钢筋 材料表面可能形成致密的钝化膜 当氯离子浓度增 加 到 0 0 5 mo l L时 , HP B 2 3 5 钢 筋 的 电位 随 时 间 的 增 加而 正移 , 表 明在强碱 性介 质 中 , 微量 氯离
21、子浓 度 未 能破 坏金 属 表 面 的钝 化 膜 ; HRB 3 3 5钢 筋 的 电位 在这种介质条件下基本保持不变 , 表 明 HRB 3 3 5钢 筋 的 表 面 膜 处 于 形 成 和 溶 解 的 动 态 平 衡 状 态 ; HRB 4 0 0 钢筋的电位随时间的增加而轻微降低, 这 时 HRB 4 0 0 形成的钝化膜致密性稍差些 , 腐蚀倾 向 增加 当氯 离子 浓度 为 0 3 O mo l L时, HP B 2 3 5 , HRB 3 3 5和 HR B 4 0 0这 3种钢筋材料的电位均随着 时间的增加 , 呈先增加后减少的趋势, 表明它们在此 条件下 , 先期形成 的钝化
22、膜 由于氯离子的侵蚀而遭 到局部溶解 , 在相同条件下 , HP B 2 3 5的电位最大 , HRB 4 O 0 钢筋 的电位最小 , 因此 HP B 2 3 5钢筋发生 腐蚀的倾 向最小 , HR B 4 0 0钢筋发 生腐蚀 的可能性 最大 随着氯离子浓度的增加, HP B 2 3 5钢筋的电位 变化范围较小 , HR B 4 0 0钢筋 随着孔 隙液 的氯离子 浓度的增加 , 电位变化较大 , 因此从材料热力 学上 看 , HR B 4 0 0钢筋对氯离子的腐蚀敏感性 明显大于 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 陈海燕 , 等 : 钢筋在混凝土
23、模拟液 中的电化 学腐 蚀行为 表 2 3种钢筋在 模拟混凝土孔隙液中的稳态 电位 T a b l e 2 Op e n c i r c u i t p o t e n t i a l o f t h r e e t y p e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n s i mu l a t e d c o n c r e t e po r e s o l u t i o n p H c c r T i me P o t e n t i a l V p H c c rTi me P o t e n t i a l V v a l u e( mo l
24、L ) mi n HPB2 3 5 HRB3 3 5 HRB4 0 0 v a l u e( m o lL一 ) mi n HPB2 3 5 H RB3 3 5 HRB4 0 0 5 0 8 6 4 0 9 6 9 1 0 7 6 5 0 8 3 7 1 4 3 0 一 1 6 2 6 1 5 0 8 5 5 0 9 5 5 0 9 4 7 1 5 0 8 3 0 1 6 0 0 1 6 7 0 0 3 0 0 8 4 8 0 9 2 3 0 9 l 6 1 2 5 0 3 0 3 0 0 8 4 2 1 5 9 2 1 6 2 8 4 5 0 8 2 3 0 9 0 0 0 8 5 3 4
25、5 0 8 51 1 6 8 2 1 6 8 7 6 0 0 8 2 2 0 9 0 1 0 8 5 2 6 0 0 8 51 1 6 5 2 1 7 4 1 5 0 8 7 0 0 9 2 7 1 2 5 8 5 1 0 8 5 1 5 6 8 1 5 4 5 1 5 0 8 7 2 0 9 1 4 1 2 8 6 1 5 1 0 5 5 1 5 8 1 1 5 7 0 1 3 6 0 0 5 3 0 0 8 0 0 0 9 2 0 1 3 I 5 0 3 0 一 I 0 2 2 1 5 9 1 5 8 8 4 5 0 7 9 4 0 9 2 8 1 3 0 7 4 5 1 0 4 2 1
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