钢筋混凝土阴极保护特性及其微观机制.pdf
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1、第 1 3卷第 3期 2 0 1 0年 6月 建筑材料学报 J OURNAL OF BUI L DI NG M ATE R AL S Vo1 1 3。NO 3 J u n , 2 0 1 0 文章编号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 3 1 5 0 5 钢筋混凝土 阴极保 护特性及 其微观机制 徐 晶, 姚 武 ( 同济大学 先进 土木工 程材料 教育部 重点实 验室 , 上海 2 0 0 0 9 2 ) 摘 要 : 综 合利 用 X射线 衍射及扫描 电镜 , 分析 了钢 筋腐 蚀产物 和 钢 筋 混凝 土界 面微 观 性 能 结 果 发现 : 未经 阴
2、极保 护处理 的试 样 更 多地 生成 了主要 腐蚀 产 物 F e 。 O , 并且 在 C 1 一大量 存在 的 情 况 下 , 还进 一步 生 成 了 F e H ( O, OH C 1 ) ; 阴极保 护 有 助 于钢 筋 混 凝 土界 面处 C a ( OH) 晶体 的 存 在 , 从 而能保 持界 面处 的高碱 性 , 而且 阴极 电流 能使 C 1 一迁移 而远 离钢 筋 , 使 钢 筋受到 有效保 护 关键 词 :钢筋 混凝 土 ;腐蚀 ;阴极保 护 ;电化 学性 能 ; 形 貌 中图分类 号 : T U5 2 8 0 1 文献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9
3、6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 0 0 3 0 0 9 Ch a r a c t e r i s t i c a n d M i c r o me c h a n i s m o f Ca t h o d i c Pr o t e c t i o n f o r Re i n f o r c e d Co nc r e t e XU J i n g, Y AO W u ( Ke y La b o r a t o r y o f Ad v a n c e d Ci v i l En g i n e e r i n g Ma t e r i a l s o
4、f Mi n i s t r y o f Ed u c a t i o n, 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 ) Ab s t r a c t :Fo r t he pu r p os e o f e xp l o r i ng t h e me c h a ni s m u nd e r l y i ng t h e e f f i c i e n c y of c a t h o di c p r ot e c t i o n, X r a y d i f f r a c t i o
5、n( XRD)c omb i ne d wi t h s c a n ni ng e l e c t r o n mi c r o s c o p y( S EM )we r e a pp l i e d f or mi c r os t r u c t u r a l a n a l y s i s o f c o r r os i on pr o d uc t s a n d s t e e l c o nc r e t e i n t e r f a c e Th e s t u dy s h ows t ha t mo r e c o mm o n c or r o s i o n p
6、r od u c t Fe 3 O4 i s p r o du c e d i n s p e c i me n s i f c a t ho d i c p r ot e c t i o n i s no t p r o vi de d Be s i d e s , c o r r o s i o n pr od uc t o f Fe 。 ( O , OH , C1 ) c a n a l s o f o r me d whe n c hl o r i d e s a r e a bu nd a n t i n c on c r e t e Ca t ho d i c p r o t e
7、c t i o n i S he l pf ul f o r t h e f o r ma t i o n o f Ca ( OH) 2 c r y s t a l , t h e r e b y t h e h i g h a l k a l i n i t y o f t h e s t e e l p a s t e i n t e r f a c e i s r e t a i n e d Ch l or i de i on s a r e mi t i g a t e d a wa y f r om t h e s t e e l s u r f a c e by c a t h o
8、d i c c u r r e nt Th e s e e f f e c t s g u a r a nt e e t h e e f f i c i e nt p r o t e c t i on of s t e e l r e i n f o r c e me n t Ke y wo r d s :r e i n f o r c e d c o nc r e t e ;c or r os i o n;c a t ho d i c p r ot e c t i o n;e l e c t r oc he mi c a l p e r f o r m a nc e;mor p ho l o
9、 gy 国 内外 对于混凝 土 中钢 筋的锈蚀 机理 以及过程 已有 了大量报 道 , 其 中 C l 一为造 成钢 筋 锈 蚀 的 主要 诱 因早 已成 为人们 的共 识 研 究者 们 对 C l 一 在混 凝 土 中的存在 状态 、 C l 一 浓度 以及 C l 一 对 钝化膜 的破膜 机 理均进行 了详尽 而系统 的研究 1 。 电化 学 阴极保 护技 术被认 为能最有 效地对 遭受 C l 一 侵蚀 的钢 筋混 凝土结构进行保护 然而, 迄今为止相关机理研究却 很 少 传统 的阴极保 护理论 认为 , 阴极保护 电流能 引 起钢筋的电位负移 , 进入钝化区, 从而使钢筋受到保 护 但
10、只有 当保护电流密度大小与腐蚀速率值相当 时这个理论 才成 立 , 并且一 旦将外 加保护 电流撤 除 , 钢 筋又会很 快 回复到 腐蚀 状 态 , 然 而 已有 的大 量试 验 证明事 实并 非 如 此 基 于 此 , Gl a s s等 认 为 阴 极 保护 电流还具 有更 为 重要 的 保护 效应 : 它能 提升 钢 筋 混凝 土界 面局 部 p H 值 并 降低 遭到 破 坏 的钝 化 膜附近 的 C l 一 浓 度 , 从 而 扩 大 了能 够保 持 钝 化膜 稳定的电位值范围, 而 p H值 的升高也导致坑蚀电 位变得更 正 已有研 究口 1 表 明 , 阴极 保 护 有 效 降
11、低 了钢筋 表面 的 C l 一含量 , 在 通 以保 护 电流 之 后 , 其 C l 一 浓 度从 0 1 7 减少 到 了 0 0 8 ( 相 对 于混 凝 土 收稿 日期 : 2 0 0 9 一 l O 一 2 8 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 9 7 8 2 0 0 ) ;高等学校博士点基金资助项 目( 2 0 0 7 0 2 4 7 0 6 3 ) 第作者 : 徐晶( 1 9 8 4 一) , 男 , 江西抚州人 , 同济大学讲师, 博士 E ma i l : n a n o n e wma n y a h o o c o rn c r l 通信作者: 姚武
12、( 1 9 6 6 一) , 男 , 江苏镇江人 , 同济大学教授, 博士生导师, 博士 E ma i l : y a o w u k t o n g j i e d u c r l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 1 6 建筑材料学报 第 1 3卷 质量 ) 本文通过对不同腐蚀程度的钢筋混凝土试样进 行 阴极保 护 , 同时与未 通 电的基准试 样进行 对 比 , 采 用传统检测手段监测了阴极保护过程 在经过一段 时期 的阴极保 护之后 , 利 用 X R D 及 S E M 分 析钢 筋 表面锈蚀 产物组 织及 钢筋 混凝土 界面形 貌 , 以期探 讨阴
13、极 保护机 制并对 阴极保 护效果 进行综 合评 价 1 试验 1 1 原 材料 与试样 制备 水 泥 : 安 徽 海螺 PO 4 2 5级水 泥 ; 细 集 料 : 中 砂 ; 粗集料 : 石灰 岩碎石 , 颗 粒 级配 5 2 5 mm 混 凝 土试样 配合 比为 : ( 水 泥 ): m( 水 ): m( 砂 ): ( 碎石 ) 一1 0:0 5:1 7: 3 4 试 样 尺 寸 为 1 5 0 mm1 5 0 mm1 5 0 mm, 其 中埋 入 9根 8 mm 钢 筋 浇注混凝土前用砂纸除去钢筋表面钝化膜 , 用丙 酮 去除表 面油污 钢筋 分 3 层 平行 排列 , 埋 入深 度为
14、 1 0 mm, 混 凝 土保 护 层 厚 度 为 1 0 mm, 钢 筋 间距 6 O mm 裸露 出 的钢 筋 及 相 应 的混 凝 土 面 均 用 环 氧 树 脂 包封 , 并 且在 每根钢 筋端部 引 出铜 导线 , 通过 导线 将所有的钢筋连接起来 以形成连续的钢筋网 所有试样( 共 4块) 在室温下标准养护 2 8 d 养 护末期将 试样暴 露 于 室外 , 然 后 在试 样 上 表 面铺 覆 一 层厚 8 -1 0 mm 的碳纤维 水泥基 导 电砂 浆 作为 辅 助阳极材料 , 导电砂浆 的具体 制备工 艺参见文 献 - 1 2 3 , 其中碳纤维掺量为水泥质量的 1 0 同时在
15、 导电砂浆 内埋人 1 根宽 1 0 mm 的活化钛条作为主 阳极 所有 试样在 室 温 下 进一 步 标 准 养 护 7 d之 后 待 测 1 2 试验 方法 将 4 块 试样 分成 2组 , 其 中 1 , 2 试样 浸 没 于 5 ( 质量 分数 , 下 同) N a C 1 溶液 中 , 而 3 , 4 试样 则 参 照 J T J 2 7 O 一 9 8 水 运 工程 混凝 土 试验 规 程 中关 于在海水环境下混凝土中钢筋快速腐蚀的办法进行 加速腐蚀 , 以 1 0 d为 1个浸烘循环周期 , 总共进行 了 4个周期的加速腐蚀 随后对 2 , 4 试样施加阴 极保护 电流 , 采用
16、 E N一 1 2 6 9 6标准推荐 的电流密度 2 0 mA m ; 1 , 3 试 样 作 为基 准 试 样 , 即无 保 护 电 流 同时 , 每个月定 期对 3 , 4 试样 喷洒 足 量 的 5 Na C I 溶液至其表面充分润湿, 1 , 2 试样则始终暴 露于大气 中 在整个试 验阶段监测基 准试样 ( 1 , 3 ) 的自腐蚀 电位 E 的变化; 在通 电过程 中监测 2 , 4 试 样 的槽 电压 E 以及 断 电瞬 间钢筋 阴极 电 位 E , 并 定期测试 其 4 h去极 化 电位 衰减 值 ; 同时 采用 线性极 化法 测 试 所 有 试 样 的极 化 电 阻 R 值
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- 钢筋混凝土 阴极保护 特性 及其 微观 机制
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