混凝土表面硅烷处理对冻融、氯离子侵蚀后钢筋锈蚀的影响.pdf
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1、 假 第4 7 卷 第8 期 2 ) l 4 年8 月 混凝土表面硅烷处理对 冻融 、 氯离子侵蚀后钢筋锈蚀的影响 马志鸣 -一 。赵铁军 ,管庭 ,王鹏刚 ( I 同济大学土木工程学院 上海2 0 0 0 9 2 ;2 青岛理工大学土木工程学院 ,山东 青岛2 6 6 0 3 3 ) 摘要 为研究冻融损伤环境下硅烷表面防护处理对钢筋混凝土内部钢筋锈蚀的影响, 并为硅烷防护技术在恶 劣环境下的应用提供参考, 对带钢筋普通混凝土试件进行硅烷表面防护处理, 通过冻融循环试验、 氯离子侵蚀试 验 , 在不同氯 离子腐蚀龄期 , 利 用半 电池电位法测定钢 筋半 电池电位、 利 用线性极化法测定腐蚀
2、电流密度 , 定量分 析了不同冻融损伤下, 不同硅烷表面涂覆量对混凝土内部钢筋锈蚀的影响。结果表明: 冻融损伤后对混凝土进行 硅烷防护处理可有效降低钢筋的半电池电位值和腐蚀电流密度, 减小钢筋锈蚀概率, 对混凝土有较好的防护作用。 关键词 冻融损伤;氯离子侵蚀 ;硅烷防护 ;钢筋锈蚀 ;带钢筋混凝土 中图分类号T G1 7 4 4 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 1 5 6 0 ( 2 0 1 4 ) 0 8 0 0 7 5 0 3 0 前言 钢筋混凝土结构在冻融损伤环境下 , 由于 内部膨 胀压力的存在, 产生数量较多、 种类各异的裂缝; 此时 外界的氯离子 、 硫酸根离子等会
3、迅速侵入其内部 , 造成 钢筋锈蚀和混凝土破坏 , 从而降低结构的使用寿命。 采用硅烷乳液对钢筋混凝土结构进行表面处理能 显著提高其抗氯离子侵蚀 的能力和使用 寿命 。 目前 , 这类研究多针对 未受损伤的钢筋混凝 土结构进行 , 而 针对不同损伤的钢筋混凝土结构的则较少 j 。本工 作对带钢筋的混凝 土结构进行硅 烷表面处理 , 利用半 电池 电位 法和线性 极化法 分别测定 了在不 同冻融损 伤 、 不同氯离子腐蚀龄期下 , 钢筋 的 电位值 、 腐蚀 电流 密度和钢筋的锈蚀 情况 , 定量评价 了硅烷处理对 冻融 损伤下混凝土内部钢筋锈蚀的影响。 1 试验 1 1 带钢筋混凝土试样的制备
4、及防护处理 水泥采用市售 P O 4 2 5普通硅 酸盐水 泥; 细骨料 为河砂 , 最大粒径为 5 m m; 粗骨料选用 粒径为 52 5 mm连续级配花 岗岩质碎石 ; 钢筋采用普通 螺纹 钢筋 收稿 日期 2 0 1 4 0 3 1 6 基金项目 9 7 3项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 3 ) ; 青岛市基础研究一 联合基金计划项 目( 1 3 - 1 - 4 1 1 5 一 j c h ) 资助 通信作者 马志鸣( 1 9 8 7一) , 博士研究生, 研究方向为混 凝土结构耐久性 , 电话: 1 8 5 2 1 5 9 0 5 1 3 , E- m a i l
5、 : mz ml 0 3 5 l 1 6 3 】 6 3 t o m ( H R B 3 3 5 ) ; 市售凝胶型 S t o C r y l H G 2 0 0有机硅防水剂 , 密度 0 9 6 g c m , 硅烷含量约 7 5 1 0 0 , 具有抗老 化 、 抗风化好 , 透气性好 , 适用于各种基材 , 黏着力强 , 渗透性好 ( 32 0 m m) 等优点。制备水灰 比为 0 6 ( W A= 0 6 ) 的带钢筋混凝土试件 , 试件尺寸及配筋位 置见图 1 。经试 验优化后 的混凝土配合 比见表 1 。其 中, C表示 空 白钢筋混凝 土试件 , G C表示经过硅烷表 面防护处
6、理的钢筋混凝土试件。 钢 筋 ( 咖1 0) 图 1 带钢筋试件尺寸及钢筋位置示意 表 1 混凝土配合 比 k g m 钢筋混凝土成型后在标准养护室内养护 2 8 d 温 度 ( 2 0 2 ) o C , R H9 5 , 达 到养护龄期后取出。静 置在实验室 中7 d , 保证试 件表面干燥 , 将硅烷凝 胶按 照 4 0 0 g m 的外涂量均匀涂抹在混凝土表面 , 取出, 放 置在实验室干燥 环境下 1 4 d , 保证硅烷凝胶在混凝 土 表面偶联反应完全, 即制得硅烷表面防护试件。 1 2 冻融及氯离子侵蚀 冻融循环 : 参考 聊 2 7 01 9 9 8混凝土抗冻性试验 偶 g4
7、7 卷 第8 期 2 o i年8 月 电池电位较高。其原 因如下 : 由于冻融对混凝土造成 损害 , 水分侵入混凝土内部 的速率加快 , 且水 中微量氯 离子与钢筋发生化学反应 , 造成钢筋锈蚀 , 故在氯离子 侵蚀开始阶段钢筋 已发生不 同程度的锈蚀 , 半 电池 电 位在起点处较高 ; 冻融循环次数为 1 0 0次时, 半 电池电 位在2 0 d 时即达到峰值( 一 6 2 5 m V左右) , 此时钢筋为 严重锈蚀状况 , 是 因为在较高的冻融循环次数下 , 混凝 土在冻融膨胀应力作用下迅速发生劣化破坏 , 混凝 土 内部结构孔隙增大 , 对钢筋的保护程度有 限, 在这种环 境下氯离子迅
8、速侵入到混凝土内部造成钢筋锈蚀 。 一8 o o 一6 0 0 兽一 4 0 o 一一2 o 0 O 5 O 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 t , d 图 4普通 试件半 电池 电位 随时间的变化曲线 图 5为外涂硅烷试件半 电池 电位随时 间的变化 曲 线。由图 5可 以看 出: 当冻融循环次数 为 0, 1 0 , 5 0次 时 , 半电池电位最 高值 ( 绝对值 ) 范 围为 一5 O一 一1 2 6 m V, 为低( 1 0 腐蚀危险) 腐蚀状况; 当冻融循环次数 为 1 0 0次时 , 其半电池 电位最高值有较大幅度的提高 , 为中度腐蚀状况。 -2 5 0 名一
9、2 0 0 一1 5 0 U 一1 0 0 一 5 0 0 5 O l o 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 t , d l萼 l 5 硅烷表面处理试件半 电池 电位 随时I司的变 化曲线 对 比图 4 、 图5数据可知 , 同一试件 的半 电池 电位 随着冻融循环次数和腐蚀龄期 的增加而增加 。在不 同 冻融损伤下 , 经过硅烷表面防护处理的带钢筋混凝土 试件 , 其半电位最高值均较普通试件有大幅度降低 , 进 而降低了混凝土内部钢筋的腐蚀程度和锈蚀速率。其 原因为 , 经过硅烷表面防护处理的试 件具有 良好 的抗 渗透性, 在相同的冻融 - 氯离子侵蚀耦合作用环境下, 氯离子侵入试件
10、内部的速率和含量均较低, 从而降低 了钢筋的腐蚀程度和速率。 2 2 腐蚀电流密度 图6为普通带钢筋混凝土试件在冻融损伤和氯离 子侵蚀耦合作用下, 腐蚀电流密度随时间的变化曲线。 由图6 可知: 当冻融循环次数为0次( 未受冻融损伤) 、 1 0次 时 , 腐 蚀 电 流 密 度 最 高 值 范 围 为 0 10 5 A c m , 查数据可知钢筋的腐蚀状况为低至 中锈蚀速 率, 并且 1 0 次冻融循环后试件的腐蚀电流密度较 0 次 时高; 当冻融循环次数为 5 0, 1 0 0次时 , 腐 蚀电流变化 趋势与半电池电位变化趋势一致, 具有较高的初始值, 试件的最高腐蚀电流密度 , 1 0
11、I A c m , 由表 3 可 知在较高冻融循环下, 钢筋锈蚀状况为高锈蚀速率 ; 且在 不同冻融循环下 , 由图4和图 6得出的钢筋锈蚀状况一 致 , 即冻融损伤加剧了钢筋的锈蚀, 并且随着冻融损伤的 加剧钢筋锈蚀程度和腐蚀速率均有大幅度提高。 图 6 普通试 件腐蚀电流密度随时间 的变化 曲线 图 7为硅烷表面处理试件在冻融损伤和氯离子侵 蚀作用下腐蚀 电流密度 随时间的变化 曲线 : 当冻融循 环次数为 0 , 1 0, 5 0次时 , 试 件的腐蚀电流密度最高值 均 0 1 A c m , 由表 3可知 钢筋 的锈蚀状况为钝化 状态 ; 当冻融循环次数为 1 0 0次时, 可知钢筋锈
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