电化学除盐后混凝土微观结构及离子迁移的试验研究.pdf
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1、2 0 1 4 年 第 6 期 (总 第 2 9 6 期 ) N u mb e r 6 i n 2 0 1 4 ( T o m1 No 2 9 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEORETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 4 0 6 0 0 4 电化学除盐后混凝土微观结构及离子迁移的试验研究 郑秀梅 。李南海 ,彭新新 ,王少剑 ,吕政儒 。陈乃凡 ( 佳木斯大学 建筑工程学院 ,黑龙江 佳木斯 1 5 4 0 0 2 ) 摘要 : 采用电化学除盐技术可以在
2、无需破坏原混凝土结构保护层的条件下, 使侵入混凝土的氯盐排出, 同时又可以使 已经活 化并开始锈蚀的钢筋表面重新钝化 , 从而实现对氯盐污染 的钢筋混凝土结构进行无损 、 低成本 、 快速修复。 在得 出电化学除盐效 率后, 研究了电化学除盐对混凝士微观结构及离子迁移与分布的影响。 关键词 : 电化学除盐;微观结构 ;离子迁移 中图分类号 : T U 5 2 8 0 l 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 0 1 3 0 3 E x p e r i me n t a l s t u d y o f t h e m i c r o
3、 s c o p i c s t r u c t u r e a n d i o n s m i g r a t i on i n c o n c r e t e s t r u c t u r e Z H E N GX i u me i 。 L I N a n h a i , P E N GX i n x i n , WA N GS h a o j i a n , L DZ h e n g r u , C H E NNa i f a n ( B u i l d i n g P r o j e c t D e p a r t m e n t , J i a m u s i U n i v e
4、r s i t y , J i a m u s i 1 5 4 0 0 2 , C h i n a ) Abs t r act: Th e e l e c t r o c he mi s t r y me t h o d c a l l r e l e a s e the c h l o rin e s a l t i n the p r o t e c t i ve l a y e r wi tho u t d e s t r u c t i o n o ft he o rig i na l p r o t e c t i ve l a y e r At t h e s a me t i m
5、e, i t C a ll ma ke t he a l r e a d y a c t i v e a n d r u s t - e a t e n s ur f a c e p a s s i va t i o n a g a in Th us , i t C an r e a l i z e t he q ui c k r e pa i r o f t he c o n c r e t e s t r u c t u r e wi th c hl o rin e s a l t e r o s i o n i n l ow c o s t an d wi tho ut l os s e
6、 s S t u d y i e d t h e i nfl ue nc e o f e l e c t r o c he mi c a l c hl o ride e x tra c t i o n o n mi c r os c o p i c s t r uc t ur e an d i o n s mi g r a t i o n a fte r g e t t i ng c hl o rid e e x t r a c t i o n e ffi c i e n c y K e ywo r d s : e l e c t r o c h e mi c a l c h l o ri d
7、 e e x tr a c t i o n ( E C E ) ; mi c r o s c o p i c s t r u c t u r e ; i o n s mi gra t i o n 0引言 1 试验概况 由于材料 比较广泛易得 , 目前 , 我国基础建设 的主要 结构形 式仍然是钢筋混凝土结构 , 在农 田、 水利 、 国防 、 科 技等领域的建设 中占有 主要地位 , 并且随着我国对沿海地 区的建设及海洋资源的开发 , 钢筋混凝土又将大量的应用 于海洋的各种 建设 中。 但 是 , 因为钢筋的锈蚀 而致使混凝 土结构的力学性能及耐久性能下降, 甚至破坏失效 , 造成 的直接或间
8、接损失非常巨大 , 已经在全世界引起 了高度重 视 , 各 国的相关科研人员也把钢筋锈蚀作为此领域 的难题 进行攻关。 研究表明1 , 钢筋锈蚀的最主要原因是 由于氯盐 侵入混凝土的含量过高 , 从而导致钢筋表面的保护膜破坏 , 进而锈蚀钢筋 。 电化学除氯技术是指在不破坏原钢筋混凝土结 构外 保护层 的情况下 , 通过外加电场及电解质溶液 , 使 混凝土 内多余 的氯盐排 出混凝土 , 同时使已经锈蚀的钢筋表面重 新钝化以防止氯盐进一步侵害闭 。 因电化学除盐后混凝土 的微观结构及内部离子分布直接影响其宏观性能 , 故本研 究对固定参数除氯后的钢筋混凝土进行了除氯效率 、 微观 结构及离子迁
9、移的试验研究。 1 1 试验材料 试验所用水泥为哈尔滨水 泥有限公 司生产 的 P O 4 2 5 级水泥 ; 粗集料选用粒径 5 2 5 m m 的石灰 岩质碎石 , 连 续级配 , 压碎指 标为 4 7 ; 细集 料采用 江砂 , 中砂 、 I I 区 级配 , 细度模数 2 8 2 ; 减水剂使用萘系高效减水剂 , 掺量为水泥质量 的 0 7 1 2 ; 所 用钢筋为直径 1 0 mm 的普通光 面钢筋 ; 掺 入的氯化钠 为纯度大 于 9 6 的工业 纯产品 。 1 2混 凝 土 配合 比 试验混凝土的 W C为 0 4 , 在搅拌过程 中掺人适量减 水剂 , 使混凝 土坍落度为 1
10、8 2 0 c m, 试件成型质量好。 为在 混凝土中引入氯离子 , 在原材料中掺入水泥质量 3 的氯化 钠 , 具体配合比见表 1 。 表 1 混凝土配合 比 试件 水灰 比 用水量 水泥用量 细骨料粗骨料减水剂N a C 1 编号 W C ( k g m 3 ) ( k g m3 ) ( k g m3 ) ( k g m3 ) ( k g m3 ) C 1 04 1 6 0 4 0 0 6 7 2 1 1 98 2 4 80 0 C。 2 04 1 6 0 4 0 0 6 6 2 1 1 98 2 4 80 3 收稿 日期 :2 0 1 3 1 2 1 8 基金项 目:佳木斯大学“ 2 0
11、 1 2 年大学生创新创业训练计划” 校级项 目资1 ( 2 0 1 2 x j 0 1 5 ) ; 黑龙江省教育厅科技项 目基金资助( 1 2 5 4 1 8 0 5 ) 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3试件 成型 试验制作 q b l 0 0 m mx l 5 0 m m的圆柱体混凝土试件, 在试件轴 心位置预埋一根经过除锈处理的 q 0 1 0 x 1 5 0 m m光 面钢筋。 钢筋沿轴心方向露出混凝土约 5 0 mm, 内埋 1 0 0 mm, 外露部分用环氧树脂表面涂层 , 以防止钢筋锈蚀 。 试件成 型 1 d 后拆模 , 编号后使用
12、塑料布密封 , 并放入标准养护室 中进行养护 , 至 2 8 d 龄期时 , 进行相应试验研究 。 2试 验 方 法 因电化学除氯 尚没有现成的设备可用 , 故项 目组参照 其他科研单位的试验设 备 , 自行研制 了一套适合本试验的 除盐设备 , 如图 1 所示。 图中所示 电解液为 c a ( O H) : 饱和 溶液 , 所用 阳极为钛 网, 在电路 中接有变阻器 、 电压表及 电 流表。 钛 网 电解液 图 1除盐 装置 不薏 图 对 C 一 2 试件接入直流稳压电源 , 电流密度为 2 A m2 , 持 续能电 4 周后, 结束除氯。 为了保持电解质溶液的碱浓度, 降低氯离子浓度及加快
13、氯离子排除速度, 在除盐期间每 2 d 更换电解质溶液 , 并测定换下溶液 中的氯离子含量。 除盐结束后 , 将试件在 室内 自然 晒干 , 并 除去表面残 留的晶体 , 进行混凝土 内部离子含量与分布 的测定试验 。 具体方法为 : 将试件 自钢筋处径 向切切开 , 剖面见 图 2 , 沿 轴 向均匀取 四个层面 , 编号为 I 、 I I 、 I I I 和 I V; 横将混凝土分 为内 、 中、 外 3 层 。 在 I 、 I I 、 I 、 层与 内、 中、 外层交点处对 取样 , 见图中黑色点 即为取样点 。 取样 时应剔 除粗 骨料及 较 大颗粒 细骨料 , 只选取 细密砂浆 部分
14、 。 将样 品研磨成细 度如水泥的粉末 , 定量后用蒸馏水进行充分溶解 1 周 , 然后 用精密离子计测定试样溶液 中的氯离子 、 钠离子及钾离子 含量。 再折算成混凝土中的质量含量进行数据分析 3 1 。 钢 筋孔 内 中 外 l 4 内 中 外 图 2 除盐后试件剖面取样示意图 同时将各试件外表面及钢筋附近的混凝土试样镀金 粉干燥后, 进行电镜扫描及能谱分析, 对除氯前后混凝土 结构 的组成成分 、 孔隙情况及水泥石 与钢筋界面接触层的 形貌等微观结构测试和分析 , 进而研究不 同参数下 电化学 除氯对混凝 土微观结构及离子分布的影响情况 。 3 试验 结果 与分析 3 1 电化学除氯效果
15、 通过测定除氯过程 中每 2 d电解质溶液中氯离子排 出 量数据 , 计算得到排 出离子 的累积量 , 得到氯离子排 出浓 度随时间变化规律 , 见图 3 示 。 0 0 7 O O6 0 0 5 0 04 0 0 3 o 0 2 O 0l 0 2 4 6 8 l 0 l 2l 41 6 l 8 2 O 2 2 2 4 2 6 2 8 除盐时 间 , d 图 3氯离 子排 出浓 度 随时 间变化 规律 从 图中的单次排 出浓度 曲线可以看 出, 在除氯参数为 2 A m2 电流密度及 C a ( O H) 饱和溶液的情况下 , 除氯最初 1 周排出氯离子 的浓度较高 , 特别是第 2 天 ,
16、也就是第一次 得到 的氯离子浓度最高 , 分析其原 因 , 一是试件表 面存 留 的部分氯盐遇溶液溶解增加浓度 , 二是浅表面孑 L 隙的氯盐 的排 出也增加 了离子浓度 。 随着除氯时 间的延长 , 氯离子 排 出量也逐渐趋于平衡 , 除氯 2 周后的氯离子浓度几乎相 同, 但仍然在继续排出。 从 累积浓度 的曲线可以看 出, 除氯 前 1 周的排氯总量占整个除氯周期总排氯量的一半以上, 而 2 8 d 总排氯量吉达试件总含氯量的 8 0 , 氯离子排 出量 效果明显。 3 2 除氯后 离子迁移与分布除氯前后混凝土微观 结 构 的 变化 ( 1 ) 除氯后混凝土内部离子迁移与分布分析 根据对
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