不同掺合料混凝土钢筋锈蚀的线性极化方法研究.pdf
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1、2 0 1 1年 第 8 期 (总 第 2 6 2 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEoR ET I CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 8 0 0 8 不同掺合料混凝土钢筋锈蚀的线性极化方法研究 李悦 ,颜超 ,杜修 力,乔磊 ,张勇 ( 北京工业大学 建工学院, 北京 1 0 0 1 2 4 ) 摘要: 钢筋锈蚀导致混凝土过早开裂, 钢筋混凝土承载力降低 , 是目前
2、结构耐久性降低的主要原因。 通过线性极化方法对不同水灰比 和不同掺合料的混凝土钢筋锈蚀进行研究, 测得了钢筋混凝土的极化电阻、 锈蚀电流和锈蚀速率。 结果表明: 对于同一种胶凝材料, 随着水 灰比的降低极化电阻增大, 锈蚀电流和锈蚀速率减小; 矿渣和粉煤灰的掺人也提高了钢筋混凝土的抗锈蚀能力。 关键词 : 线性 极化 ;掺合料 ;极化 电阻;锈蚀 电流;锈蚀速率 中图分类号: T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编 号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 - 0 0 2 4 0 3 St u dy on l i n ea r pol ar i z a
3、 t i on me t hod of s t e el c or r os i on of di ffer e n t a dm i x t ur e s i n c on c r et e u Y u e , Y AN C h a o , DUXi u 一 1 i , Q I A0L e i , Z HA NG Y o n g ( Co l l e g e o f A r c h i t e c tu r e a n dCi v i l E n g i n e e ri n g , B e ij i n gUn i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y,
4、 Be i j i n g 1 0 0 1 2 4, Ch i n a ) Ab s t r a c t : S t e e l c o r r o s i o nl e a d s t O e a r l y c r a c ko f c o n c r e t e a n dd e c r e a s e o f b e a r i n g c a p a c i tyo f r e i n f o r c e d c o n c r e t e , t h i s i s t h ema j o r r e a s o nf o r r e d u c t i o n o f s t r
5、 u c tur e d u r a b i l i ty I n t h i s p a p e r , po l a r i z a t i o n r e s i s t a n c e , c o rro s i o n c u r r e n t a n d c o rro s i o n r a t e a r e o b t a i n e d t h r o ug h t h e s tu d y o fl i n e a r p o l a r i z a t i o nme t h o df o r r e i nf o r e e d c o n c r e t e c
6、o rro s i o n o f d i f r e r e n t wa t e r c e me n t r a t i o s a n dd i f f e r e n t a d m i x t u r e s Th e r e s ul t s s h o w t h a t : f o r s a me c e - me n t i t i o u s ma t e ria l , wi t h t h e d e c r e a s e o fwa t e r - c e me n t r a t i o, p o l a r i z a t i o n r e s i s t
7、 an c e i n c r e a s e s, c o rros i o n c u rre n t an d c o rro s i o n r a t e d e c r e a s e; t h e mi x o f s l a g a n d fl y a s h a l s o i n c r e a s e s t h e r e s i s t anc e c a p a c i ty o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o r r o s i o n KeyW O r ds : l i n e a r po l a r i
8、z a t i o n; a d mi x t ur e; p o l a r i z a t i o n r e s i s t a n c e ; c o rro s i o n c u r r e n t ; c o r r o s i o n r a t e 0 引 言 钢筋锈蚀是钢筋混凝土耐久性研究 中的一个十分 重要 的方 面。 提高钢筋的抗锈蚀能力对于钢筋混凝土结构的耐久性至关重 要。 目前对钢筋锈蚀研究的电化学方法有很多种, 比较常用的方法 主要有三种: 半电池电位法、 线性极化法和交流阻抗法 1 。 半电池 电位法只能定性判断钢筋发生锈蚀的可能性, 不能定量的检测 钢筋锈蚀圜
9、; 交流阻抗法测试时间长 、 测量仪器复杂昂贵, 而且 数据处理困难; 线性极化法是检测钢筋锈蚀的一种简单、 快速、 无 损伤的技术, 此法主要基于斯特恩一 基尔提出的公式 , 对被测钢筋 外加一个匣定电位, 保证扰动信号足够小, 使电压与电流之间满足 线性关系l3 J 。 线性极化法能给出可靠的腐蚀电流和腐蚀速率值。 目前国内杜爱玲 应用线性极化的方法研究了普通钢筋混 凝土的钢筋锈蚀, 但没有对掺有矿渣和粉煤灰的钢筋混凝土进行 研究。 史美伦5 1 应用线性极化和交流阻抗的方法对掺有矿渣的混 凝土钢筋锈蚀进行了研究, 但没有考虑粉煤灰对钢筋锈蚀的影响。 因此关于不同掺合料的混凝土钢筋锈蚀的线
10、性极化研究并不充分。 本试验针对不同掺合料的混凝土钢筋锈蚀, 通过线性极化方法的 研究, 得到了不同水灰比和不同掺合料的混凝土钢筋锈蚀的规律。 1 试验 1 1 碌拣精 采用 P 0 4 2 5 级水泥, 水泥密度 3 1 g c m s ; 粉煤灰为符合 收稿 日期 :2 0 1 1 _ J0 2 6 基金项 目:北京市 自然基金重大课题( 8 1 0 0 0 0 1 ) 24 国标 G B T 1 5 0 6 -2 0 0 5 标准的F类 I 级粉煤灰, 密度 2 3 ed c m ; 矿渣为符合国标 GB T 1 8 0 4 6 -2 0 0 0标准的 $ 9 5 级矿渣粉 , 密 度
11、2 5 g c m ; 中砂表观 密度 2 6 5 0 k g m , 细度模 数为 2 8 ; 碎石 表观密度 2 7 0 0 k g m , 颗粒级配符合 5 1 0 mlT l 连续级配要求 ; 减水剂采用聚羧酸系固体高效减水剂; 引气剂为磺酸烃的有机 盐类 。 1 2配合 比 本试验主要通过线I 生 极化方法, 考察不同水灰比、 不同掺合料 对钢筋锈蚀的影响。 根据试验要求 , 坍落度控制在 1 6 0 2 0 0 i T u n 之间, 含气量控制在 4 5 , 以保证有良好的流动性。 C3 0 ( ; 5 0 以及掺矿渣和粉煤灰的混凝土应用广泛, 因此混凝土配合比设 计结果如表 1
12、 。 1 3试验 方 法 混凝土坍落度和含气量试验均按照 G B T 5 0 0 8 0 - - 2 0 0 2 ( 普 通混凝土拌合物性能试验方法标准 中的试验规程进行 ; 强度 试验按照GB T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方法 中 的强度试验规程进行 。 钢筋混凝土构件尺寸 1 0 0 m mx l O 0 m mx 3 0 0 m i l l , 保护层厚 度为2 0 1 1 1 1 1 1 , 在对角处各放置一根直径为6 i i ra, 长度为 3 0 0 mm 的光圆钢筋, 两头露出来的部分做防锈处理, 避免对试验的影响, 在标准养护室中养护 2 8
13、 、 6 0 d 进行测量。 成型试件见图 1 ( a ) 。 美国阿美特克公司 P AR 2 2 7 3仪器对混凝土中的钢筋锈蚀 进行测量, 仪器基于线性极化原理。 试验采用两电极体系, 将工 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 配合比设计结果 序号 设计强度等级 水胶比 水泥 ( k g m ) 水 ( k g m ) 砂 ( k g m ) 石 ( k g m ) 矿渣 ( k g m ) 粉煤灰 ( k g m ) 减水剂 ( k g m ) 引气剂 ( k g m ) 作电极与待测的钢筋连接, 辅助电极和参比电极连接到另一根 钢筋上, 参比电极要更
14、接近于工作电极用来保证电位的稳定, 两 个电极之间形成一个回路 , 用来测量极化电阻、 锈蚀电流和锈 蚀速率 , 测量原理图如图 l ( b ) 。 仪器扫描速率为 l mV s , 扫描 电位范围从一 2 0 mV到+ 2 0 mV。 用相应的 P o w e r S u i t e 软件进行 数据处理和分析。 阳极过程中的塔菲尔常数, mV, 试验中为 1 0 0 mV; 9 c 阴极过程 中的塔菲尔常数 , mV, 试验 中为 1 0 0 mV。 当实际的应用电压与开路电压很接近时, 通过指数幂级数 展开式简化, 得到关于电流和电压的方程( 2 ) : - 2 3 ( 卢 ) ( E E
15、 ) ( ) ( 2 ) 把线性极化腐蚀试验数据绘制成电压和电流的曲线图, 把 曲线图的斜率成为极化电阻。 极化电阻通常缩写为 R 。 , 单位为欧 姆 , 表达式如下 : R p - fl J 2 _ 3 , c ( 郑 。 ) 】 ( 3 ) 通过转换得到腐蚀电流的表达式: , 唧 【 2 3 ( f1 + fl ) ( 4) 腐蚀速率的表达式为式( 5 ) 【7 : 腐蚀速率 = c ( E ) ( ) ( 5 ) ( a ) 成型试件 ( b ) 测量原理图 式中: E W样品当量质量, g , 本试验中钢筋长度为 3 0 0 mn l , 图1 试件测量 故计算得 EW为 7 5 9
16、 g; 1 4 线性 极化 工作 原理 G 转换常数, 当腐蚀速率单位为毫英寸 年, 取 1 2 8 7 x 极化电阻拟合是应用线性回归分析计算出极化电阻, 然后 1 0 s ; 使用这个值来确定腐蚀电流和腐蚀速率。 这种计算是面向找到 d 密度, g mL, 本试验中为 7 8 5 g m L; 一 个体系的腐蚀速率, 并且它与斯特恩和盖瑞提出的理论方法 A钢筋与混凝土接触面积 , c m 2 , 本试验中钢筋与混凝 相关6 1 。 这种方法假定一个典型的腐蚀系统只涉及两个电化学 土接触长度为 2 6 0 I n lT l , 故计算得 A为 6 5 2 c m 2 。 量 璺 ,篡 : 芎
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