增稠剂在模拟混凝土孔溶液中对钢筋锈蚀性能的影响_周阜军.pdf
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1、 增稠剂在模拟混凝土孔溶液中对钢筋锈蚀性能的影响周阜军,职芳芳,蒋林华,陆凤华(江苏盐城水利建设有限公司,江苏 盐城;河海大学力学与材料学院,江苏 南京)摘 要 为研究增稠剂对自密实混凝土中钢筋锈蚀性能的影响,采用体视显微镜、线性极化、电化学阻抗谱和 极化测试方法,研究了 种常用增稠剂聚丙烯酰胺()、羟丙基甲基纤维素()和羟乙基纤维素()在模拟混凝土孔溶液中对钢筋锈蚀性能的影响。结果表明:、和 可以有效抑制模拟混凝土孔溶液中钢筋的腐蚀,随着增稠剂掺量的增加,钢筋的耐蚀性能增强。种增稠剂对钢筋电极的阻锈能力按 的顺序递增。此外,、和 对钢筋腐蚀阴极过程的抑制作用强于阳极过程。其中,和 为阴极型阻
2、锈剂,为以抑制阴极为主的混合型阻锈剂。关键词 增稠剂;钢筋腐蚀;模拟混凝土孔溶液;电化学评价中图分类号 文献标识码 :文章编号(),(,;,):(),(),()(),:,:;收稿日期 基金项目 江苏省水利科技项目();国家自然科学基金()资助 通信作者 职芳芳(),博士,主要从事水泥基材料耐久性研究,电话:,:前 言自密实混凝土具有优良的施工性,浇注时不需要机械振捣,可依靠自重作用自由流动,填充在钢筋间隙及其他受限制的地方,在土木工程施工和修补工作中得到了广泛应用,。为保证自密实混凝土具有较好的流动性和匀质性,通常在自密实混凝土中加入增稠剂。目前,国内外学者在增稠剂()对水泥基材料的流变性、抗
3、离析性等工作性能和抗压强度等力学性能的影响方面已做了大量研究。越来越多的学者开始关注 对水泥基材料耐久性的影响。王国栋研究发现黄原胶增稠剂可以提高混凝土的抗硫酸 侵蚀能力。研究发现威兰胶和羟丙基甲基纤维素增稠剂可以有效改善混凝土的气孔结构,从而提高混凝土的抗冻融循环能力。然而,目前的研究很少关注到 对水泥基材料中钢筋锈蚀性能的影响。钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构失效的主要原因之一,尤其是当混凝土暴露在海洋和干旱地区等含氯环境中时,。氯离子通过混凝土中的裂缝和孔隙,最终到达钢筋表面。在水分和氧气充足的条件下,当混凝土内部钢筋表面的氯离子浓度超过一定阈值(即临界氯离子浓度)时,钢筋表面保护膜将被破坏,钢
4、筋失去保护而开始发生腐蚀,最终混凝土因内部钢筋锈蚀膨胀而开裂。使用较为广泛的增稠剂有丙烯系增稠剂和纤维素及其衍生物增稠剂,增稠剂的作用机理通常与其类型及掺量有关。聚丙烯酰胺是一种丙烯系增稠剂,聚丙烯酰胺中的亲水基团酰胺基与水泥基材料中的水分子之间不断形成氢键,使自由水变成一次结合水,从而提高水泥基材料的保水性能和抗离析性能。在水泥基材料内部碱性环境中,聚丙烯酰胺由于发生碱性皂化水解生成羧酸根离子,与水泥水化生成的钙离子和铝离子等阳离子配合,生成微凝胶等稳定的产物,填充在孔隙和裂缝中,从而有效改善水泥基材料的性能,。羟丙基甲基纤维素和羟乙基纤维素是纤维素及其衍生物增稠剂,通过增加拌合水的黏度,进
5、而增加混凝土拌合物的稠度。当增稠剂掺量较高时,增稠剂分子链间相互缠绕,使新拌水泥基材料的稠度进一步增加。本工作研究了聚丙烯酰胺()、羟丙基甲基纤维素()和羟乙基纤维素()在模拟混凝土孔溶液中对钢筋锈蚀性能的影响,采用体视显微镜、线性极化、电化学阻抗谱和 极化测试方法,研究增稠剂对钢筋电化学腐蚀行为的影响。试 验 钢筋电极和模拟混凝土孔溶液的制备试验采用阴离子型聚丙烯酰胺,分子量为 万,外形呈白色颗粒状;羟丙基甲基纤维素和羟乙基纤维素的黏度分别为 万和 万单位黏度,均为白色粉末状。工作电极采用 钢筋,其化学组成如表 所示。工作电极的尺寸为 ,依次用,目水砂纸打磨电极并用抛光机将其抛光至镜面。与模
6、拟液接触面作为工作面(面积为),另一端接铜线,用环氧树脂密封除工作面外的其他面,用酒精超声清洗后放干燥皿中待用。表 钢筋的化学组成 元素 余量试验采用饱和()溶液模拟混凝土孔溶液,向溶液中加入质量分数为 的 提供氯盐环境。为探究增稠剂对钢筋锈蚀性能的影响,、和 种增稠剂的掺量为、(以溶液质量计),同时以在 饱和()溶液中浸泡 的钢筋工作电极作为空白样。所用化学试剂均为分析纯,试验用水为蒸馏水,试验在室温下进行。试验方法对在不同腐蚀介质中浸泡 的钢筋电极进行相关测试。采用 型体视显微镜观察钢筋电极表面腐蚀 形 貌,放 大 倍 数 为 倍。电 化 学 测 试 在 型电化学工作站上进行,采用三电极体
7、系,工作电极为上述制备的钢筋电极,参比电极为饱和甘汞电极(),辅助电极为铂电极。线性极化测试中,扫描范围为相对开路电位,扫描速率为 。电化学阻抗谱测试中采用幅值为 的正弦波激励信号,测试频率范围为(),使用 软件对所测数据进行拟合处理。极化曲线扫描范围为相对开路电位,扫描速率为 。结果与讨论 腐蚀形貌为初步探究增稠剂对钢筋锈蚀性能的影响,采用体视显微镜观察钢筋电极在模拟液中浸泡 后的表观形貌。图 为空白样和在含 增稠剂的模拟液中浸泡 的钢筋电极表面腐蚀形貌。从图 中可以看出,空白样钢筋电极表面腐蚀最严重,有大块明显锈斑。添加 的模拟液中钢筋电极表面并未出现明显锈斑,而添加 和 后,钢筋电极表面
8、锈斑面积较小,腐蚀程度明显弱于空白试样。以上结果表明,增稠剂、和 对钢筋电极有明显的阻锈作用。其中,的阻锈效果最好,和 的阻锈能力需要通过进一步的电化学测试确定。图 空白样和在含 增稠剂的模拟液中浸泡 的钢筋电极表面腐蚀形貌 线性极化通过式()、()计算腐蚀电流密度:()()()式中,为 常数,通常在混凝土中,当钢筋处于钝化状态时,当钢筋发生腐蚀时,;和 分别为 极化曲线阴、阳极 斜率;为钢筋电极的工作面面积,;为钢筋电极的极化电阻。图 为模拟液中增稠剂掺量变化对钢筋电极的极化电阻 和腐蚀电流密度 的影响。图 模拟液中增稠剂掺量变化对钢筋电极的极化电阻 和腐蚀电流密度 的影响 从图 可以看出,
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