对掺氯盐混凝土中钢筋锈蚀的探讨

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助 。
1混凝 土中钢筋锈蚀 的基 本条 件
混 凝土 中钢筋 锈 蚀是 属于 金属 在 电解 液 中的 腐 蚀 ,即 电 化 腐 蚀 。 众 所周 知 ,普通 混凝 土 中的钢 筋在 一 般 情 况下是 不会 发生锈 蚀 的。但 是 在某些 条 件 下 ,由于混凝土 的碱性 降低(H 值减 小) 者 p 或 由于 有害 介质 的侵入 ,钢 筋表 面 的氧化 膜 遭 到破 坏 ,空 气中的 氧气和 水份 通过 混凝 土保 护 层达到钢 筋表 面 ,并 在其上 形成 一 层很薄 的 水膜 ,此时 钢筋 如同浸 在 电解液 中。钢 筋 本 身含有 杂 质 ,它的表 面状 态也有 一 定的 差 异 ,所 以在 同一钢筋 的 不同部 位形 成 了阴极 和 阳极 ( 蚀微 电池 ) 腐 ,产生 了两个 独立 进行 的 ,又互 相 制 约 的 阳 极 反应 和 阴极 反 应 。 从 上述 明显看 出 ,混 凝土 中的钢筋 锈 蚀 是 电化学 过程 ,水 份和 氧气是 破 坏保 护性 氧 化膜的基本条件。
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2 0 NO 9 07 0
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鬲佑
工 程 技 术
对掺氯盐混凝土中钢筋锈蚀 的探讨
隋 家鹏 ( 哈尔滨 第六建筑 工程公 司 ) 摘 要: 简述 了掺 氯盐 混凝土 中钢 筋锈蚀 的机 理和主 要影 响 因素 ,并 揭示 了锈蚀 的基 本规 律 。 关键 词 :钢筋锈蚀 电化腐 蚀 阻锈 剂 中图分 类号 :TU 5 3 0 文 献标 识 码 :A 文章编号 :1 7 一 5 4 2 O )3 c一 0 7 0 6 3 O 3 ( O 7 O () 0 5 — 1 氯化钙和氯化 钠 曾是我 国土建 工程 冬季 施工 使用最 早和 最广泛 的 外加 剂 。氯盐 防 冻 效果好 、廉 价 易得 ,但 易发生 钢筋 锈蚀 ,摆 在科技 人 员面前 的 问题 是 如何 扬长 避短 。 笔 者仅 在 已有 试验 研究 的基 础上 对钢 筋锈蚀 的 规律 以及氯 盐 对钢筋 锈蚀 的影 响作 了初 步探 讨 ,以期对 合理 地使 用氯 盐防 冻剂 能有 所帮
是强碱 , I 强酸 , 凝土的 p HC 是 混 H值略有 降 用 只在 氧气 比较 充足 的情 况下 ,才能表 现 出 来 。 当氧 气不足 时 ,钢筋 锈蚀 量主 要取决 于 低。 省水科所试 验得到的 C ( H , aO )溶液 p H值 氧 的通 入程 度 :绝氧 时 ,不论 掺盐 多少钢 筋 与 氯盐 掺 量 :PH 的 减小 与 掺 盐量 成 正 比 , 都 未 锈 蚀 。 当通 氧 容 易 时 ,随 着 氯 盐 掺量 的 增加 , 掺 6 a 1 混 凝土 的 p %C C , H值 即可 降低到 1 2 锈 蚀量 直 线增 长 ,掺 加 5%的氯 盐 ,4个 月 以下 。 g,掺 和 2 %的 氯盐 ,锈 蚀量 0 2 2 3氯离子 参加钢 筋锈 蚀的 阳极反应 内钢 筋 锈蚀 4 .. 在 阳极 ,氯 离子 与带正 电荷 的铁 离子 发 增 加至 5 g, 占钢 筋 重的 5. %。 1 当通氧 困难时 ,无论 C C ,还是 Na 1 a 1, C, 生离 子反应 生成 氯化 铁 2C 一 +Fe 1 “ FeCI 2 钢 筋锈蚀 量 均与 盐量 成抛 物线 关 系 ,即掺盐 量 对 钢筋 锈 蚀 的影 响 有 一个 最 大 的极 限 值 , 在 阴极 同时 发生 了 掺盐 量超过最大 极限值时 , 盐量再增加 , 掺 钢 C “+ 0 一 C ( H 2 a 2 H aO ) 此处 的 0H 一 离子 是 由于 自由氧 吸收钢 筋 锈蚀是 反而减 小 。 明显看 出掺盐量 为 2 ~4 % %Na 1 6 C和 筋 在 阳极 区 失去 的 电子 被还 原 形成 的 。 %Na I C ,的钢 筋锈 蚀量最 大 。如掺加 如果 在 阴极 有足够 数 量 的氧 不断地 被还 % ~8 %Na 1 C ,一年时 间钢筋锈 蚀 0 3g 掺盐量 .6 , 原 ,则 阳极 过程 就不 断地 持续 下去 ,即发 生 1 钢筋 锈 蚀 ,并将 直至 钢筋 全部 锈蚀 为止 。反 增加 到 3 ,钢 筋锈 蚀量增 至最 大 o 6 掺 % . g, 之 ,如 果 在 阴极 缺 乏 氧 , 则 阴极 反应 到 限 盐量 继续 增加 ,钢筋 锈蚀 量急 剧减 少 ,掺盐 0 . g, 制 ,以 至 停 止 。所 以钢 筋 锈 蚀 的 阴 、 阳极 量增 加到 2 % ,钢 筋锈蚀 量减少 到 o 1 仅 反 应是 相 互促 进 又相 互 制 约的 。 为I %Na 1 2 %和 3 a I 1 %( C的 7 %N C 的 7 见表 22 4 . . 加速 碳化 作用 1 。同时 钢筋 锈蚀速 度逐 渐减 慢 ,试验 龄期 ) 年以 后 ,锈蚀 速度 更慢 ,直 到 四年龄 期的 长期 暴露 在 大气 中 的混凝 土结 构 不可 避 免 地受 到大 气作 用 ,特 别是 受到 碳酸 气等有 三 年时 间 内 ,锈 蚀量 几乎 没有 增加 。将 通氧 容 易时 与通 氧 困难时 的试 验进 行 比较 明显 看 害 气 体 的 作用 ,发 生 碳化 出 ,掺 氯盐 数量 相 同时 ,通氧 容 易和通 氧 困 C ( a OH) +C 2 a O3 0 2 O =C C +H2 使混 凝 土 ,尤 其是 表 层 混疑 工 层的 PH 难 两 种 不 同条 件下 的钢 筋锈 蚀 量 相差 很 大 , 且 掺盐 量越 高 ,相差 越大 ,即通氧 容 易的钢 降低 ,逐 渐 失 去 对 钢 筋 的 保 护 作 用 。 混凝 土 的碳 化是 由表 面开 始逐 次 向 中心 筋锈 蚀量 比通 氧困难 的锈蚀量高 1 ~1 O 。 O O倍 移 动 ,并沿 着捣 实 不充分 的穴 洞 、麻 面 、裂 隙、缺 陷等 薄弱 处进 行 。所 以存 在混凝 土 中 4结语 破 坏保 护 性 氧 化膜 是 钢 筋 锈蚀 的 前 提 , 游 离的 C C , Na 1 a 1 和 C 结晶析 出后 ,形成许 多 孔 隙 ,使 碳 化 加 速 ,P H 降 低 。 氧 气和水分是 钢筋锈蚀 缺一不 可的必要 条件 。 在通 氧充 分 条 件下 ,随 之 氯掺 量 增 加 , 22 5 . . 混凝 土孔 隙水 中氧 的溶 解度 降低 混 凝土 中的 水分 有 两种 ,一 种是 不可 蒸 钢 筋锈 蚀 急剧加 重 ,充分 表现 出 它的促 锈作 在通 氧困难情 况上 , 钢筋锈蚀量 与掺盐量 发的水 分 , 另一 种是 可 蒸发 的水 分 ,当饱 水 用 。 率 ( 蒸发水分 的含量 ) 于 1 O 或 小 O %时 ,孔 隙 成抛 物线关 系。当绝氧时 , 无论掺盐 多少 , 钢 中同时 含有 水分 ,水 蒸 汽和 空 气。在 可渗 透 筋 均不锈 蚀 。 混 凝土 本 身 就 是一 种 强 有 力 的 阻锈 剂 。 的混 凝 土 中 ,空 气 向混 凝 土 中 渗 入一 定 距 离 ,与空 气接触 的孔 隙水 被 氧所饱 合 ,总 的 在 使用 氯盐 防冻 剂时 ,必须首 先考 虑利 用混 含氧 量与 孔 隙水 中所 溶解 的 溶 质量有 关 。 凝 土 自身 已有 的防护 能力 ,设 计 足够 厚度和 密 实 度的保 护 层 ,其 次是 充分 利用 水下 、基 3混凝土 中的钢筋锈蚀 与掺 盐量的关系 础 混疑 土通 氧 困难的 客观 条件 ,对长期 处于 试 验结 果表 明 ,混 凝土 中的钢 筋 锈蚀 与 水 下 ,基础 中 的大体 积钢 筋混 凝 工结构 ,较 通 氧程 度和 掺盐 量关 系最大 ,其 中通 氧程 度 适 合 使 用氯 盐 的 防 冻剂 。 表 1 掺 氯盐混凝 土钢筋 锈蚀的 实验 又是其 中的最关 键 因素 , 因为氯 盐的
2掺加氯盐对混凝土中钢筋锈蚀的影响
21 . 氯盐是促锈 剂 混 凝 土 中掺 产生锈蚀 的基本 条件时 ( 充足的 氧 气 和水 份 ) ,锈 蚀加 剧 ,这 可 以从 掺 氯 盐 混 凝土 中的钢 筋锈 蚀试 验以 及在掺 氯盐 的 氢 氧 化钙 溶液 中的筋 锈蚀 试验 结果 加 以证 明 。 2. 2氯 盐 “ 锈 ” 的主 要原 因 促 22 1 . . 氯离子 能破 坏混凝 土 中的钢 筋表 面的保护性 氧化 膜 黑龙 江省 水科 所的 试验 所研 究表 明 :钢 筋表面 出现大 小如 谷粒 状的 锈蚀 孔以 及附 着 在钢筋 表面 的小 气泡 。 目前 氯 离子破 坏氧 化 膜的机理尚不十分 清楚 , 但可以肯 定 , 氯离子 与氧化 膜发 生 了化 学反 应 ,原 因是 氯离子 的 活性很 大 它容 易被覆 盖着 氧化 膜 的电极 表 面吸附 ,排 挤并取代 了氧化膜 ( e0 ) F , 中的氧 离子 ,生 成 了氧化 铁 。 3 a 1 F , + H,= F C 3 aO , C C e 3 0 2 e 1 C ( H) + 0 + 氧化 铁是 可溶 性氧 化物 ,这 就 在钢 筋保 护性氧 化膜 的阳极 区域 形成 了4 ,使 之具 qL 备 了产生 钢筋 锈蚀 的 主观 条件 。 222 . . 掺和氯 盐使混凝 土的 p 值 降低 H 氯化 钙溶 于水后 离解 为 C 、0H 一、 a H 、c 离子 ,CaoH)是中 强碱 ,Hc l一 ( , l 是强酸 , 其结果是酸 性增强 ,碱性减弱 ,混凝 土的 p 值 减小 。氯化 钠溶 于水 后 ,离 解为 H N H 一、H 、C 离子 ,其 中 Na H a 、O l一 O
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