氯离子腐蚀混凝土中钢筋的腐蚀

氯离子腐蚀混凝土中钢筋的腐蚀-第1部分：加速和自然环境下的实验研究

土木与环境工程学院，威特沃特斯兰德大学，Johannesburg,南非

土木工程系，开普顿大学,Rondebosch,南非

摘要：

平行腐蚀试验已经进行了两年，露出210梁（120×130×长375毫米）的一半在实验室加速腐蚀（干湿循环）另一半在海洋潮湿区接受自然腐蚀。实验变量是裂缝宽度（0，初始裂缝，0.4、0.7毫米），覆盖面C（20，40毫米），粘结剂类型（PC、PC／矿渣，PC / FA）和水胶比（0.40，0.55）。结果表明，腐蚀速率（icorr）受以下方式实验变量的影响：腐蚀随裂缝宽度的增加而增加，并随着混凝土的质量和覆盖深度的增加而降低。研究结果还显示，混凝土在野外环境下的自然腐蚀的腐蚀性能不能推断出其在实验室加速腐蚀的性能。其他因素，如腐蚀进程也应考虑在内。

关键词：

腐蚀速率预测，氯离子侵蚀，加速腐蚀，自然腐蚀，腐蚀，混凝土裂痕

1 引言

钢筋锈蚀是温度、海洋和工业环境中钢筋混凝土结构的主要破坏机制之一。对于投资者和工程师来说，它已成为一个主要的耐久性问题。如果不减弱这种侵蚀性，它会加速钢筋混凝土结构的恶化，可能会导致一系列相关的严重后果，包括但不限于开裂和混凝土保护层剥落，钢筋截面面积损失，降解的钢-混凝土界面粘结，最终减少钢筋混凝土结构的使用寿命。另外在维护、修理或更换时，需要花费很高的费用，而且会对害公共安全有威胁。即使在钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的主要因素是二氧化碳入口（碳化引起的）或氯（氯离子引起的），后者是在钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的主要原因。值得注意的是，氯离子引起的腐蚀对所研究的结构造成的损害是比较大的，并在一个相对较短的时间内（在结构满足其目标服务寿命），有可能成为最终导致失败的因素（根据预先定义的极限状态）。

2、实验细节

2.1、实验变量和混合比例

平行腐蚀试验露出210束标本（120×130×375毫米）的一半进行加速实验室腐蚀（循环3天用5%的NaCl溶液润湿跟随开普敦4天空气干燥），另一半则被留在的海洋潮汐区自然腐蚀（表湾港）。使用五种不同的混凝土使我们的横梁的W / B比（0.40和0.55），和三种粘结剂（100% CEM I 42.5 N普通波特兰水泥（PC），50 / 50 / 70 / 30的矿渣微粉和PC的PC / FA）。0.55w/b比是不能用于电脑制作

标本。高产量强度直径为10毫米的钢筋嵌入在每个光束。在表1中给出了混凝土配合比的总结和选定的具体性能。其他实验变量包括盖深度（20和40毫米）和裂缝宽度（0，早期裂缝，0.4和0.7毫米）。早期裂缝是指由梁试样三点荷载引起的裂缝，然后卸载。虽然以前的研究已经表明，裂缝宽度≤0.3毫米容易自

愈[ 17–19 ]，初始裂纹试样由于缺乏AP 适当的测试设备，量化裂缝自愈是不可

能的。此外，对于更深的覆盖面（40毫米）再加上裂纹愈合的敏感性，可以预

料的是，早期裂缝会对腐蚀离子的速率有微不足道的影响。因此，20毫米覆盖

面的初期裂痕的标本仅用于实验室和野外标本。钢棒两端均覆盖有电镀带和环氧

树脂—涂层提供了一种有效的暴露的表面面积大约86平方厘米（长约27.5厘米

的圆周表面）。在铸造之前、这种棒将会被清洗并且用一个直径10毫米长150

毫米的不锈钢棒放置在每个光束在铸造过程中（见图1）作为反电极的腐蚀速率

测量。

2.2活性腐蚀状态的诱导

经过28天的水养护（在23°2°C ）和10天空气干燥（温度：25°C ，相对湿度

为：50°5%）在实验室，并在开裂前的梁试样，阳极电流（IC ）是用以启动活性

腐蚀率（即消除腐蚀起始阶段）在所有210束标本。设置用于启动活性腐蚀在标

本中使用集成电路如图1所示。理论时间（t 港水平）和集成电路所需的驱动氯化物

通过深度覆盖的钢级量估计使用能斯特-普朗克方程在下面的表格内。

能斯特-普朗克方程：t 钢水平= C [−D （ZF / RT ）（∂E /∂x ）]−1

D 是扩散的离子系数（平方米/秒）在混凝土，

Z 离子物种的价（1氯ˉ），

F 是法拉第常数（96500℃／mol ），

R 是气体常数（8.314 J / mol.k ），

T 绝对温度（298 K ），

C 是覆盖深度（20或40毫米）和E 是应用电位（V ）。

扩散系数（D ）得到从测量28天氯电导指数（CCI ）基于实证的相关性和CCI 考

虑效果海洋环境暴露，混凝土老化和粘结型[ 22 ] 20–即关联模型可以估计时间

的曝光依赖于表观氯离子扩散系数一般为USED 粘结剂类型（主要是普通PC ，70

/ 30和50 / 50的PC / FA PC /矿渣）和海洋暴露环境（潮、飞溅、喷雾）在南非

的20–[ 22 ]。第二部分，本文给出了更多的细节上的去从CCI 扩散系数的终止。

CCI 是每个表1混凝土从快速氯离子电导率测试[ 21,23 ]获得。28天和90天的扩

散系数诈骗的fficients 克里特用列于表2。

为了确定阳极IC 所需的诱导活性腐蚀速率在一个给定的覆盖深度的标本的五个

混凝土混合物，和一系列的迭代后（时间D IC ），当时申请的IC 芯片被固定在

1.5小时限制的有效电流小于2安培。术语“有效的应用电流”是用来指实际应

材料（千克/立方米）

粘合剂组合物 100 % PC 50/50 PC/GGBS 70/30 PC/FA w/b 比

0.40 0.40

0.55 0.40

0.55

混合标签

PC-40

SL-40 SL-55 FA-40 FA-55 Portland cement, PC (CEM I 42.5 N) 500

231 168 324 236 Ground granulated blastfurnace slag (GGBS) -

231 168 - - Fly ash (FA) -

- - 139 101 Fine aggregate: Klipheuwel sand (2 mm max.) 529

749 855 749 855 Coarse aggregate: Granite (13 mm max.) 960

1040 1040 1040 1040 Water 200 185 185 185 185 Superplasticizer a (SP) 2.1b (0.4)

c 1.8 (0.4) 0.3 (0.1) 0.4 (0.1) - Slump (mm) 120

105 150 85 200 28-day compressive strength (MPa) 58.2 (3.0)d 48.1 (2.0) 35.3 (0.9) 50.7 (0.9) 28.6 (1.9)