氯离子侵蚀范文

氯离子侵蚀范文（精选7篇）

氯离子侵蚀 第1篇

因氯化物侵蚀引起的钢筋混凝土构筑物破坏而造成重大损失的现象很普遍。在通常情况下,水泥石中Ca(OH)2和其他的碱性水化产物形成的高碱度,使钢筋表面形成1层由Fe2O3组成的保护性氧化膜,从而使钢筋免受腐蚀。当钢筋表面钝化膜因混凝土保护层被碳化或者氯离子侵入而遭破坏时,钢筋开始锈蚀。氯离子侵蚀引起的钢筋局部腐蚀的危害很大,如何采取有效措施避免氯离子对钢筋的侵蚀,是一个值得关注的问题。

1 氯离子对钢筋锈蚀的机理

1.1 氯离子的侵入

氯离子进入混凝土中通常有两种途径,一是混入,如掺用含Cl-离子的外加剂、使用海砂、施工用水含Cl-离子、在含盐环境中拌制、浇注混凝土等;二是渗入,环境中的氯离子通过混凝土的宏观或微观缺陷渗入到混凝土中,并到达钢筋表面。混入现象大多是由于施工管理的问题;而渗入现象则是综合技术的问题,与混凝土材料的多孔性、密实性、工程质量、钢筋表面混凝土层厚度等多种因素有关。

1.2 破坏钝化膜

水泥水化的高碱性使混凝土内钢筋表面产生1层致密的钝化膜,该钝化膜由铁的氧化物构成,它对钢筋有很强的保护能力,但该钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的。当pH<11.5时,钝化膜就开始变得不稳定;当pH<9.88时,该钝化膜生成困难或已经存在的钝化膜逐渐破坏。Cl-离子是极强的去钝化剂,Cl-离子进入混凝土中到达钢筋表面,吸附于局部钝化膜处时,使该处的pH值迅速降低,可使钢筋表面pH值降低到4以下,从而破坏钢筋表面的钝化膜。

1.3 形成腐蚀电池

如果在大面积的钢筋表面上具有高浓度的氯化物,则氯化物所引起的腐蚀可能是均匀腐蚀,但在不均质的混凝土中,常见的是局部腐蚀。Cl-离子对钢筋表面钝化膜的破坏发生在局部,这些部位露出了铁基体,与尚完好的钝化膜区域形成电位差(作为电解质,混凝土内一般有水或潮气存在)。铁基体作为阳极而受腐蚀,大面积的钝化膜区域则作为阴极。腐蚀电池作用的结果是,在钢筋表面产生坑蚀,由于大阴极(钝化膜区域)对应于小阳极(铁基体),因而蚀坑发展十分迅速。

1.4 去极化作用

Cl-离子不仅促成了钢筋表面的腐蚀电池,而且会加速电池的作用。Cl-离子与阳极反应产物Fe2+结合形成FeCl2,使阳极反应过程得以顺利进行甚至加速进行。通常把使阳极过程受阴称作阳极极化作用,而将加速阳极极化作用称作去极化作用,Cl-离子发挥的是阳极去极化作用。

在有Cl-离子存在的混凝土中,在钢筋的锈蚀产物中是很难找到FeCl2的,这是因为FeCl2是可溶物,在向混凝土内扩散时遇到OH-离子就会生成Fe(OH)2沉淀,再进一步氧化为铁的氧化物,即通常所说的铁锈。由此可见,Cl-离子在钢筋锈蚀中起着介质的作用,其本身并不被消耗,凡是进入混凝土中的Cl-离子,会周而复始地起到破坏作用,这也是Cl-离子危害的特征之一。

1.5 钢筋发生腐蚀的条件

通常,钢筋腐蚀的可能性随着混凝土中氯化物含量的增加而增大,但不是混凝土中只要含有氯化物钢筋就一定会发生腐蚀。在钢筋混凝土体系中,只有当氯离子浓度达到临界值,且具备其他必要条件(水和氧)时,钢筋表面才会去钝化而发生腐蚀。

2 防止氯离子侵蚀混凝土中钢筋的措施

为防止氯离子侵蚀钢筋混凝土可采取两类措施,一类为基本措施,另一类为补充措施。前者旨在提高混凝土的性能,以增强对钢筋的防护功能,后者主要指在环境侵蚀作用下,当采取基本措施难以对钢筋实施有效保护时而增加的其他防护措施。

2.1 控制原材料中氯化物的含量

除按照施工的质量要求选择合适的原材料外,严格控制材料中的氯化物含量和避免氯化物污染,是确保混凝土中Cl-离子不超标的前提条件。

混凝土的原材料主要有水泥、水、砂、石子和外加剂等,对因特殊需要而在生产过程中引入氯化物的水泥要严格控制氯含量,并对其使用范围有所限制。饮用水、天然的洁净淡水及河砂一般含氯盐量很少,可直接用于拌制混凝土;钢筋混凝土工程不允许使用海水;对海砂应检验其氯盐含量,符合标准的规定方能使用,而且最好同时采取防止钢筋腐蚀的措施(如掺加钢筋阻锈剂);混凝土中掺用的外加剂要符合标准的规定,对于预应力混凝土结构,严禁使用含氯化物的外加剂。

2.2 提高混凝土对钢筋的防护性能

在正常情况下,正确设计和施工的优质钢筋混凝土结构,具有长期抵制环境介质侵蚀的功能。因此,最大限度地提高混凝土本身的低渗透性和保持对钢筋的防护性能,是预防混凝土中钢筋腐蚀最有效的措施,也是最根本的方法。

提高混凝土对钢筋防护性能的主要方法有:在设计、施工中采取护筋措施;适当增加混凝土保护层厚度;改善混凝土结构,如选择优质原材料、引入外加剂,按规范的要求进行施工;使用新型混凝土等。

2.3 混凝土表面处理

硬化后的混凝土总是存在着孔隙,这给环境中的水、二氧化碳和氯离子等介质的侵蚀提供了通道。因此,通过对混凝土表面进行处理,提高混凝土层的抗渗性,也是保护钢筋的一项有效措施。混凝土表面处理方法主要有:混凝土的脱水处理、镶面板和表面涂覆。脱水处理是在混凝土刚浇捣成型后,用真空脱水模板对混凝土表层进行真空脱水,以排走混凝土中多余的水分和空气,使混凝土表层更为密实,提高抗氯化物等介质渗透的能力。在混凝土表面涂覆涂料作为抵制侵蚀性介质渗入混凝土的第一道防线,是一种经济、简便和有效的方法。表面涂覆一般可分为浸入型和隔离型,前者是通过将涂料吸入到混凝土表层,降低混凝土的吸水性;后者则是在混凝土表面成膜,形成隔离层。但由于涂料的耐久性不佳,其对钢筋混凝土结构往往只能提供暂时性保护。

2.4 采用耐腐蚀钢筋

在钢筋表面施加覆盖层已广泛应用于钢筋的防腐蚀,钢筋表面覆盖层有金属与非金属两种形式。

金属覆盖层大体上可分为钝化膜型(如铬基镀层)和牺牲型(如镀锌层)两种。前一种镀层在钢筋服役、生产、运输和施工等过程中,如果局部受到破坏将使基体金属相对于阴极钝化膜作为阳极而发生局部腐蚀;而后一种则是作为牺牲阳极对基体金属起防护作用,即使镀层发生局部破坏,钢筋仍可受到保护。目前,镀锌钢筋已获得了较广泛的应用。

非金属覆盖层主要是有机涂层,包括环氧涂层、聚氯乙烯、聚丙烯和聚氨酯等,其中以环氧涂层最为常用。环氧涂层钢筋是在抛光净化的钢筋表面热喷涂1层致密、坚韧的膜。涂层可以极大地提高钢筋的防腐蚀性能,有效地抵制侵蚀性介质,适合于含氯离子的环境。但有研究表明,环氧涂层会使钢筋与混凝土的附着强度减少15 %～25 %,而且在使用中对环氧涂层钢筋的质量要求高,使其应用受到了一定的限制。

2.5 应用钢筋阻锈剂

钢筋阻锈剂通过影响钢筋与电介质之间的电化学反应,可以有效地阻止钢筋腐蚀的发生。因为阻锈剂的作用可以自发地在钢筋表面上形成,只要有致钝环境,即使钝化膜被破坏也可以自行再生,自动维持。在拌制混凝土时掺加阻锈剂,是防止钢筋腐蚀的一种经济而有效的方法。

亚硝酸盐是近20年来大规模应用的钢筋阻锈剂,特别是亚硝酸钙对抑制钢筋腐蚀很有效,现在常作为复合阻锈剂的重要组分。

近年来,有机阻锈剂已发展成为抑制混凝土中钢筋腐蚀的有效方法,其主要是胺与酯组成的水基有机外加剂。

3 结语

氯离子的侵蚀是引起混凝土中钢筋腐蚀的主要原因。氯离子是极强的去钝化剂,在一定的条件下,当其浓度达到临界值,钢筋就会去钝化而腐蚀。为了防止钢筋腐蚀,首先应提高混凝土的护筋性,同时必须采取一些措施来抑制氯离子的侵蚀。采用钢筋阻锈剂和电化学阴极保护,是较为经济和有效的保护钢筋的方法。

参考文献

[1]洪定海.混凝土中钢筋的腐蚀与保护[M].北京:中国铁道出版社,1998.

[2]GB 50209—95,建筑地面工程施工及验收规范[S].

COD测定中消除氯离子干扰的方法 第2篇

COD测定中消除氯离子干扰的方法

在COD的测定中,容易受氯离子的干扰,尤其高氯低COD的水样,其干扰犹为严重,因此在COD测定过程中需要对水样中的氯离子进行处理.从不同方法的.原理、消除效果及适用范围等方面对目前国内在COD测试中采用的氯离子干扰消除方法进行了评述.

作 者：魏宝梅 邓娟华 作者单位：江西省南昌市环境监测站,江苏,南昌,330002刊 名：黑龙江科技信息英文刊名：HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：2008“”(36)分类号：X8关键词：COD 氯离子 干扰

防止氯离子侵蚀混凝土中钢筋的措施 第3篇

1 混凝土的防护

1.1 保证混凝土较高的密实度

只有混凝土自身破坏, 碱度降低 (低于临界值) 或有害离子入侵时, 钢筋混凝土结构物才会发生腐蚀破坏。因此最大限度地保证混凝土的自身密实完好, 保持高碱度和防止有害离子入侵是钢筋混凝土防腐蚀措施的出发点。基本措施就是致力于提高混凝土自身的防护能力。1) 选用高密实度混凝土结构的配方设计, 提高混凝土的抗渗标号。配方设计必须满足下列条件:混凝土的抗渗等级不能低于P8;水泥的强度等级不能低于42.5MPa;水泥的品种选用密实性最好的普通硅酸盐水泥;水泥用量不少于300kg/m3;严格控制水灰比不能大于0.55。2) 选用水性水泥密封剂M1500来封闭新、老混凝土结构内的气孔与孔隙、毛细管及通道进而提高混凝土的密实性。经研究部门测试混凝土经喷涂M1500后24小时, 封闭剂可渗入混凝土内部结构40mm, 并继续进一步渗透至150mm~200mm深, 与水泥石的碱性物质反应形成密实不透性的封闭层以阻止一切浸蚀介质进一步浸蚀混凝土。3) 选用高密实性水泥砂浆多层抹面技术来封闭混凝结构免遭水及化学介质浸蚀。多层抹面技术经实践证明也是一种非常有效防止水渗透及介质浸入的重要方法, 它的密实性很高, 可达到20kg/cm2 (2MPa) 抗渗标号。4) 在混凝土配方中引入外加剂来提高混凝土的密实性。如减水剂—NNO (亚甲基二萘酸钠) ;引气剂—松香酸钠;催化剂—三乙醇铵等均可将砂浆混凝土结构内部密实性提高, 且不同外加剂改善混凝土, 内部结构密实性特点也有不同之处。

1.2 慎重采用速凝剂

速凝剂是使水泥混凝土迅速凝结硬化的外加剂。与水泥在加水拌和时立即反应, 使水泥中的石膏丧失其缓凝作用, 促成铝酸三钙迅速水化, 并在溶液中析出其水化物, 导致水泥浆迅速凝固。最早的一种速凝剂西卡 (Sika) 是由瑞士和奥地利制造商研制生产的至今已有七、八十年的历史了。奥地利、日本生产的速凝剂西古尼特 (Sigunite) 和伊卓克莱特 (Isocret) 在国际上负有盛名。速凝剂主要应用于喷射混凝土和喷射砂浆工程中。随着经济发展和技术进步, 速凝剂的使用范围越来越广, 在地下工程、隧道工程、堤坝边坡加固、堵漏水工程、滑模工艺施工、道路抢修、喷锚支护等大量采用了速凝快硬技术。在混凝土中掺入盐类 (如Ca Cl2) , 使混凝土具有速凝、快硬作用。但易引起钢筋的锈蚀, 对于蒸养混凝土尤甚。当混凝土中掺有18%的Na Cl时, 无定电流对钢筋混凝土中钢筋的破坏作用会增加到100倍。当混凝土密实性不良, 保护层甚薄, 由于外界空气和水分的侵入, 其锈蚀会剧烈加快。因此在工程中要尽量选择无腐蚀、无毒、无污染的新型无氯液态速凝剂, 这种速凝剂是一种无碱液体速凝剂, 其性能指标除满足国家标准JC477-92规定的指标要求外, 速凝剂的碱含量少于0.01%, 后期强度损失小, 且与水泥种类适应性好、料浆和易性好。解决了施工中普遍存在的粉状速凝剂添加不均匀、回弹、粉尘大、严重危害施工人员健康、混凝土后期强度损失明显、易引起钢筋锈蚀等传统问题。

1.3 外表面涂防腐蚀涂料

在混凝土表面涂一层耐腐、抗渗、无毒、持久的涂料是一种简单可行的方法。涂料涂刷于混凝土表面要求涂料具有耐酸、碱、盐腐蚀;同时要与混凝土有牢固的结合力;涂膜要致密抗渗性能良好。PF-01涂料是具有上述性能的最优秀的涂料品种, 它的成膜物质为聚氯乙烯树脂, 具有耐酸、耐碱、耐盐腐蚀性能。涂料中含有增粘剂多异氰酸酯 (101树脂) , 故涂层与混凝土结构互相粘合牢固。防锈颜料氟磷铁改善了涂膜综合性能, 丙烯酸酯改了涂膜的光洁性能与致密性能。使用新型涂料, 根据混凝土的高碱性、含水性和多孔性的特点, 涂料应具备耐碱性、耐水性和浸渍性的性能并具备良好的耐久性。新型涂料必须是安全、无毒、环保型的“绿色涂料”或环境友善涂料, 并朝着施工简便、组合配套多样、价格低廉的方向发展。1) 氯醚涂料是由氯醚树脂、配套树脂及各种助剂复合而成的单组分防腐蚀涂料, 其涂层粘附强度高、结构致密、理化性能优越, 综合防腐蚀性能均高于氯磺化聚乙烯或氯化橡胶涂料。2) 氰凝由聚氨基酸脂、助剂和填料组成, 其特点是遇水后立即发生反应, 最后生成不溶于水的固体, 适用于混凝土表面涂覆。涂层质量好、耐蚀、防渗、防霉。

1.4 使用高性能混凝土

高性能混凝土是基于结构高强度、高耐久性、高工作性而设计的全新混凝土, 与传统混凝土相比, 它具有许多特点和优点:不用振捣就可以自动填充模板;具备良好的自密性;不会由于水化热的产生、水化硬化或干燥收缩等原因引发初始裂缝;具有高抗渗性, 可以阻止渗入, 从而预防了钢筋的锈蚀, 延长了钢筋混凝土的使用寿命。通过掺加火山灰质材料微硅粉、磨细矿渣或粉煤灰, 使氯离子在混凝土中的渗透速率降低, 混凝土电阻率增加, 从而延迟腐蚀的开始和降低腐蚀开始后的速率。其中超细材料微硅粉在混凝土中能够有效降低孔隙尺寸和阻断毛细孔, 因此能够大幅提高混凝土的抗掺性, 大大降低氯离子渗透对钢筋的危害。

应用高性能混凝土日益成为工程建设的优选技术方案, 因为高性能混凝土不仅具有良好的护筋性能, 同时具有良好的综合耐久性。

1.5 用高分子聚合物改性砂浆及混凝土

提高砂浆混凝土的密实性、抗渗性和耐腐蚀性能高分子聚合物砂浆混凝土是将水溶性的聚合物或者用聚合物的水分散体加入水泥砂浆混凝土中以提高普通砂浆混凝土的粘结力、抗渗性、抗裂性、耐腐蚀性、耐磨性和抗冻融性能。在国内已经使用或研究过的聚合物有:聚丙烯酸酯、氯丁橡胶乳液、丁腈橡胶乳液、偏氯乙烯乳液, 聚醋酸乙烯乳液。聚合物改性砂浆与金属和水泥基层均有较高的粘合力, 一般高于普通砂浆一倍以上, 可以直接敷设于湿润的水泥基层或金属面。

1.6 混凝土表面处理

硬化后的混凝土总是存在着空隙, 为环境中水、二氧化碳和氯离子等介质的侵蚀提供了通道。因此, 通过混凝土表面处理, 提高混凝土层的抗渗性也是保护钢筋的一项补充措施[3]。混凝土表面处理主要为混凝土的脱水处理、镶面板和表面涂覆。脱水处理是在混凝土刚浇捣成型后, 用真空脱水模板对混凝土表层进行真空脱水, 排走混凝土中多余的水分和空气, 使混凝土表层更为密实, 提高抗氯化物等介质的渗透。在混凝土表面涂覆涂料作为抵制侵蚀性介质渗入混凝土的第一道防线是一种经济、简便和有效的方法。表面涂覆一般可分为浸入型和隔离型, 前者通过将涂料吸入到混凝土表层, 降低混凝土的吸水性;后者则在混凝土表面成膜, 形成隔离层。由于涂料的耐久性不佳, 因此其对钢筋混凝土结构往往只能提供暂时性的保护。

2 钢筋的防护

2.1 限制钢筋中有害元素硫的含量

硫是很有害元素, 硫与铁和锰生成硫化物, 它在合金中呈现单独的阴极的相而存在, 因此使合金产生更多的微电池。此外, 含硫的金属区域上生成膜, 其保护性能低于其它表面上的膜。当钢筋与具有泛酸型侵蚀作用的环境水接触时, 硫的危害更为显著, 并且能增加钢筋——碳素钢晶粒间腐蚀的倾向, 会加速钢筋的腐蚀, 因此在使用钢筋时要限制钢筋中有害元素硫的含量, 冶炼时提高工艺技术, 降低有害元素的含量。

2.2 在钢筋表面进行钝化处理

钢筋表面钝化处理[4], 钢筋表面上的氧化薄膜在一定条件下具有保护作用。普通水泥混凝土的水膜层具有强碱性, 对钢筋能起到一些钝化作用, 但由于直接粘附在钢筋上的水泥沙浆层起碳化作用, 当PH值降低到小于9—9.5时即碱性降低, 对造成钢筋完整的钝化保护膜有破坏作用。因此, 对钢筋表面进行人工钝化处理, 或利用钢筋表面所制的强碱性混凝土层保护钢筋锈蚀便具有意义。在中性或碱性介质中, 数量不多的强氧化剂都能引起钢筋表面的钝化。钝化处理在钢筋尚未受到大气腐蚀前进行。

2.3 应用钢筋阻锈剂

钢筋阻锈剂即为抑制钢腐蚀的缓蚀剂, 拌制混凝土时掺加阻锈剂是防止钢筋腐蚀的一种经济而有效的方法。在混凝土拌和料中加入外加剂 (缓蚀剂) , 可以有效地阻碍或防止金属与环境发生反应。亚硝酸钠用于防止混凝土中钢筋的点腐蚀, 也曾被认为是良好的阻锈剂, 但Na NO2对混凝土的凝结时间、早期强度和后期强度都有不同程度的负面影响, 而且它是阳极型阻锈剂, 用量不足反而会促进钢筋局部腐蚀, 加上亚硝酸钠有毒, 因而, 不能得到广泛的应用。亚硝酸钙是目前世界上使用最广的缓蚀剂。研究表明, 亚硝酸钙的作用机理是阳极缓蚀。Ca (NO2) 2具有较好的阻锈能力, 而对混凝土没有明显的负面影响和引发碱集料反应的能力, 亚硝酸钙的防锈性能很好, Ngala等[5]研究表明NO-2在高的水灰比的混凝土中具有一定的渗透能力, 当Ca (NO2) 2作为表面渗透的阻锈剂使用时, 对较低氯离子浓度的混凝土中轻微预蚀的钢筋具有一定的阻锈作用, 对具有高氯离子浓度的混凝土中的钢筋阻锈作用不明显。此外, 亚硝酸盐类阻锈剂属于氧化型缓蚀剂, 只有在用量足够时才有缓蚀效果, 否则会引起严重的局部腐蚀。随着人们环保意识的增强, 亚硝酸盐的致癌性引起了重视, 又陆续开发出了Na2PO3F等新型无机阻锈剂。

因为无机亚硝酸盐阻锈剂在环保方面的问题, 20世纪80年代以来有机阻锈剂得到很大发展。有机钢筋阻锈剂通常有胺类、醛类、炔醇类、有机磷化合物、有机硫化合物、羧酸及其盐类、磺酸及其盐类、杂环化合物等, 其优点是[6,7,8,9]:

1) 在各种氯离子浓度下能对钢筋混凝土提供腐蚀保护。

2) 能够在混凝土中分散, 因而既能对钢筋腐蚀阴极电化学过程起抑制作用, 又能对阳极腐蚀电化学过程起抑制作用。

3) 无毒、环境安全性好。

有机缓蚀剂已成为钢筋阻锈剂研究开发的热点。国外研究者采用电化学方法考察了在氯离子存在的条件下钢筋在含有一些有机化合物的碱性溶液中的极化特性, 结果发现有些化合物对Cl-的侵蚀具有抑制作用, 见表1。

从表1可以看出, 在含有0.1mol/L氯离子的饱和氢氧化钙溶液中, 存在有机化合物的钢筋电极点蚀电位和腐蚀电位之差均大于相应的空白溶液中两者之差, 这表明这些化合物均能增强钢筋的抗氯离子侵蚀的能力。

2.4 电化学保护

钢筋混凝土结构的电化学保护包括阴极保护和电化学处理。阴极保护能直接抑制钢筋自身的电化学腐蚀过程, 尤其适用于易受碳化和氯化物污染的混凝土中钢筋的保护[10,11], 是目前保护混凝土中钢筋最有效且经济的方法之一。阴极保护法可分为牺牲阳极保护法和外加电流阴极保护法。前者是采用比钢电位更负的铝合金等作为阳极与钢筋电连接, 靠自身的腐蚀提供自由电子实现对钢筋的保护;后者则是以直流电源的负极与被保护的钢筋连接, 正极与难溶性的辅助阳极相接, 提供保护电流使钢筋发生阴极极化而受到保护。牺牲阳极保护法阳极材料的估计寿命较短, 一般不用于新混凝土结构, 且阳极提供的电流有限, 只能保护阳极附近较小范围的钢筋, 因而该方法不大适用于暴露于大气中的钢筋混凝土结构。外加电流阴极保护法的应用较广泛, 发展较迅速, 近10年已应用于新的钢筋混凝土结构。目前, 阴极保护法的研究主要致力于开发新的优质阳极材料[12]。电化学处理与外加电流阴极保护法相似, 也是以钢筋为阴极, 通以低压直流电流达到保护钢筋的目的[13]。其区别在于电化学处理是在短期内施加大的阴极电流密度, 使钢筋表面发生电极反应产生OH-, 提高钢筋附近混凝土孔隙液的p H值, 同时, 靠离子迁移排走钢筋周围的Cl-, 使其浓度低于临界值。因此, 电化学处理可用于碳化混凝土和氯化物污染引起钢筋腐蚀的场合。该技术可以无损地恢复钢筋钝态, 其经济和社会效益显著。

2.5 钢筋表面加保护涂层 (防锈材料)

在钢筋表面加保护涂层已广泛应用于钢筋的防腐蚀。最常用是非金属覆盖层, 主要是有机涂层, 包括环氧涂层、聚氯乙烯、聚丙烯和聚氨酯等, 其中以环氧涂层最常用。环氧涂层钢筋是在抛光净化的钢筋表面热喷涂一层致密、坚韧的膜。涂层可以极大地提高钢筋的防腐蚀性能, 有效抵制侵蚀性介质, 适合于含氯离子的环境。它具有:

1) 耐碱性。能长期经受混凝土的高碱性环境 (PH=12.5-13.5) ;

2) 耐化学腐蚀。由于环氧树脂粉末涂层具有很高的化学稳定性和耐腐蚀性, 并且膜层具有不渗透性, 因此能阻止水、氧、氯盐等腐蚀介质与钢筋接触;

3) 弹性和耐摩擦性好。

但有研究表明, 环氧涂层使钢筋与混凝土的附着强度减少约15%-25%, 而且环氧涂层钢筋在使用过程中对其质量要求高, 使其应用受到了一定的限制。

2.6 使用不锈钢钢筋

表面涂覆环氧树脂的钢筋和镀锌的钢筋对防止侵蚀性较轻的环境有用并且在工程中也得到大利的推广使用, 但对处于侵蚀性非常严重的新建钢筋混凝土构筑物或旧结构中某些特殊部位的修复件, 如果用表面涂覆环氧树脂的钢筋则效果不佳, 这时就需采用奥氏体不锈钢或双相不锈钢来代替普通碳钢钢筋。因为不锈钢中加入了一些防腐合金元素能有效提高钢材的抗腐性能, 借助于不锈钢优良的抗蚀性能, 可以承受较高的临界氯离子浓度, 从而延缓混凝土构筑物的腐蚀破坏。

因此, 为防止钢筋的腐蚀, 在施工中首先应提高混凝土的护筋性, 其次必须采取一些补充措施来抑制氯离子的侵蚀。采用钢筋阻锈剂和电化学阴极保护是较为经济和有效的保护钢筋的方法。

摘要：文章阐述了防止氯离子侵蚀混凝土中钢筋的措施, 并提出了防止钢筋腐蚀的两种方法:一种是钢筋外围混凝土的保护方法;一种是钢筋自身的保护方法。

氯离子侵蚀 第4篇

缩合废水COD测定中氯离子的影响及消除

摘要：根据缩合废水中氯离子含量高,对COD测定影响较大的.特点,通过实验探讨高含氯对测定废水COD的影响及消除其影响的方法.以重铬酸钾法测定COD,消除氯离子的干扰,一般是采用添加HgSO4的方法.该方法操作简便,但汞盐易对环境造成二次污染.文章采用标准曲线校正法不加HgSO4,能较准确地测定高氯缩合废水中的COD.作 者：张凌    姬红    师兆忠    姜勇    宋莉娟    潘彬    耿翠环    Zhang Ling    Ji Hong    Shi Zhao-zhong    Jiang Yong    Song Li-juan    Pan Bin    Geng Cui-huan  作者单位：张凌,姜勇,宋莉娟,潘彬,耿翠环,Zhang Ling,Jiang Yong,Song Li-juan,Pan Bin,Geng Cui-huan(河南大学化学化工学院,环境与分析科学研究所,河南开封,475004)

姬红,师兆忠,Ji Hong,Shi Zhao-zhong(开封大学化学化工学院,河南开封,475004)

期 刊：四川化工   Journal：SICHUAN CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)：2010, 13(2) 分类号：X7 关键词：废水    氯离子    COD测定    标准曲线校正法   

氯离子侵蚀 第5篇

关键词：花岗岩石粉,粉煤灰,掺合料,水工混凝土,RCM法,氯离子扩散系数

0前言

在恶劣环境,如碳化、氯离子渗透等条件下,钢筋混凝土结构的耐久性问题十分突出,主要是侵蚀介质的侵入造成钢筋脱钝失去保护而产生锈蚀[1]。 氯离子侵蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素之一,氯离子侵蚀诱发钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀,继而导致钢筋混凝土结构的力学性能发生变化直至破坏[2]。 另外 ,在氯离子作用下 ,钢筋进一步锈蚀并膨胀也会导致混凝土结构破坏[3],这种情况在沿海地区水工混凝土中尤为严重,大量钢筋混凝土构筑物,如海港码头、石油平台、跨海大桥、海底和沿岸钢筋混凝土管道等常因氯离子侵蚀造成混凝土中钢筋锈蚀而导致破坏,带来了巨大损失[4]。 因此,提高水工混凝土的抗氯离子侵蚀性能,并对混凝土侵蚀破坏机理开展研究具有重要意义。

本试验以花岗岩石粉、粉煤灰为掺合料,主要从水工混凝土的抗氯离子侵蚀性能方面,验证掺合料对混凝土抗氯离子侵蚀性能的增强作用,以期为花岗岩石粉及粉煤灰的再生利用提供试验依据。

1 试验概况

1.1试验目的

通过对矿物掺合料水工混凝土抗氯离子侵蚀性能试验,研究不同掺合料混凝土在相同荷载作用下的氯离子侵蚀机理,探究水工混凝土抗氯离子侵蚀性能与掺合料掺量之间的关系,揭示混凝土内部结构的氯离子传输性能,以确定掺合料水工混凝土的最优配合比,并为水工混凝土结构的耐久性设计提供依据。

1.2 原材料

水泥:P·O 42.5级;花岗岩石粉:掺量10%、20% 和30%,细度0~80μm和0~150μm;粉煤灰:Ⅲ级, 掺量10%、20%和30%;砂:河砂,过4.75mm筛,细度模数2.67;石:粒径5~25mm的连续级配碎石;减水剂:萘系高效减水剂,掺量为水泥和矿物掺合料总量的0.6%。

1.3 配合比设计

本试验设计16组配合比 (包括基准组J0),每组配合比制作尺寸为覫100mm×50mm的试件3个, 水胶比0.46,砂率42%,具体配合比及试件编号见表1。

1.4 试验原理

混凝土氯离子扩散系数试验采用RCM法,利用外加电场的作用使试件外部的氯离子向试件内部迁移,原理如图1所示。

kg/m3

注:J0 为基准混凝土配合比;G 代表花岗岩石粉, 如 G1-2,1 代表 花 岗 岩 石 粉 掺 量 为 10% ,2 代 表 花 岗 岩 石 粉 细 度 为 0 ~150μm;F 代 表粉煤灰 ;S 代 表双掺花岗岩石粉和粉煤灰 ,如 S21,2 代 表花岗岩石粉和粉煤灰总掺量为 20%, 按 质量 1:1 进 行双掺,1 代表花岗岩石粉细度为 0~80μm。

经过一段时间(具体时间由电流值确定)后,将试件沿轴向劈开,在新劈开的断面上喷洒硝酸银溶液,根据生成的白色氯化银沉淀测量氯离子渗透的深度,以此计算出混凝土氯离子扩散系数。

1.5经验公式[5]

式中: DRCM为RCM法测定的混凝土氯离子扩散系数,m2/s;T为阳极溶液的初始温度和最终温度的平均值,K; h为试件的厚度,m; xd为氯离子渗透深度的平均值,mm,精确到0.1mm; t为试验持续时间,h; a为辅助变量。

1.6 结果评定及数值取舍

正常情况下取每组3个试件的算术平均值作为该组试件的氯离子迁移系数测定值。 若任一个测量值与中值差值超过15%,则取中值;若有二个测量值与中值差值超过15%,则该组试验无效。

2 试验结果及分析

2.1 单掺花岗岩石粉组

表2为单掺花岗岩石粉组试件的试验结果。 通过对试验数据归纳分析,得到图2所示不同花岗岩石粉掺量下混凝土氯离子扩散系数柱状图。

由表2和图2可看出, 单掺细度0~80μm和0~150μm花岗岩石粉的试件 , 随着其掺量的增加,氯离子扩散系数随之增加;掺量相同时,细度小的花岗岩石粉混凝土抗氯离子侵蚀性能较好。

外界渗入的氯离子在混凝土中主要以三种形式存在[6]:1与水泥中的铝酸盐反应生成低溶性的单氯水化铝酸钙 (3Ca O·Al2O3·Ca Cl2·10H2O), 即氯离子的化学吸附; 2被吸附到水泥胶凝材料的水化产物中去,但无化学反应,且这种吸附是不可逆的,即氯离子的物理吸附;3以扩散、渗透与毛细作用等形式在混凝土中迁移,即自由氯离子。混凝土对氯离子的化学吸附与物理吸附被称为固化作用, 而混凝土侵蚀破坏的主要原因之一是其内部可自由迁移的氯离子的存在。

当花岗岩石粉掺量较小时,石粉在混凝土内部起到填充内部孔隙的作用, 可降低混凝土孔隙率, 增加结构的密实性, 提高混凝土自身抗渗性能,所以在花岗岩石粉掺量较低时,氯离子扩散系数值比基准组低。 随着石粉掺量的增加,混凝土胶凝材料减少, 导致混凝土自身对氯离子的固化作用降低, 石粉掺量越大,固化作用减弱越明显,故在同浓度外界侵蚀溶液 (5%Na Cl和0.2mol/LNa OH混合溶液)条件下,混凝土内部游离自由氯离子数随石粉掺量的增加而增加, 当花岗岩石粉掺量为30%时, 氯离子扩散系数高于基准组。

从试验数据可以看出,当不同细度花岗岩石粉掺入混凝土中取代胶凝材料时,细度小的花岗岩石粉对混凝土抗氯离子侵蚀性能较掺入大细度的花岗岩石粉要好,但二者差距不大。 参照文献[7]对混凝土孔级的划分, 孔径为20~50nm的为少害孔;孔径50~200nm的为有害孔; 孔径大于200nm则为多害孔。 细度越小的花岗岩石粉对混凝土内部少害孔、有害孔及多害孔的填充效果越好,故掺0~80μm花岗岩石粉的混凝土氯离子扩散系数偏小。

2.2 单掺粉煤灰组

表3为单掺粉煤灰组试件的试验结果。 通过对试验数据归纳分析,得到图3所示不同粉煤灰掺量下混凝土氯离子扩散系数柱状图。

由表3和图3可见,当混凝土中粉煤灰掺量为10%、20%、30%时 ,氯离子扩散系数均比基准组小 , 掺量为20%时,氯离子扩散系数达到最小值。

水泥颗粒在混凝土拌合初期形成絮状结构并相互连接,内部还会包含一些水分,导致混凝土拌合物变成一种非均质的化合物结构,影响混凝土结构的工作性能[8]。 粉煤灰掺入混凝土后,使絮状物被分散,水泥颗粒间的连接也会断开,从而释放出更多的水分,在混凝土拌合物中,粉煤灰颗粒具有亲水性,其表面会吸附絮状物释放的水分,减少混凝土拌合物的泌水量。 如果混凝土的泌水量大,会导致混凝土分层离析, 并使混凝土内部形成微管孔道,从而降低混凝土的抗渗性能,为氯离子的渗透与侵蚀提供通道。 所以,加入粉煤灰后,硬化的水泥浆体会形成更致密的集体,减少混凝土中多余水分的自由移动,最终降低混凝土的泌水性,这在一定程度上提高了抗氯离子侵蚀性能。

粉煤灰的微集料效应使混凝土中的孔隙被堵塞,减小了孔隙率,使混凝土孔结构得到改善,密实度得以提高,从而提高了抗氯离子侵蚀性能。 当粉煤灰在一定掺量范围时,水泥水化产物与粉煤灰产生二次水化反应,生成较多的水化硅酸钙、水化铝酸钙等胶凝物质,提高了混凝土的密实度,且水化铝酸钙是化学固化氯离子的主要物质,可使混凝土中的游离氯离子含量降低,减弱氯离子对混凝土的渗透作用。

粉煤灰的物理活性和化学活性是导致试验组氯离子扩散系数比基准组小的主要原因。 但由于相同质量的粉煤灰比水泥体积大30%左右,使得粉煤灰掺量较大时,水泥用量减少,水泥浆体的包裹作用降低,混凝土内部密实性降低,抵抗氯离子侵蚀的性能也降低,氯离子扩散系数开始增大。 从试验数据可以看出,当粉煤灰掺量为10%和20% 时,氯离子扩散系数随粉煤灰掺量的增加而降低,当粉煤灰掺量继续增加时,其氯离子扩散系数反而增大。

2.3 双掺花岗岩石粉与粉煤灰组

双掺组即花岗岩石粉与粉煤灰按质量1:1的双掺比例取代水泥,掺量分别为20%、30%和40%。 表4为双掺组试验结果, 图4为根据试验数据整理得到的不同掺量条件下双掺组混凝土试件氯离子扩散系数柱状图。

由表4和图4可以看出,当粉煤灰与细度为0~ 80μm的花岗岩石粉双掺时 , 对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响是粉煤灰占主导地位;当粉煤灰与细度为0~150μm的花岗岩石粉双掺时,对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响是花岗岩石粉占主导地位。 二组双掺量在未超过40%时,混凝土抗氯离子侵蚀性能均得到提高。

同质量的花岗岩石粉, 细度小的比表面积大, 有利于石粉与水泥浆体形成较大的接触面积,促进水泥的水化反应以及粉煤灰与水泥水化产物的二次水化反应,使粉煤灰对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响效应较早得以体现。 这是在花岗岩石粉细度不同,其他条件均相同时,造成氯离子扩散系数变化趋势的主要原因。

3 结论

(1)水工混凝土单掺花岗岩石粉或粉煤灰及双掺花岗岩石粉与粉煤灰,当掺量控制在一定范围内时,混凝土的氯离子扩散系数均有所降低,即抗氯离子侵蚀性能有所增强,并呈现出一定的规律性。

(2) 由于花岗岩石粉及粉煤灰的叠加效应 , 双掺花岗岩石粉及粉煤灰的水工混凝土抗氯离子侵蚀性能比单掺花岗岩石粉时的水工混凝土抗氯离子侵蚀性能有所提高,且双掺量在为30%和40%时效果更为明显。

(3) 试验证明 , 以花岗岩石粉和粉煤灰为掺合料的水工混凝土具有较好的抗氯离子侵蚀性能,试验结果可为花岗岩石粉及粉煤灰在水工混凝土领域的应用提供理论依据。

参考文献

[1]杨跃,袁杰,王晓博.粉煤灰高性能混凝土氯离子渗透性研究[J].低温建筑技术,2008(4):13-15.

[2]罗小勇,邹洪波,黄素辉.不同应力状态下混凝土抗氯离子侵蚀浸泡试验研究[J].工业建筑,2012(9):110-115.

[3]施惠生,王琼.掺复合胶凝材料混凝土的抗氯离子侵蚀性能[J].同济大学学报,2004,32(4):490-493.

[4]赵羽习,杜攀峰,金伟良.混凝土防腐涂料抗氯离子侵蚀性能试验研究[J].建筑科学与工程学报,2009,26(2):26-31.

[5]中华人民共和国水利部.SL 352-2006水工混凝土试验规程[S].北京:中国水利水电出版社,2006.

[6]王卫东.石粉对硅酸盐水泥固化氯离子的影响及机理研究[D].焦作:河南理工大学,2012.

[7]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社,1999:24-25.

氯离子侵蚀 第6篇

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composite,PVAFRCC)是基于微观物理力学原理优化设计 ,具有明显拉伸应变硬化特性[1], 在拉伸和剪切荷载下呈现高延展性的水泥基复合材料[2,3]。 与传统水泥基材料相比,PVA-FRCC具有较强的能量吸收能力, 抗拉强度和延性、抗裂性、抗冻性等[4,5,6]都有明显提高,其理论和工程应用工作已经大规模展开。

徐世烺等[7]的研究表明,掺PVA纤维的高韧性复合材料拉伸弹性模量约为18MPa,极限拉伸应变稳定达到3%以上, 并且该材料具有良好的裂缝宽度控制能力,在荷载达到峰值的情况下对应的裂缝宽度可以有效地控制在100μm以内, 有些甚至在50μm以内。 Li Yan等[8]通过PVA-FRCC单轴受压强度和变形特性试验, 基于实测应力-应变曲线的特点,提出了单轴受压本构方程。 赵铁军等[9]对高韧性聚乙烯醇-应变硬化水泥基复合材料多缝开裂后吸水特性进行了研究,结果表明:在无裂缝时吸水很少,多缝开裂后,通过中子成像能够清晰探测到水分沿80~140μm的裂缝迅速侵入材料内部, 并通过遭横向拉拔破坏的纤维与水泥基体界面而充满裂缝区;Care等[10]研究了温度对混凝土微观结构和氯离子渗透性能的影响。

以往PVA-FRCC的研究多集中于抗拉、抗压等力学性能的研究,对于濒海混凝土结构在氯盐环境下的耐久性研究较少,干湿交替和温度变化等耦合作用下PVA-FRCC抗氯盐侵蚀性鲜有报道。 因此, 本文研究了干湿循环、纤维掺量、温度梯度等多因素耦合作用下PVA-FRCC的氯离子侵蚀深度,并通过侵蚀深度对比分析了PVA-FRCC在多因素耦合作用下的抗氯盐侵蚀性能。

1试验概况

1.1试验材料及配合比

试验采用P·O 42.5R型普通硅酸盐水泥和鄂尔多斯生产的Ⅰ级粉煤灰,精选70~140目优质硅砂; 颗粒状粉末羟丙基甲基纤维素(HPMC)为增稠剂, 减水剂为3301E型改性聚羧酸盐混凝土高效减水剂;纤维是由日本Kuraray公司生产的K-Ⅱ型PVA纤维,表面经涂油处理,分散性好,纤维特性如表1所示。

试验用普通混凝土与各纤维掺量PVA-FRCC试件配合比如表2所示,其中PVA纤维掺量为2% 时,为保证拌合物具有足够的流动性,将水胶比提高至0.28。

1.2试件设计及试验方法

试件尺寸均为100mm×100mm×100mm立方体, 待测试件标养28d再在实验室放置2个月后取出, 预留一个面为工作面, 其余五个面做密封处理;在浓度为10%的Na Cl盐溶液中浸泡7d, 取出晾干1d,在烘箱恒温 (干循环温度 )干燥7d,此为一个干湿循环,以此往复。 每隔2个月更换一次氯化钠盐溶液,并用塑料薄膜密封,置于室温环境中。 深度测定时,沿工作面三等分点处将试件切为两半,较小块标记后用作氯离子侵蚀深度测定。

各个检期均通过染色法做深度测试,Wang,Xu等[11,12]曾用硝酸银-铬酸钾溶液染色法测定了氯离子对普通混凝土和掺丁苯胶乳混凝土的侵蚀深度, 经分析认为该方法是测定混凝土氯离子侵蚀深度简便易行且具有足够精度的一种方法。 如图1所示,沿垂直氯离子侵蚀深度方向做十等分点,采用尺规法测量各等分点处的侵蚀深度,其中最大侵蚀深度Dmax记取位置不受等分点限制。 氯离子最大侵蚀深度取三个被测试件的算数平均值,平均侵蚀深度取三个被测试件共27个测点的算数平均值。

2试验结果及评价

2.1干湿循环下普通混凝土和PVA-FRCC氯离子侵蚀深度

图2(a)、图2(b)分别表示干循环温度为40℃ 时普通混凝土与纤维掺量为0、0.5%、1%、1.5%、2% 的PVA-FRCC试件氯离子最大侵蚀深度Dmax和平均侵蚀深度Davg随干湿循环次数变化的曲线, 由图发现,干湿循环对氯盐环境下普通混凝土与各纤维掺量的PVA-FRCC试件氯离子侵蚀深度变化趋势的影响基本一致, 都是随着干湿循环次数的增加, 侵蚀深度不断增大,并表现出前期增长速度较快而后期增长较缓慢的特点。

注:Vf为 PVA 纤维的体积分数。

经18次干湿循环后, 普通混凝土氯离子最大侵蚀深度Dmax为28.16mm, 是同条件下纤维掺量为0 ~2% PVA -FRCC的1.26、1.32、1.38、1.70、1.96倍 , 随纤维掺量从0~2% 增加,PVA-FRCC氯离子最大侵蚀深度总体呈下降趋势;各纤维掺量PVA-FRCC氯离子平均侵蚀深度Davg明显比普通混凝土的小, 经18次干湿循环后, 普通混凝土氯离子平均侵蚀深度Davg为21.88mm,是同条件下纤维掺量为0~2% PVA-FRCC的2.87、2.81、3.02、3.09、2.99倍 ;纤维掺量为1.5%的PVA-FRCC在经历18次干湿循环后氯离子平均侵蚀深度最小,为7.08mm,平均侵蚀深度最大的是纤维掺量为0.5%的PVA-FRCC,但也仅为7.80mm, 干湿循环下各纤维掺量PVA-FRCC氯离子平均侵蚀深度差别不大,在0.1mm级。

随干湿循环的进行,普通混凝土氯离子侵蚀深度沿侵蚀面均匀推进, 速度较快;PVA-FRCC氯离子侵蚀速度较慢,且侵蚀深度沿侵蚀面形成一个或多个峰值点。 PVA-FRCC氯离子侵蚀深度和侵蚀速度均比普通混凝土的小,表现出较好的抗氯盐侵蚀性能, 且随着纤维掺量从0~2%增加,Dmax呈降低趋势,减慢了混凝土结构的腐蚀进程,抗氯盐侵蚀能力得到提高。

2.2温度梯度对PVA-FRCC氯离子侵蚀深度的影响

温度梯度下, 纤维掺量为1%和2%的PVAFRCC氯离子侵蚀深度随干湿循环次数变化的规律如图3所示。

干循环温度分别为20℃、40℃、60℃时,经18次干湿循环后, 纤维掺量为1%的PVA-FRCC氯离子最大侵 蚀深度Dmax依次为 :9.01mm、20.36mm、 27.58mm, 平均侵蚀 深度Davg依次为 :8.91mm、 7.25mm、16.77mm,纤维掺量为2%的PVA-FRCC氯离子最 大侵蚀深 度Dmax依次为 :11.68mm、 14.38mm、26.34mm, 平均侵蚀 深度Davg依次为 : 5.21mm、7.31mm、14.27mm。

如图4所示,随着干湿循环时干循环温度的提高,PVA-FRCC氯离子侵蚀深度增大, 速度也在加快,干循环温度的提高,促进了氯离子向PVA-FRCC更深处迁移,加剧了PVA-FRCC氯盐腐蚀程度 。 温度梯度下, 纤维掺量为2%的PVA-FRCC氯离子侵蚀深度和侵蚀速度总体较1%的小, 表现出更好的抗氯盐侵蚀能力。

3机理分析

本文从水泥基材内部孔隙结构和微裂缝两个主要方面考察了干湿循环、纤维掺量和温度梯度对氯离子侵入混凝土深度的影响。

3.1PVA-FRCC与普通混凝土氯离子侵蚀深度对比分析

试验结果表明:各纤维掺量的PVA-FRCC氯离子侵蚀深度(Dmax和Davg)均比普通混凝土的小 ,普通混凝土抗渗性低的主要原因在于其内部本身存在许多毛细孔道和微裂缝等缺陷,为溶液提供了输运通道。

当混凝土尚处于塑性状态时,就极易产生微细裂缝,在硬化过程中则因失水干缩而导致微细裂缝的扩大和新裂缝的产生,以至最终形成贯通的毛细孔道及裂缝,使抗渗透性降低;纤维与水泥基材之间有效的桥接作用可分担基体内部复杂的收缩等应力, 进而可以有效抑制干缩裂缝的产生和发展, 使PVA-FRCC具有良好的抗干缩和抗裂性能[13];在限制干燥收缩的条件下,PVA-FRCC的裂缝宽度很小,在微米级;有研究表明:宽度小于100μm的裂缝对水泥基材料的渗透性影响很小[14,15], 小于50μm时,对渗透性几乎无影响[16]。 纤维加入水泥基材中可以减少溶液向基材内部输运的裂缝通道, 使PVAFRCC抗渗性能较之基材有显著提高。

对比普通混凝土,PVA-FRCC固相组成均匀密实,细骨料粒级在0.1~0.2mm,内部孔隙气泡小且封闭;纤维均匀分散在水泥基体中形成三维空间网状承托体系, 在一定程度上支撑集料并阻止集料沉降,可有效减少材料的内部分层和空腔,较好地控制了混凝土表面泌水,降低了因失水造成的缩水张力和孔隙率,提高了水泥基材的密实性;纤维还可以有效阻断毛细管孔道的连通, 减小毛细管张力, 使混凝土基体的水分迁移困难;同时,因PVA-FRCC具有良好的裂缝控制能力 , 使氯离子较难侵入基体更深处的裂缝且不被更深处裂缝附近的毛细孔吸收,从而使PVA-FRCC的抗渗性得以提高。

3.2干湿循环下氯离子侵入混凝土机理及深度峰值分析

干湿循环条件下混凝土中的氯离子传输,是水分传输与氯离子传输的耦合作用[17]。 混凝土被氯盐溶液润湿阶段,毛细孔作用和浓度势能作用等促使盐溶液侵入混凝土内部,在干燥阶段,混凝土内部水分通过孔隙向外迁移蒸发,孔溶液氯离子浓度升高,浓度梯度促使氯离子向混凝土内部迁移。 随着干湿循环的进行,氯离子在混凝土表层某深度处形成浓度峰值,如此循环往复,累积到一定程度后,可能会突破由纤维体局部分散不均匀或与基体粘结不良导致的薄弱界面向基体更深处侵蚀形成峰值点,使结构更快地遭到侵蚀而丧失耐久性。

3.3温度梯度对氯离子侵入混凝土深度的分析

根据Feldman-Sereda混凝土微观结构模型可知,毛细孔水、物理吸附水和层间水都会随着湿度变化参与传输。 在干燥阶段,混凝土内部相对湿度降低,逐渐失去毛细孔水和物理吸附水;试验用掺粉煤灰的PVA-FRCC水化时能产生较多的C-S-H凝胶,层间水以单分子水膜的形式存在于C-S-H凝胶中,与水泥基固相表面接触紧密,曲折的毛细孔传输水分需要更强的驱动力, 只有在强干燥条件下, 层间水才会克服与C-S-H氢键的连接而失去; 同时,C-S-H凝胶会吸附一部分氯盐于其中, 堵塞溶液输运通道。

随着干循环温度以20℃、40℃、60℃的梯度升高,干燥加剧,毛细孔水和物理吸附水失去得更加彻底, 而且强干燥的驱动力促使层间水不断失去, 足够的温度势能也会使被凝胶吸附的氯盐向内部迁移,疏通了溶液输运通道。 由于干循环温度的升高使混凝土内部的水分失去更多,温度势能的增加也促进了溶液的运输,使在润湿阶段,盐溶液会更多更快地通过毛细作用和浓度势能作用等进入混凝土内部,混凝土表层氯离子浓度积累更快,氯离子侵蚀深度增加更快,温度梯度加剧了氯盐对混凝土的侵蚀。

此外,随着干循环温度的升高,混凝土内部因温度产生的应力不断增大,各种应力总和大于材料的抗拉强度时,材料就会开裂产生微裂纹,为氯离子侵入混凝土提供有利通道,使氯离子更快更深地侵入到混凝土内部,加剧混凝土的腐蚀程度。

4结论

(1)纤维掺量为0、0.5%、1%、1.5%、2%的PVAFRCC与普通混凝土在干湿循环下氯离子最大侵蚀深度Dmax与平均侵蚀深度Davg均随干湿循环次数增加而增大,前期侵蚀深度的增加较快,后期增加缓慢。

(2) 纤维掺量从0~2% 增加时 , 氯离子侵蚀深度总体上呈现降低趋势, 且各纤维掺量的PVAFRCC均表现出优于普通混凝土的抗氯离子侵蚀性。

(3)20℃、40℃、60℃的干循环温度梯度对干湿循环下PVA-FRCC氯离子侵蚀深度影响规律表现为: 随着温度的升高,氯离子最大侵蚀深度与平均侵蚀深度都在增加。

(4)温度梯度下 ,纤维掺量为1%的PVA-FRCC最大侵蚀深度与平均侵蚀深度基本都比纤维掺量为2%的大, 纤维掺量为2%的PVA-FRCC表现出较好的抗氯离子侵蚀性,具有较好的抗氯盐侵蚀能力。

摘要：通过聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composite,PVAFRCC)和普通混凝土在干湿交替条件下的氯盐侵蚀试验,研究了干湿循环次数、纤维体积掺量、温度梯度对PVAFRCC氯离子侵蚀深度的影响,并从水泥基内部孔隙结构和微裂缝两个主要方面进行了机理分析。结果表明,随干湿循环次数的增加,PVA-FRCC与普通混凝土氯离子侵蚀深度均在增大,且PVA-FRCC氯离子侵蚀深度和侵蚀速度均比普通混凝土的低,随着纤维掺量从0~2%增加,PVA-FRCC氯离子侵蚀深度总体呈降低趋势;随着干循环温度以20℃、40℃、60℃的梯度升高,PVA-FRCC氯离子侵蚀深度增大,纤维掺量为2%的PVA-FRCC表现出较好的抗氯盐侵蚀能力。

氯离子侵蚀 第7篇

从混凝土本体出发, 混凝土的渗透性与其密实度及孔隙特征密切相关。由于降低水灰比和掺加高效减水剂的办法对提高混凝土抗氯离子渗透性能的作用有限, 而矿物掺合料可以有效地细化混凝土孔隙结构、改善界面区和增加混凝土密实度, 大幅度地改善混凝土的抗氯离子渗透性能, 是目前提高混凝土抗氯离子侵蚀性能的有效措施之一[2]。

另外, 氯环境中应用表面涂层简单易行, 成本低廉, 并且能够有效阻隔氯离子的渗入, 还可明显减少氧气、水分、二氧化碳等有害介质渗入混凝土中, 从而降低钢筋的腐蚀速度。近年来混凝土表面涂层材料如环氧涂层、有机硅和聚合物水泥防水涂料等在重大防腐蚀工程得到广泛应用。

本文采用ASTM C1202-97的电通量法, 试验研究了不同掺量矿物掺合料、表面刷涂聚合物水泥防水涂料以及两种方法结合对混凝土抗氯离子渗透性能的影响, 并对矿物掺合料改善混凝土抗氯离子渗透性能的作用机理作了深入的分析。

1 试验

1.1 试验材料

⑴矿物掺合料

(1) 粉煤灰 (FA) :Ⅰ级粉煤灰, 勃氏比表面积440m2/kg;

(2) 矿渣 (SLG) :宝田S95矿渣, 勃氏比表面积500m2/kg;

(3) 硅灰 (SF) :挪威硅灰, 用BET法测得的比表面积达23000m2/kg。

三种矿物掺合料的化学成分见表1。

⑵聚合物水泥防水涂料 (JS) :聚合物水泥 (JS) 复合防水涂料是由液体组分和固体组分组成的双组分水乳型防水涂料, 其中液体组分主要是丙烯酸酯乳液 (PAM) , 采用上海三瑞企业的Vivid-402丙烯酸弹性聚合物乳液, 并添加有各种助剂, 固体组分则是无机粉料, 水泥是其主要成分。配方表见表2。

⑶水泥 (C) :安徽宁国水泥厂生产的海螺牌P·O42.5普通硅酸盐水泥, 勃氏比表面积350m2/kg。

水泥的主要物理化学性能见表3。

⑷砂:河砂, 细度模数为2.7的中砂, 密度为2.65g/cm3, 含泥量为1.5%。

⑸粗骨料:选用质地坚硬、表面粗糙、级配良好的碎石, 粒径为5～25mm, 含泥量<0.2%, 表观密度为2.7g/cm3。

⑹外加剂:上海三瑞企业生产的Vivid-500聚羧酸盐高效减水剂, 减水率大于25%。

⑺水:自来水。

1.2 试验方案

试验采用固定原拌混凝土的砂率Sp=40%、水胶比0.4, 通过调整减水剂的掺量控制混凝土的塌落度, 对比试验研究单掺粉煤灰、矿渣掺量分别为20%、40%和60%或硅粉掺量分别为5%、10%和15%对混凝土抗氯离子渗透性能的影响。另外, 取空白混凝土及粉煤灰掺量为40%的混凝土在表面涂聚合物水泥防水涂料, 对比试验研究聚合物水泥防水涂料及与粉煤灰共同作用对混凝土抗氯离子渗透性能的影响。混凝土的配合比设计见表4。

1.3 试验方法

⑴试块制备及养护方法。用强制式搅拌机搅拌, 混凝土试块尺寸为Ф100×50mm, 标准养护至规定龄期, 用于涂聚合物水泥防水涂料的试块为21天, 其余均为28天。

⑵聚合物水泥防水涂料涂层方法。在涂防水涂料之前, 要对试件表面进行修补和处理。清理试件表面后要保证试件表面无明水即可进行涂覆。乳液和粉料按1:2的质量比混合, 混合均匀后, 分多次涂于试件成型面, 使得涂膜的厚度为1～2mm。涂覆防水涂料后, 在标准条件下继续养护至28天, 用于渗透性试验。

⑶混凝土抗氯离子渗透性能测试方法。采用ASTM C1202-97[3], 即直流电通量法, 根据电通量的大小, 判断混凝土的抗氯离子渗透能力。

2 试验结果及分析

2.1 矿物掺合料对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

⑴粉煤灰:单掺粉煤灰, 掺量分别为20%、40%和60%的混凝土6小时电通量的试验结果见图1。

由图中的试验结果可知, 空白混凝土试件的6小时电通量为2291C, 分别掺入20%、40%和60%粉煤灰的混凝土的6小时电通量分别为2012C、1324C和1241C。这充分说明了粉煤灰可大幅度提高混凝土的抗氯离子渗透能力, 而粉煤灰掺量对混凝土的抗氯离子渗透性能有较大的影响, 随着粉煤灰掺量的增大, 混凝土的氯离子渗透性能逐渐提高。对比空白试样, 掺量为20%时, 混凝土电通量降低幅度仅为12%、渗透等级仍为“中”;掺量增加到40%时, 电通量值大幅度下降至空白试样的58%, 混凝土的氯离子渗透等级也从“中”降为“低”;继续增大掺量到60%, 电通量值变化不大, 减小为空白试样的54%, 混凝土的氯离子渗透等级仍为“低”。故就提高混凝土的抗渗性而言, 40%应为粉煤灰的最优掺量。

⑵矿渣:单掺矿渣, 掺量分别为20%、40%和60%的混凝土6小时电通量的试验结果见图2。

由图中的试验结果可知, 分别掺入20%、40%和60%矿渣的混凝土的6小时电通量为1306C、868C和673C。这充分说明矿渣可大幅度提高混凝土的抗氯离子渗透能力, 且随着矿渣掺量的增大, 混凝土的抗氯离子渗透性能逐渐提高。当矿渣掺量分别为20%、40%和60%时, 混凝土的电通量值依次下降至空白试样的57%、38%和29%, 渗透等级也降为“低”、“极低”和“极低”。

⑶硅灰:单掺硅灰, 掺量分别为5%、10%和15%的混凝土6小时电通量的试验结果见图3。

由图中试验结果可知, 分别掺入5%、10%和15%硅粉的混凝土6小时电通量为527C、409C和259C。这充分说明了硅粉对混凝土的抗氯离子渗透能力的巨大改善作用, 同时硅灰掺量对混凝土的抗氯离子渗透性能也有一定的影响, 随着硅灰掺量的增大, 混凝土的氯离子渗透性能逐渐提高, 但提高的幅度不大。当矿渣掺量分别为5%、10%和15%时, 混凝土的电通量值下降至空白试样的23%、18%和11%, 渗透等级均降为“极低”。

⑷三种矿物掺合料对混凝土的氯离子渗透性能的改善效果对比。

三种矿物掺合料对混凝土6h电通量值影响的试验结果见图4。

由试验结果可知, 在适当掺量范围内按其改善混凝土渗透性能的作用大小排序为:硅粉>矿粉>粉煤灰。粉煤灰掺量增大到40%以上时, 可使混凝土的氯离子渗透等级降为“低”;矿渣掺量增大到40%以上时, 可使混凝土的氯离子渗透等级降为“极低”;而硅粉掺量在5%、10%和15%时, 混凝土的渗透等级均为“极低”。

2.2 聚合物水泥防水涂料对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

表层刷涂聚合物水泥防水涂料对混凝土电通量影响的试验结果见图5。

由试验结果可知, 表面刷涂聚合物水泥防水涂料混凝土试件的6h电通量为685C, 相比空白混凝土试件的6h电通量为2291C, 聚合物水泥防水涂料可使混凝土的电通量降至30%, 渗透等级降至“极低”。

综上所述, 在混凝土表层刷涂聚合物水泥防水涂料, 可大大提高其抗氯离子渗透能力, 是改善混凝土抗氯离子渗透性能的有效方法之一。

2.3 矿物掺合料和聚合物水泥防水涂料共同作用对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

试验选取掺量为40%粉煤灰的混凝土作为矿物掺合料的代表, 在其表面刷涂聚合物水泥防水涂料, 研究两者共同作用对混凝土电通量的影响, 试验结果见图6。

由试验结果可知, 掺加粉煤灰和表面刷涂聚合物水泥防水涂料后混凝土的电通量为372C, 相比空白混凝土的电通量为2291C, 两者共同作用的混凝土电通量降至空白混凝土的16%, 渗透等级降为“极低”;且两者共同作用的混凝土电通量远低于单掺40%粉煤灰混凝土 (1324C) 或单独刷涂聚合物水泥防水涂料混凝土 (685C) 。

综上所述, 采取掺加粉煤灰和表面刷涂聚合物水泥防水涂料两者结合的方式可使混凝土的抗氯离子渗透性能大大提高, 且优于单一方式。

2.4 矿物掺合料改善混凝土抗氯离子渗透性能的作用机理分析

混凝土中氯离子的渗透性能由两个基本因素决定, 一是混凝土对Cl-渗透的扩散阻碍能力;二是混凝土对Cl-的物理或化学结合能力, 即固化能力。

混凝土对Cl-渗透的扩散阻碍能力主要受制于混凝土的孔隙率及孔径分布。有关研究表明[4], 水化产物Ca (OH) 2由于晶体粗大、稳定性极差、很容易遭到氯盐等侵蚀介质腐蚀, 是影响混凝土耐久性的重要因素。粉煤灰、矿渣和硅粉等矿物掺合料的火山灰效应, 使Ca (OH) 2的生成数量减少, 并改善其在水泥石-集料界面过渡区上的富集与定向排列, 从而优化了界面结构, 同时生成了数量更多的具有更高强度、更高稳定性的低碱度水化硅酸钙凝胶。水化产物的改善以及矿物掺合料的填充效应使水泥石和界面结构更加致密, 大大降低了混凝土的孔隙率, 减少了孔径尺寸, 阻断了渗透通路“贯通孔 (水泥石中的贯通孔、集料中的贯通孔、水泥石和集料界面的贯通孔是Cl-渗透的三个主要途径) ”的形成, 从而提高了混凝土对Cl-渗透的扩散阻碍能力。

Cl-在混凝土中以三种方式存在:化学结合 (Cl-和C3A生成Friedel盐[5]) ;物理吸附 (Cl-被C-S-H凝胶所吸附) ;游离形式。混凝土对氯离子的固化能力既影响渗透速率, 又影响水中自由Cl-离子的结合速率。由于矿物掺合料本身较强的初始固化能力和二次水化反应产物的物理化学吸附固化作用, 混凝土对氯离子的固化能力得到较大的提高, 从而降低了Cl-在混凝土中的渗透速度, 提高了混凝土的抗氯离子渗透能力。

3 结论

⑴单掺矿物掺合料 (粉煤灰、矿粉、硅灰) 可以显著地提高混凝土的抗氯离子的渗透能力, 渗透等级可由“中”降至“低”或“极低”, 改善效果随着掺量的增加而增加, 改善能力为硅灰>矿渣>粉煤灰。

⑵聚合物水泥防水涂料对提高混凝土的抗氯离子渗透性能有显著的作用。

⑶矿物掺合料与聚合物水泥防水涂料复合作用, 对混凝土的抗氯离子渗透性能的提高效果更明显。

⑷对矿物掺合料改善混凝土的氯离子渗透性能的作用机理分析表明:矿物掺合料从两方面改善了混凝土的抗氯离子渗透性能。一方面矿物掺合料的火山灰效应, 使水化产物Ca (OH) 2的数量减少、低碱度的C-S-H凝胶增加, 及其填充效应共同作用, 改善了水泥石及集料之间的界面结构, 降低了混凝土的孔隙率, 减少了孔径尺寸, 提高了混凝土对Cl-的扩散阻碍能力;另一方面矿物掺合料本身较强的初始固化能力和二次水化反应产物的物理化学吸附固化作用, 混凝土对氯离子的固化能力得到较大的提高。

参考文献

[1]冯乃谦.高性能混凝土[M].北京:中国建筑工业出版社, 1996.

[2]吴中伟, 廉慧珍.高性能混凝土[M].中国铁道出版社, 1999年9月第一版.

[3]ASTM C1202-97, Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration[S].

[4]马保国, 亓萌, 李宗津.香港粉煤灰特征与沿海工程耐久性[J].建筑材料学报, 1999, 2 (1) :26-28.