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。 材料（千克/立方米）粘合剂组合物 w/b 比 混合标签 100 % PC50/50 PC/GGBS70/30 PC/FA 0.400.400.550.400.55 PC-40 500 - - 529 960 200 bc 2.1 (0.4) 120 58.2 (3.0) SL-40SL-55FA-40FA-55 Portland cement, PC (CEM I 42.5 N) Ground granulated blastfurnace slag (GGBS) Fly ash (FA) Fine aggregate: Klipheuwel sand (2 mm max.) Coarse aggregate: Granite (13 mm max.) Water a Superplasticizer (SP) Slump (mm) 28-day compressive strength (MPa) d 231 231 - 749 1040 185 1.8 (0.4) 105 168 168 - 855 1040 185 0.3 (0.1) 150 35.3 (0.9) 324 - 139 749 1040 185 0.4 (0.1) 85 50.7 (0.9) 236 - 101 855 1040 185 - 200 48.1 (2.0)28.6 (1.9) 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 用的目前考虑到相应的 28 天测电阻的（水）混凝土。IC 被限制到小于 2 安培， 以确保氯化物达到钢和 MInimize 钢的质量损失，如果任何。需要注意的是，所 施