[摘要]:含氯化鈣與亞硝酸鈣混凝土中通過加速試驗肉眼觀察確定了腐蝕等級，并結(jié)合電極電位、腐蝕面積率和失重率等確定了抑制鋼筋腐蝕所需臨界摩爾濃度NO2―/Cl―比。實驗結(jié)果表明，隨著氯離子含量的增加，抑制鋼筋腐蝕所需臨界摩爾濃度越高。在氯離子含量小于4kg/m3范圍內(nèi)，NO2―/Cl―摩爾比大于1.2時完全抑制混凝土中鋼筋腐蝕。
關(guān)鍵詞：鋼筋腐蝕；亞硝酸鹽；阻銹效果；臨界摩爾濃度
1 前言
鋼筋銹蝕引起的結(jié)構(gòu)物破壞，是我國乃至世界各國土木工程領(lǐng)域普遍關(guān)注的熱點問題。它的危害主要有以下三個方面：一是降低結(jié)構(gòu)的承載能力，減小安全儲備；二是降低結(jié)構(gòu)的剛度，增大變形，甚至使混凝土保護層剝落，影響正常使用；三是降低結(jié)構(gòu)的延性，甚至改變其破壞形態(tài)，從而導致結(jié)構(gòu)的失效后果更加嚴重[1]。引起鋼筋腐蝕的因素雖然是多方面的，但就大量鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞的事例表明 ，主要源于氯離子。近年來由于二氧化碳濃度的劇增，劣質(zhì)混凝土的加速碳化也是導致鋼筋腐蝕的重要原因。欲提高鋼筋混凝土的耐久性壽命，還需要解決鋼筋的再鈍化問題，而解決再鈍化問題最簡便和有效的方法是使用阻銹劑。鋼筋阻銹劑能起到兩方面的作用：一方面推遲了鋼筋開始生銹的時間；另一方面減緩了鋼筋腐蝕發(fā)展的速度[2-4]。J.A.Gonzalez等通過對市場上暢銷的磷酸鹽、鉻鹽、胺與鏈烯胺、硼酸鹽、鉬酸鹽、氧化鋅、葡萄糖酸鹽、烏洛托品、間苯二酚、間苯三酚、亞硝酸鹽等阻銹劑用于鋼筋混凝土中測定腐蝕程度后認為亞硝酸鹽類阻銹劑效果最為明顯[5]。
本文通過高溫高濕和低溫低濕循環(huán)的方法加速含亞硝酸鈣和氯化鈣混凝土中鋼筋腐蝕，通過肉眼觀察結(jié)合電極電位、腐蝕面積率及失重率，探討亞硝酸鹽抑制氯鹽引起的鋼筋腐蝕效果。
2 試驗概述
2.1 原材料及試件
水泥采用42.5普通硅酸鹽水泥；河砂，細度模數(shù)2.7；碎石，最大粒徑20mm；混凝土配合比如表1所示，試劑氯化鈣和亞硝酸鈣，摻量如表2。所使用的鋼筋為長390mm，直徑13mm的光圓鋼筋。埋入混凝土前用砂紙除去鋼筋表面的鈍化膜，用丙酮處理后固定在尺寸為100×100×400mm的試模內(nèi)，試模兩端裝有固定鋼筋的塑料模，經(jīng)澆注混合料，脫模后成為如圖1所示長方體試件，試件的兩端部用環(huán)氧樹脂涂抹以防止端部產(chǎn)生腐蝕。
2.2 試件的養(yǎng)護
混凝土試件成型后1天脫模， 用薄的塑料薄膜包裹表面并在標準條件下養(yǎng)護至28天后放入溫濕箱進行如圖2的加速養(yǎng)護30次。
2.3 試驗方法
經(jīng)過30次干濕循環(huán)后的混凝土試件，劈裂后取出鋼筋，通過肉眼觀察， 結(jié)合自然電極電位、腐蝕面積率及失重率探討亞硝酸鹽抑制氯鹽引起的鋼筋腐蝕效果。肉眼觀察的評價標準如表3，自然電極電位的測定根據(jù)ASTMC876—91進行，腐蝕面積率和失重率參照JCI—SC1進行。
3 試驗結(jié)果與分析
3.1 鋼筋腐蝕等級的評價
混凝土中含有氯離子含量1～4Kg/m3時，NO2―/Cl―摩爾比為0、0.4、0.8、1.2的含鋼筋混凝土試件經(jīng)過30次干濕循環(huán)后，劈裂混凝土試件取出的鋼筋表面腐蝕等級的結(jié)果分別如圖3～圖6 所示。從圖中可以看出，氯離子含量一定時，隨著NO2―/Cl―摩爾比增加抑制鋼筋腐蝕效果越明顯；
同樣在NO2―/Cl―摩爾比一定時隨著氯離子含量增
加，抑制鋼筋腐蝕效果越差。當NO2―/Cl―摩爾比為1.2時，不管氯離子含量多少，鋼筋表面幾乎未產(chǎn)生鋼筋腐蝕，甚至氯離子含量為1Kg/m3時的鋼筋表面鈍化膜，比原來處理之前的鋼筋表面鈍化膜還清晰可見，說明亞硝酸根的抑制鋼筋腐蝕效果一直到干濕循環(huán)30次時很明顯。NO2―/Cl―摩爾比為0的鋼筋，不管氯離子含量大小，其內(nèi)部的鋼筋均產(chǎn)生了斷面減少的坑蝕。摩爾比為0.4的混凝土中鋼筋，當氯離子含量大于3 Kg/m3時表面也產(chǎn)生了坑蝕。同時有些鋼筋，摩爾比為0與0.4的各部分腐蝕程度不一樣，這可能是由于混凝土中含有較多量的氯離子產(chǎn)生宏電池腐蝕引起的。從而可以看出當NO2―/Cl―摩爾比小于0.4時混凝土中鋼筋難以完全抑制坑蝕，反而由于亞硝酸根含量較低時會產(chǎn)生負作用，加速坑腐蝕。當NO2―/Cl―摩爾比為0.8時較小的氯離子含量范圍內(nèi)未產(chǎn)生坑蝕，只有均勻腐蝕，而隨著氯離子含量的增加腐蝕程度增加，即從氯離子含量為1Kg/m3時未被腐蝕，而4Kg/m3時較多腐蝕生成物存在。說明隨著氯離子含量的增加抑制鋼筋腐蝕所需臨界NO2―/Cl―摩爾比越大[6]。
3.2 鋼筋腐蝕程度的評價
圖7和圖8分別為經(jīng)過30次干濕循環(huán)以后電極電位和腐蝕面積率的測定結(jié)果， 從圖中同樣可以看出，氯離子在混凝土中含量小于3kg/m3時，抑制鋼筋腐蝕的NO2―/Cl―摩爾比隨氯離子含量逐漸增加；當氯離子含量大于3 kg/m3時，等高線圖的界面曲線幾乎平行于橫坐標意味著氯離子濃度增加時抑制鋼筋腐蝕的NO2―/Cl―摩爾比變化不大。氯離子含量4kg/m3的混凝土，當抑制鋼筋腐蝕的NO2―/Cl―摩爾比分別大于0.5和1.1時，鋼筋腐蝕的自然電位分別超過ASTMC876的界線-350mv和-200mv,200mv，小到67%和18%，說明NO2―/Cl―摩爾比越大，抑制鋼筋腐蝕的效果越好，但即便自然電位大于-200mv也會使鋼筋表面產(chǎn)生微小腐蝕，因此鋼筋腐蝕的評價指標顯得非常重要。失重率的測定結(jié)果卻表現(xiàn)出與自然電位、腐蝕面積率有所不同，如圖9所示。對照腐蝕面積率可以看出，氯離子含量較大時在鋼筋表面可能產(chǎn)生了坑蝕，從劈裂試件以后鋼筋的肉眼觀察中也證明了這一點。當NO2―/Cl―摩爾比為0.5時，含氯離子4 kg/m3的混凝土中鋼筋的失重率從未摻亞硝酸鹽的7.8%降為2.4%，說明亞硝酸鹽雖有明顯的抑制腐蝕的效果但不足以完全抑制鋼筋的腐蝕；而當NO2―/Cl―摩爾比為1.2時，含氯離子4 kg/m3的混凝土中鋼筋的失重率只有0.1%，幾乎完全抑制了鋼筋腐蝕。圖10為失重率/腐蝕面積率之比隨氯離子含量變化曲線。失重率/腐蝕表面率之比表示坑蝕大小。圖6中可以看出，氯離子含量越多，NO2―/Cl―摩爾比越小，產(chǎn)生坑腐蝕的可能性越大。 此時相對應(yīng)的腐蝕面積率分別從未摻亞硝酸鹽時的100%減
4 結(jié)論
1.亞硝酸鹽對氯離子引起的鋼筋腐蝕具有明顯的抑制作用，NO2―/Cl―摩爾比越大，抑制鋼筋腐蝕效果越好。
2.NO2―/Cl―摩爾比為小于0.4時抑制鋼筋腐蝕的效果不明顯，有時導致宏電池腐蝕；而當摩爾比為0.8時基本上消除了坑蝕，但是不足以完全抑制鋼筋腐蝕。
3.當混凝土中氯離子含量小于3kg/m3時鋼筋表面產(chǎn)生的腐蝕主要表現(xiàn)為均勻腐蝕，而氯離子含量超過3kg/m3時鋼筋表面易產(chǎn)生坑腐蝕。
4.當混凝土中氯離子含量不大于4kg/m3時，完全抑制鋼筋腐蝕所需NO2―/Cl―摩爾比約為1.2。
5.采用的腐蝕程度評價指標不同，臨界NO2―/Cl―摩爾比會有一些差別，因此確定臨界摩爾比要綜合考慮各項指標。
