中国腐蚀与防护学报, 2019, 39(2): 152-159 DOI: 10.11902/1005.4537.2018.040

研究报告

阻锈剂的掺入方式对全珊瑚海水混凝土中钢筋锈蚀的影响

达波, 余红发,, 麻海燕, 吴彰钰

南京航空航天大学土木工程系 南京 210016

Influence of Inhibitors on Reinforced Bar Corrosion of Coral Aggregate Seawater Concrete

DA Bo, YU Hongfa,, MA Haiyan, WU Zhangyu

Department of Civil Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China

通讯作者: 余红发,E-mail:yuhongfa@nuaa.edu.cn,研究方向为海洋混凝土耐久性

收稿日期: 2018-04-01   修回日期: 2018-06-21   网络出版日期: 2019-05-06

基金资助: 国家自然科学基金.  51508272
国家自然科学基金.  51678304
国家自然科学基金.  51878350
国家自然科学基金.  11832013
江苏省自然科学基金.  BK20180433
中国博士后科学基金.  2018M630558

Corresponding authors: YU Hongfa, E-mail:yuhongfa@nuaa.edu.cn

Received: 2018-04-01   Revised: 2018-06-21   Online: 2019-05-06

Fund supported: National Natural Science Foundation of China.  51508272
National Natural Science Foundation of China.  51678304
National Natural Science Foundation of China.  51878350
National Natural Science Foundation of China.  11832013
Natural Science Foundation of Jiangsu Province.  BK20180433
China Postdoctoral Science Foundation.  2018M630558

作者简介 About authors

第一达波,男,1988年生,博士

摘要

采用线性极化电阻法 (LPR) 和电化学阻抗谱法 (EIS),系统研究了暴露时间、阻锈剂种类及掺入方式对全珊瑚海水混凝土 (CASC) 中钢筋腐蚀的影响。结果表明:随着暴露时间的延长,不掺及同掺阻锈剂的普通钢筋自腐蚀电位 (Ecorr)、极化电阻 (Rp) 和电荷转移电阻 (Rct) 均逐渐降低;而暴露90 d后,预吸阻锈剂的普通钢筋EcorrRpRct均有增长的趋势,说明以预吸掺入的阻锈剂,不断地由珊瑚骨料向外释放,使得混凝土中有效的阻锈成分不断补充,一定程度上增大了Cl-通过混凝土传到钢筋表面的阻力,延缓了钢筋的锈蚀。此外,无论是掺入亚硝酸钙阻锈剂 (CN) 还是氨基醇类阻锈剂 (AA),对普通钢筋抵抗锈蚀的能力均有不同程度的提高,且随着暴露时间的延长,CN阻锈效果的衰减速率高于AA的。因此,对于海洋岛礁工程中的CASC结构,建议以预吸的方式掺入AA,有利于减弱钢筋对Cl-腐蚀的敏感性,提高CASC抗Cl-扩散渗透能力,从而延缓钢筋开始腐蚀时间,降低锈蚀的速率,达到延长CASC结构服役寿命的目的。

关键词: 全珊瑚海水混凝土 ; 钢筋锈蚀 ; 线性极化电阻法 ; 电化学阻抗谱法 ; 阻锈剂 ; 掺入方式

Abstract

The effect of inhibitors on corrosion behavior of reinforced bar in coral aggregate seawater concrete (CASC) in artificial sea water was studied by means of linear polarization resistance method (LPR) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Two inhibitors, calcium nitrite rust inhibitor (CN) and amino-alcohol rust inhibitor (AA) are concerned, while two ways are adopted for mixing inhibitor into the concrete, namely, the inhibitor was directly dissolved into the seawater (ordinary way) and absorbed onto the coral aggregate (pre-absorbed way). The results show that for CASC concretes without and with inhibitor added via ordinary way, Ecorr, Rp and Rct decreased with the extension of the exposure time, but for those with the pre-absorbed inhibitor, Ecorr, Rp and Rct has a grown trend when exposure for 90 d, demonstrating that the pre-absorbed inhibitor onto the aggregate would gradually and continuously be released into the concrete to increase its barrier effect to the migration of harmful Cl-, therewith to alleviate the corrosion of the reinforced bar. Besides, the addition of CN or AA could enhance the corrosion resistance of the reinforcement bar, however the degradation rate of anticorrosion effectiveness of CN was higher than that of AA. Therefore, for marine engineering structures made of CASC on islands and reefs, it was suggested to adopt the pre-absorbed AA, which could prolong the time for the corrosion initiation of reinforced bar, reduce the corrosion rate and prolong the service life of the CASC structures.

Keywords: coral aggregate seawater concrete ; reinforced bar corrosion ; linear polarization resistance method ; electrochemical impedance spectroscopy method ; inhibitor ; adding mode

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本文引用格式

达波, 余红发, 麻海燕, 吴彰钰. 阻锈剂的掺入方式对全珊瑚海水混凝土中钢筋锈蚀的影响. 中国腐蚀与防护学报[J], 2019, 39(2): 152-159 DOI:10.11902/1005.4537.2018.040

DA Bo, YU Hongfa, MA Haiyan, WU Zhangyu. Influence of Inhibitors on Reinforced Bar Corrosion of Coral Aggregate Seawater Concrete. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2019, 39(2): 152-159 DOI:10.11902/1005.4537.2018.040

南海岛礁缺乏大陆常见的天然砂石和淡水资源,但是,珊瑚资源丰富。珊瑚是一种特殊的岩土类型,其主要矿物成分是文石和方解石,主要化学成分为CaCO3。为了降低造价、保证工期和解决原材料来源等问题,在不破坏岛礁生态环境的前提下,就地取材,采用珊瑚、珊瑚砂、海水等原材料现场配制全珊瑚海水混凝土 (CASC)[1,2],大量应用于港口、堤坝、机场与道路等岛礁工程建设,具有重要的研究意义和工程实用价值。然而,珊瑚天然多孔的结构“缺陷”和海水、珊瑚中含有大量的Cl-,导致钢筋锈蚀[3]。众所周知,在海洋环境中,Cl-侵蚀是引发钢筋锈蚀最主要的原因,从而严重危害着海洋混凝土结构工程的安全性和耐久性[4,5,6]。因此,提高CASC结构的耐久性能,并研究其在海洋环境下的钢筋锈蚀行为非常必要。

目前,国内外学者开展了较多关于珊瑚混凝土 (CAC) 的研究。Scholer[7]研究了CAC结构的钢筋锈蚀与耐久性等问题,认为珊糊骨料必须用淡水冲洗干净,以减少含盐量、避免钢筋锈蚀。Howdyshell[8]研究表明:使用珊瑚粗骨料和海水配制CAC是可行的,但是钢筋容易腐蚀,必须要控制珊瑚骨料的氯盐含量,钢筋的保护层厚度要符合要求。Tehada等[9]和Wattanachai等[10]研究了CAC的Cl-扩散与钢筋锈蚀行为,结果表明:由于珊瑚骨料含有一定数量的氯盐,CAC的钢筋锈蚀速率和Cl-扩散速率明显高于相同配比的普通混凝土 (OPC)。Kakooei等[11,12]利用线性极化电阻法 (LPR),通过极化电阻、腐蚀电流密度和氧气渗透性等对CAC的钢筋锈蚀行为进行了研究,认为:相同配合比下,CAC中钢筋的极化电阻小于OPC钢筋的,且CAC中的钢筋锈蚀速率是OPC的2倍以上。王芳等[13]基于Cl-对钢筋混凝土腐蚀机理,对CASC应用于钢管混凝土进行了可行性研究,认为将CASC浇灌入钢管内能有效避免Cl-腐蚀问题。本课题组[14]对南海岛礁CASC结构的耐久性进行调研,结果表明:多风、高温、潮湿的海洋环境对CASC结构具有很强的腐蚀破坏作用,碳化深度、钢筋锈蚀率都较大,其主要破坏特征为混凝土保护层胀裂、剥落、垮塌、露筋、钢筋锈蚀、箍筋锈断等。并对CASC的应力-应变全曲线和Cl-扩散规律进行研究[15]。认为:对于实际海洋环境下的CASC结构,应该延长潮湿养护的时间或者采用碱式硫酸镁水泥,这样有利于提高抗Cl-扩散渗透能力,减缓Cl-侵入的速度,达到延长结构服役寿命的目的。综上表明,目前对CAC的研究主要集中在耐久性调研、基本物理力学性能和Cl-扩散等方面。因此,本文对CAC的钢筋锈蚀行为进行深入研究。

针对珊瑚具有“吸水返水”的特性,本文将阻锈剂提前预吸进珊瑚骨料中,采用LPR和电化学阻抗谱法 (EIS)[16,17,18],测试了不同暴露时间CASC中钢筋的线性极化曲线,运用电化学弱极化理论[19]获得了自腐蚀电位 (Ecorr) 和极化电阻 (Rp)。测试了不同暴露时间CASC中钢筋的Nyquist图,同时通过ZSimpWin拟合软件并选择最佳的等效电路 (EEC) 求得钢筋的电荷转移电阻 (Rct)。系统研究了暴露时间、阻锈剂种类及掺入方式等因素对CASC中钢筋耐蚀性能的影响,得出了CASC中钢筋耐蚀性劣化规律,为海洋岛礁工程CASC结构的耐久性提升、安全性评估、施工与运行期间质量控制、服役寿命预测等提供了理论支撑。

1 实验方法

1.1 配合比设计

本实验通过LPR和EIS,考察不同暴露时间、阻锈剂种类及掺入方式对CASC中钢筋锈蚀的影响。CASC的配合比 (单位kg/m3) 为:水泥∶矿渣 (SG)∶粉煤灰 (FA)∶珊瑚∶珊瑚砂∶海水∶减水剂=620∶120∶60∶369∶860∶221∶16。珊瑚骨料的物理性质[20]见表1。其中,混凝土强度为C50;暴露时间分别为0,28,90和180 d;阻锈剂及掺量分别采用亚硝酸钙阻锈剂 (CN,3%,江苏省建筑科学研究院) 和氨基醇类阻锈剂 (AA,2%,江苏省建筑科学研究院),掺入方式包括:同掺和预吸;其中,同掺指将阻锈剂和海水拌合均匀的混合液,同时全部用于拌合混凝土;预吸指利用珊瑚“吸水返水”的特性,将部分混合液 (阻锈剂和海水) 提前预吸进入珊瑚骨料内部,再将预吸处理过的珊瑚骨料、水泥和剩余的混合液等原材料进行拌合制备混凝土;海水按照ASTM D1141-2003的规定配制,单位体积各材料质量比为NaCl∶Na2SO4∶MgCl2·6H2O∶KCl∶CaCl2=24.5∶4.1∶11.1∶0.7∶1.2;保护层厚度为1.5 cm;钢筋为普通钢筋,直径为1.8 cm。试件编号见表2

表1   珊瑚骨料的物理性质

Table 1  Physical properties of coral aggregate

Physical propertyCoralCoral sand
Apparent density / (kg·m-3)23002500
Bulk density / (kg·m-3)10001115
Cylindrical compressive strength / MPa5.2---
Cl- content / %0.0740.112
Fineness modulus---2.9

Note: Coral is 5~20 mm continuous gradation

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表2   CASC试件编号

  Specimen numbers of CASC

No.Concrete strengthSteel typeSteel quantityInhibitorAdmixture method
CASC-1C50Common steel16N---
CASC-2163%CNTraditional addition
CASC-3163%CN (P)Pre-absorption
CASC-4162%AATraditional addition
CASC-5162%AA (P)Pre-absorption

Note: N denotes no inhibitor

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1.2 试件制备

由于珊瑚属于天然多孔轻骨料,具有“吸水返水”的特性,所以要对珊瑚和珊瑚砂进行预吸水处理。再将水泥、FA、SG、减水剂和预吸水处理后的珊瑚、珊瑚砂等原材料置于搅拌机中,干拌1 min,再将水和阻锈剂的混合液加入湿拌3 min。出料后,测定其坍落度,再浇注、振动,制成尺寸为150 mm×150 mm×300 mm的混凝土试件。钢筋的定位及安装工艺示意图见图1。成型后,带模养护24 h后拆模,将试件两端孔洞用水泥珊瑚砂浆 (去除珊瑚粗骨料,其它材料用量与原混凝土相同) 进行填充处理,再用环氧树脂对两端进行密封处理。待环氧树脂干燥后将试块置于温度为 (20±3) ℃的室内环境,浇洒人工海水并用塑料薄膜覆盖养护28 d,之后取出试件暴露于已配制好的人工海水中。

图1

图1   CASC试块示意图

Fig.1   Schematic diagrams of CASC: (a) vertical sectional profile, (b) cross sectional profile (A-A) (unit: mm)


1.3 测试与数据处理方法

1.3.1 线性极化电阻法

根据腐蚀电化学理论[19],在Ecorr附近一个较小的范围内对其进行弱极化 (ΔE<10 mV),测得的电位 (E) 和电流 (I) 的对数具有近似于线性的关系,以获得钢筋的Rp (Ω·cm2)[21,22]。即:

Rp=ΔEΔIΔE0

式中,ΔE为施加的极化电位值 (mV);ΔI为极化前后相应的电流密度变化 (μA·cm-2)。Rp与试件的抗锈蚀能力成正比,与试件的锈蚀速率成反比。

分别对在人工海水中浸泡0,28,90和180 d的CASC试件进行线性极化曲线测试。利用CHI600E型电化学工作站 (如图2) 并采用三电极体系进行测试,饱和甘汞电极为参比电极 (RE),不锈钢棒为辅助电极 (AE),待测钢筋为工作电极 (WE)。测试前8 h,将待测试件浸泡在饱和Ca(OH)2溶液中。测试在室温条件下进行,电位扫描范围为相对于Ecorr±10 mV,扫描速率为0.1667 mV/s。从线性极化测试中,可以得到Ecorr,并进一步计算得到Rp

图2

图2   CASC的电化学测试示意图

Fig.2   Schematic diagram of electrochemistry test of CASC


1.3.2 电化学阻抗谱法

分别对在人工海水中浸泡0,28,90和180 d的CASC试件进行EIS测试。采用上述三电极体系和电化学工作站,在室温条件下进行测试。测试前8 h,将待测试块浸泡在饱和Ca(OH)2溶液中。扫描频率为105~10-2 Hz,阻抗测试信号为10 mV的正弦波。对测得的EIS数据通过ZSimpWin拟合软件并选择最佳的EEC进行拟合,从而求得Rct等与腐蚀反应相关的电化学参数。

2 结果与讨论

2.1 线性极化曲线和自腐蚀电位

3为阻锈剂种类及掺入方式对CASC中普通钢筋Ecorr的影响。可见,暴露0 d时,N,2%AA,2%AA (P),3%CN和3%CN (P) 的Ecorr分别为-0.233,-0.215,-0.199,-0.198和-0.203 V;暴露28 d时,N,2%AA,2%AA (P),3%CN和3%CN (P) 的Ecorr较0 d时的分别降低了-0.018,-0.011,-0.003,-0.008和0.002 V;暴露90 d时,N,2%AA,2%AA (P),3%CN和3%CN (P) 的Ecorr较28 d时的分别降低了0.091,0.019,-0.007,0.062和-0.013 V;暴露180 d时,N,2%AA,2%AA (P),3%CN和3%CN (P) 的Ecorr较90 d时的分别降低了0.271,0.181,-0.366,0.188和-0.008 V。结果表明,随着暴露时间的延长,不掺及同掺阻锈剂的普通钢筋Ecorr逐渐降低,而预吸阻锈剂的Ecorr有增长的趋势。此外,根据《建筑结构检测技术标准》 (GB/T 50344-2004) 中钢筋锈蚀状况的判别标准,当暴露180 d时,N,2%AA和3%CN的Ecorr小于-0.35 V,可以判断钢筋95%发生锈蚀;而2%AA (P) 和3%CN (P) 的Ecorr介于-0.20~-0.35 V,可以判断钢筋50%发生锈蚀,可能发生坑蚀现象。说明以预吸方式掺入阻锈剂,能有效延缓钢筋的锈蚀。这主要是由于:(1) 随着暴露时间的延长,混凝土中阻锈剂不断向外扩散渗透,导致混凝土内部的有效阻锈成分逐渐减少,使得阻锈效果减弱;同时,珊瑚本身和暴露环境中的Cl-逐渐积累,使得混凝土中Cl-含量逐渐增加,而Cl-对钝化膜具有破坏作用,引起点蚀的发生,抑制了钝化膜的增厚,加速了钢筋的腐蚀。(2) 以预吸掺入的阻锈剂,不断地由珊瑚骨料向外释放,使得CASC中有效的阻锈成分得到补充,一定程度上增大了Cl-通过混凝土传输到钢筋表面的阻力,延缓了钢筋的锈蚀。

图3

图3   阻锈剂种类及掺入方式对CASC中普通钢筋Ecorr的影响

Fig.3   Influence of inhibitor type and adding mode on Ecorr of CASC


4为阻锈剂种类及掺入方式对CASC中普通钢筋线性极化曲线的影响。由图4d可见,当暴露时间为180 d时,N,2%AA,2%AA (P),3%CN,3%CN (P) 的阳极曲线斜率 (ba) 分别为0.0014,0.0024,0.0036,0.0015和0.0035,2%AA (P) 和3%CN (P) 的ba明显大于2%AA,3%CN和N的ba。阳极极化曲线越陡峭,表明钢筋耐腐蚀性能越强,这与Ecorr判断结果一致。

图4

图4   阻锈剂种类及掺入方式对CASC中普通钢筋线性极化曲线的影响

Fig.4   Influence of inhibitor type and adding mode on the linear polarization curve of CASC after immersion in artificial seawater for 0 d (a), 28 d (b), 90 d (c) and 180 d (d)


2.2 极化电阻

5为阻锈剂种类及掺入方式对CASC中普通钢筋Rp的影响。可见,对于保护层厚度相同的普通钢筋,其Rp随着暴露时间增加大致呈下降趋势。主要原因是:随着暴露时间的延长,混凝土内部的Cl-浓度逐渐增大,使得埋置在试件中的钢筋去钝化程度增加,并在第一个测试周期内 (暴露0 d),其Rp<250 kΩ·cm2,即此时钢筋有明显的锈蚀倾向,主要是由于拌合用水和珊瑚本身含有较多的Cl-,加速了钢筋的锈蚀。这表明,不附加其它防腐措施的普通钢筋不适宜用于CASC结构。随着暴露时间的延长,钢筋的Rp下降程度越来越小,主要原因可能是:钢筋锈蚀的阳极反应产物Fe2+不能及时搬运走而积聚于阳极表面,使阳极反应受阻;锈蚀产物填堵了钢筋周围砂浆的孔隙,使得钢筋周围氧气和水的含量急剧减少,从而使得阴极反应受阻。图6为钢筋CASC梁中普通钢筋的表面腐蚀状态。其中,测试龄期为90 d,混凝土强度等级为C60,钢筋直径为1.6 cm,保护层厚度为3.5 cm,同掺3%AA。由于CASC的Cl-扩散具有高初始Cl-含量 (C0)、高表面Cl-含量 (Cs) 和高表观Cl-扩散系数 (Da) 的“三高”特征,且经实测,CASC的C0高达0.11%~0.21%,已远高于普通钢筋的脱钝临界Cl-含量 (Ccr),约为0.05%。因此,CASC结构中普通钢筋自初始就处于脱钝状态,钝化膜根本无法形成,锈蚀在所难免。说明随着暴露时间的延长,钢筋的Rp下降程度越来越小,这与钢筋发生严重锈蚀有关。当暴露90 d后,2%AA (P) 和3%CN (P) 的Rp有增长的趋势,其锈蚀规律与Ecorr的结论一致。此外,暴露90 d 时,2%AA (P) 的Rp较28 d时的Rp提高了41.9%;暴露180 d时,2%AA (P) 和3%CN (P) 的Rp较90 d时的Rp分别提高了45.1%和118.1%,表明随着暴露时间的延长,掺加AA的CASC,其Rp的增长速率大于掺加CN的。主要是由于以预吸掺入的阻锈剂,不断的由珊瑚骨料向外释放,使得混凝土中有效的阻锈成分不断补充;随着暴露时间的延长,CN中的无机离子向外扩散渗透,导致混凝土内部的有效阻锈成分减少,使得阻锈效果减弱,而AA主要成分是有机大分子,不容易扩散渗透。因此,随着暴露时间的延长,掺入AA的CASC的阻锈效果优于掺入CN的阻锈效果。

图5

图5   阻锈剂种类及掺入方式对CASC中普通钢筋Rp的影响

Fig.5   Influence of inhibitor type and adding mode on Rp of CASC


图6

图6   钢筋CASC梁中普通钢筋的表面腐蚀状态

Fig.6   Corrosion states of common steel I (a) and II (b) rebar in reinforc-ed-CASC beam


2.3 电化学阻抗谱

7为阻锈剂种类及掺入方式对CASC中普通钢筋电化学阻抗谱的影响。可见,不同阻锈剂种类 (CN/AA) 及掺入方式 (同掺/预吸) 的CASC中普通钢筋的Nyquist曲线都存在两段容抗弧。且3%CN (P) ,3%CN,2%AA (P) 和2%AA的低频与高频容抗弧直径均比N的大。此外,随着暴露时间的延长,N和同掺的Nyquist曲线中高频区容抗弧直径呈现先增大后减小的规律,且在暴露28 d时达到最大值;暴露90 d后,容抗弧直径突然变小,高频与低频区交点位置大幅度向左偏移,说明此时CASC中钢筋的电阻大幅度减小,钢筋表面进行氧化还原反应较为容易,钢筋已经脱钝,处于活化状态。这主要是由于在暴露初期,CASC的水化程度逐渐提高,密实性不断提高,内部的微孔结构不断改善。此外,扩散进入的各种离子淤塞在混凝土的孔隙内部,堵塞了Cl-进一步扩散的通道,使得钢筋开始发生钝化,形成的钝化膜逐渐变厚,故通过混凝土传到钢筋表面的阻力也增大。随着暴露时间的延长,CASC中阻锈剂不断向外扩散渗透,导致CASC内部的有效阻锈成分逐渐减少,阻锈效果减弱。同时,珊瑚本身和暴露环境中的Cl-逐渐积累,使得混凝土中Cl-含量逐渐增加,而Cl-对钝化膜的破坏作用,造成点蚀的发生,抑制了钝化膜的增厚,使得反映传质能力的电阻逐渐降低。

图7

图7   阻锈剂种类及掺入方式对CASC中普通钢筋电化学阻抗谱的影响

Fig.7   Influence of inhibitor type and adding mode on the electrochemical impedance spectroscopy of CASC after immersion in artificial seawater for 0 d (a), 28 d (b), 90 d (c) and 180 d (d)


由图7c可见,阻锈剂的掺入方式对CASC中普通钢筋的Nyquist曲线有一定程度的影响,同掺的Nyquist曲线高频区中只有一个容抗弧,而预吸的Nyquist曲线高频区中包含两个容抗弧,且高频与低频容抗弧交点明显向右偏移。表明以预吸掺入阻锈剂的CASC,其耐腐蚀性能明显大于同掺的。这主要是由于,以预吸掺入的阻锈剂,在CASC结构内部形成众多分布较均匀、不同尺度 (粗细骨料) 的高浓度阻锈剂“储存池”。随着暴露时间的延长,珊瑚 (砂) 中的“储存池”逐步向外释放,使得CASC中有效的阻锈成分得到补充,一定程度上增大了Cl-通过混凝土传输到钢筋表面的阻力,延缓了钢筋的锈蚀或促使钢筋再钝化。上述结论与线性极化电阻法所得结论一致。

2.4 电荷转移电阻

3为采用不同方法掺入不同种类阻锈剂的CASC中普通钢筋的Rct。可知,暴露0 d时,2%AA,2%AA (P),3%CN和3%CN (P) 的Rct比N的分别提高了9.2%,11.3%,17.7%和16.8%;当暴露28 d时,2%AA,2%AA (P),3%CN和3%CN (P) 的Rct比N的分别提高了3.6%,19.0%,7.7%和13.1%;当暴露90 d时,2%AA,2%AA (P),3%CN和3%CN (P) 的Rct比N的分别提高了19.0%,174.2%,22.8%和127.0%;当暴露180 d时,2%AA,2%AA (P),3%CN和3%CN (P) 的Rct比N的Rct分别提高了46.8%,282.9%,21.9%和258.4%。结果表明,(1) 无论是掺入CN还是AA,对于普通钢筋抵抗锈蚀的能力均有不同程度的提高,与图5的结论一致;(2) 阻锈剂预吸较同掺对提高钢筋的耐蚀性能效果更好;(3) 预吸AA的阻锈效果优于预吸CN的。这主要是由于,(1) 两者的阻锈机理不同,CN借助其本身的强氧化性,在碱性环境下将Fe2+氧化成Fe3+,从而在钢筋表面形成钝化膜,阻止钢筋锈蚀,随着暴露时间的延长,混凝土的碱度呈下降的趋势[23],即随着暴露时间的延长,钢筋的Rct逐渐降低;而AA将溶液中原本吸附在钢筋表面的Cl-,OH-等有害离子排挤掉,并在其表面不断吸附,形成致密的憎水分子膜,从而防止有害物质与钢筋接触,达到阻锈的效果[24]。(2) 珊瑚属于天然多孔轻骨料,具有“吸水返水”的特性,随着暴露时间的延长,珊瑚骨料中被预吸的阻锈剂不断释放,使得阻锈效果不断增强;而同掺的阻锈剂,随着暴露时间的延长,不断向外扩散渗透,导致混凝土内部的有效阻锈成分逐渐减少,阻锈效果减弱。即阻锈剂预吸较同掺对于抑制钢筋锈蚀效果更好。

表3   采用不同方法掺入不同种类阻锈剂的CASC中普通钢筋的Rct

Table 3  Values of Rct of common steel rebar in CASC with different inhibitors

Exposuretime / dN2%AA2%AA (P)3%CN3%CN (P)
030.132.933.535.435.2
2829.430.435.031.633.2
9024.128.766.029.654.7
18019.228.273.523.468.8

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3 结论

(1) 随着暴露时间的延长,不掺和同掺阻锈剂的全珊瑚海水混凝土 (CASC) 中普通钢筋的自腐蚀电位 (Ecorr)、极化电阻 (Rp) 和电荷转移电阻 (Rct) 均逐渐降低,说明促使钢筋腐蚀的电荷转移的能垒逐渐减小,钢筋钝化膜受到的破坏作用越来越大,其腐蚀的倾向也逐渐增大。

(2) 随着暴露时间的延长,预吸阻锈剂的CASC中普通钢筋的EcorrRpRct有增大的趋势,说明以预吸掺入的阻锈剂,不断的由珊瑚骨料向外释放,使得CASC中有效的阻锈成分不断补充,一定程度上增大了Cl-通过混凝土传输到钢筋表面的阻力,延缓了钢筋的锈蚀。

(3) 无论是掺入亚硝酸钙阻锈剂 (CN) 还是氨基醇类阻锈剂 (AA),普通钢筋抵抗锈蚀的能力均有不同程度的提高。且随着暴露时间的延长,CN的阻锈效果衰减速率高于AA的。

(4) 对于海洋岛礁工程中的CASC结构,建议以预吸的方式掺入AA。这样有利于减弱钢筋对Cl-腐蚀的敏感性,提高CASC抗Cl-扩散渗透能力,从而延缓钢筋开始腐蚀时间,降低其锈蚀速率,达到延长CASC结构服役寿命的目的。

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