1、含防冻剂混凝土钢筋阻锈机理的研究14 低温建筑技术 2OO3 年第 4 期(总第 94 期)吞防冻剂混凝土钢筋阻锈相理昀研究尤志洁,柳俊哲,左红军,吕丽华(1.黑龙江省寒地建筑科学研究院.哈尔滨 1580;2. 东北林业大学土木工程学院.哈尔滨 150o40)【摘要】通过掺氯化钠和亚硝酸钠的模拟混凝-I-L 溶液中钢筋阳极极化曲线的测定,发现未掺氯化钠混凝土中钢筋,钝化膜比较稳定,钢筋不易腐蚀.而掺氯化钠混凝土中钢筋由于起坑电位降低,容易因电化学极化作用产生腐蚀.掺亚硝酸钠可以防止氯化钠引起的起坑电位的降低,抑制钢筋腐蚀.【关键词】钢筋腐蚀;阳极极化曲线;氯化钠;亚硝酸钠; 起坑电位【中图分类
2、号】II528.042【文献标识码】A【文章编号 】lool-68(2oo3)oa 一001402STI】DlYoNM 匝 CHANIs僵 0lFPRoTECI1NGREDDRCINGBS】i1RI)MCORRoSIONINCONCRETECONTADNGANTIREEZINGAGENTYOUZhijieUUJunzheZUOHong-junLULihua(SchoolofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)Abstract:AnodicpolarizationCUlVGofreinfomingbars
3、inasimulationporesolutioncontaining$odiulnchlorideandSodiumnitritcweremade.andtheresmobtainedwereasfollows:IncaseofnoadditionofsodiunlchloridesteelembeddedinconcreteiSinapassivationstateofpassivitvandiSnotcorroded.Whereaseorrosionofsteeloccursduetoadropinactivationpotentialcausedbysodiumchlorideandt
4、otheeffectofanodepolarizationproducedbyelectrochemicalfactors.Sodiumnitritepreventthebarfromcorrosionbycontrollingthedropofactivationpotentialcausedbysodiumchloride.Keywords:Steelcorrosion;Anodicpolarization;Sodiunlchloride;Sodiulnnitrite;Activationpotential0 前言混凝土中钢筋腐蚀引起的结构物破坏,是当今的世界性问题,也是我国土木建筑工程领
5、域中普遍存在的问题1.造成钢筋锈蚀的原因是多方面的,除施工质量之外,主要是自然腐蚀环境和人为造成的腐蚀环境的影响.我国幅员辽阔各地温差较大,每年占地近一半国土面积的三北地区需要进行冬季施工,而冬季施工最简便和有效的方法是掺防冻剂进行施工,目前常用的防冻剂组份是氯盐和亚硝酸盐,氯盐成本低而且具有良好的防冻和早强效果,但会加速钢筋的锈蚀,而亚硝酸盐既具有防冻作用还可以防止钢筋的锈蚀 2J,因此常把氯盐和亚硝酸盐混合在一起作为防冻剂的组份.我国混凝土外加剂应用技术规范规定:氯盐阻锈类混凝土防冻剂,当氯盐掺量为水泥重量的 0.5%1.5%时,亚硝酸钠与氯盐之比应大于 1;而当氯盐掺量为水泥重量的 1.
6、5%3%时,亚硝酸钠与氯盐之比应大于 1.3,而对亚硝酸盐组份的防腐蚀机理很少有报道.本文通过钢筋在砂浆中的加速腐蚀评价亚硝酸盐对含氯盐混凝土中钢筋防腐蚀效果,并对它的机理进行分析.1 试验方法使用仪器:PS 一 6 型钢筋腐蚀测量仪( 恒电位仪).电解液:混凝土模拟孔溶液中加入一定的氯化钠和亚硝酸钠成为电解液.混凝土的模拟孔溶液采用高压抽取混凝土细孔溶液后的分析结果【3J.模拟孔溶液组成为 10g 氢氧化钠,25.2g 氢氧化钾,0.22g 氢氧化钙的混合物(PH=13.6),加入蒸馏水使其成为 1L,这时的化学组成为 Na=0.25M,K=0.45M,Ca=0.006M,OH 一=0.7M
7、.参比电极:饱和甘汞电极(SCE).研究电极:表面积为 1cI 玎 2 的钢筋,用砂纸和丙酮分别去掉钝化膜和油污.测定:接通仪器电源,预热 15min,使仪器工作在稳定状态.以 50mV/min 的动电位变化,测定电流与电位的变化.2 试验结果与分析掺 O%4% 氯化钠时的钢筋阳极极化曲线如图 1 所示 .掺 1%氯化钠和 0.1%.0.2%,0.4%亚硝酸钠的极化曲线如图 2 所示,掺 2%氯化钠和 0.3%,0.7%,1%亚硝酸钠的极化曲线如图 3 所示.图中纵坐标为钢筋表面发生阳极反应时的电流大小,横坐标为恒电位仪控制钢筋表面电极电位.2.1 未掺 NaC1 时的阳极极化曲线从图 1 可
8、以看出,未掺氯化钠时钢筋钝化区的范围为一600mV+600mV, 当电位为一 600mV 左右时出现微小的腐蚀电流,这是因为钢筋在强碱溶液中,开始溶解的铁离子很快转变成氢氧化亚铁钝化膜抑制钢筋的腐蚀,因此在这个电位范围内可认为钢筋没有腐蚀.电位大于+600mV 的过钝化区,电流大小迅速增加,而钢筋表面未被腐蚀,从电极表面出一了丁 i_疆 i【i 盯蛋 r 誓疆氍尤志洁等:含防冻剂混凝土钢筋阻锈机理的研究 l5现的氧气中可以判断出电流是水的电解引起的,钢筋表面水电解时的 OH 一放电反应为:E(mV)图 1 氯化钠对钢筋阳极极化曲线的影响2 伽一一 1D2+1-120+2e 一水的水解反应理论分
9、解电位为:qPo/一=一一=(=(,OH398591gaou421mVSHE)180mVSCE)即从理论上来讲钢筋电位为 180mV(SCE)时应发生水的放电反应,但实际上外加电位等于理论电位时,并没有发生反应,只有实际外加电位超过理论电位 420mV 时,才发生电解反应.这是因为电解反应一旦发生,水解产物浓度不断增加,此时电极反应速度大于产物的扩散或逸出速度,产生了极化,增加了产物组成的原电池反电动势,当产物的浓度大于原电池可逆时的浓度时,电池电动势也大于外加电压,电解反应就停止了,欲继续电解必须提高外加电位,当电解产物的浓度不再增加时,电解反应才能明显发生,这时的实际分解电位达到 6o0m
10、vl.从以上结果提出,钢筋在不含氯化钠的强碱环境中钝化区范围较大,处于比较稳定的钝化状态,钢筋没有腐蚀.2.2 掺 NaCI 的阳极极化曲线从图 1 的阳极极化曲线可以看出,含氯化钠模拟孔溶液中钢筋,外加电位变化不大时也处于钝化状态,但是起坑电位负向移动.随氯离子含量的增加起坑电位越来越低,钝化区范围越来越小,电位超过起坑电位时电流迅速增加,钢筋表面的钝化膜局部发生破坏,产生了坑蚀,从而可认为掺氯盐混凝土中钢筋腐蚀是由于钝化区范围减小和钢筋表面电位在某种电化学作用下正向移动超过起坑电位引起的.氯离子含量越高,钝化区范围越小,在很小的极化作用下电位很容易超过起坑电位,引起钢筋的腐蚀.影响钢筋阳极
11、极化的因素很多,从微观结构角度来看钢筋表面所处的状态是不均匀的,它的化学组成,组织结构,结晶方位,氧化膜,附着物的吸附等局部状态不一样,钢筋周围的混凝土所含的各种离子的浓度,溶解的气体浓度,温度,PH 值等也有所不同.这些因素都有可能导致钢筋的阳极极化.2.3NaN02 对阳极极化曲线的影响在这里通过掺入阳极型阻锈剂亚硝酸钠的方法观察亚硝酸钠对阳极极化曲线的影响.从图 2 和图 3 可以看出,含氯化钠模拟孔溶液中掺入亚硝酸钠,钝化区范围变大,随着亚硝酸钠含量的增加,钝化区范围也逐渐增加.另外比较图2 和图 3 的阳极极化曲线可以看出,氯化钠含量越大,使钝化区范围达到同等程度所需一/C1 一摩尔
12、比越大.E(m,)图 2 亚硝酸钙对阳极化曲线的影响E(mV)图 3 亚硝酸钙对阳极化曲线的影响3 结语(1)不含氯化钠的模拟孔溶液中钢筋,其钝化区范围较广,处于比较稳定的钝化状态,因此无氯盐混凝土一般不会产生腐蚀.(2)含氯化钠的模拟孔溶液中钢筋,随氯化钠含理的增加,钝化区范围逐渐变窄,电位大于起坑电位时钢筋表面产生坑蚀.因此含氯盐混凝土中钢筋由于钝化区范围减少和钢笳表面电位由于某些电化学作用产生极化,容易腐蚀.(3)亚硝酸钠使含氯化钠模拟孔溶液中钢筋钝化区范围变大,从而能够有效地防止氯离子引起的混凝土中钢筋腐蚀.模拟孔溶液中氯离子含量越高,使钢筋表面钝化区范围达到同等程度所需一/EL 一摩尔比越大.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小林一辅.,/ 夕 lJ棒造物早期劣化耐久性诊所M.森北出版株式会社.1991,137.3鲍治宇,顾大明 .物理化学M.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社.1997,179180.收稿日期20030510第一作者简介】尤志洁(1964 一),女( 汉族),哈尔滨人 ,高级工程师,硕士,从事建筑工程质量检测工作.lI 要 l 到垂膝
