盐渍土环境下钢筋混凝土腐蚀的电化学研究

资料大小：480KB
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2021-09-03

资料介绍

盐渍土环境下钢筋混凝土腐蚀的电化学研究
张俊喜，易博，林德源，陈云翔。，戴念维，洪毅成。
(1．上海电力学院上海市电力材料防护与新材料重点实验室，上海200090；
2．国网湖南省电力公司东江水力发电厂，湖南郴州423403；
3．国网福建省电力有限公司电力科学研究院，福建福州350007)
摘要：采用极化曲线、电化学阻抗谱技术对4种盐渍土环境下的钢筋混凝土试件进行了测试，考察
了不同腐蚀环境及腐蚀阶段钢筋混凝土试件腐蚀特征的差异性．试验结果表明：盐渍土环境中硫
酸根离子与氯离子的质量比m(SO：)／m(C1一)不同，钢筋的腐蚀特征呈现明显的差异；总合盐质
量分数为5 9／6的模拟液中rn(SO~一)／re(C1一)由0增加为0．082或0．275时，在腐蚀中、后期钢筋腐
蚀速率较快；当m(SO~一)／re(C1)为2．070时，钢筋在整个腐蚀龄期内的腐蚀速率均较慢，说明盐
渍土环境中硫酸根离子在一定含量范围内能促进钢筋的腐蚀．最后结合电化学测量结果对硫酸盐
的作用机理进行了分析．
关键词：盐渍土；钢筋混凝土；氯离子；硫酸根离子；电化学阻抗谱；腐蚀
中图分类号：TU528．01 文献标志码：A doi：10．3969／j．issn．1007—9629．2016．02．031
Electrochemical Study on the Corrosion of Reinforced Concrete
under Saline Soil Environment
ZHANG Junzi ， YI Bom ， LlN Deyuan3， CHEN Yunxiang3， DAI Nianwei1， HoNG Yicheng
(1．Shanghai Key Laboratory of Materials Protection and Advanced Materials in Electric Power．
Shanghai University of Electric Power，Shanghai 200090，China；
2．Dongjiang Hydropower Plant，State Grid Hunan Electric Power Co．，Chenzhou 423403，China：
3．Electric Power Research Institute，State Grid Fujian Electric Power Co．Ltd．，Fuzhou 350007，China)
Abstract：Corrosion characteristics of reinforced concrete specimens under 4 types of saline soil environ—
ment were investigated by means of polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy(EIS)
technique，and the difference of corrosion characteristics by environment and corrosion stage was analysed．
The test results show that reinforced concrete at each corrosion stage presents distinct feature． W hen the
mass ratio of sulfate ion vs chloride ion m(SO；一)／ (C1一)of saline soi1 environment iS different，the cor—
rosion status of reinforced concrete reveal some differences．Corrosion rate of reinforcing steel increases in
middle and 1ate stages as m(SO；一)m(C1一)rises from 0 to 0．082 or 0．275 of simulated solUtion which
contains 5 salt mass fraction．However，the corrosion rate of reinforcing steel becomes slow in the whole
period when (S0：一)／m(C1一)iS 2．070．So it can be concluded that sulfate ions in saline soil environment
promote the corrosion of reinforcing steel in a certain content range．At the same time，the mechanism of
sulfate ions was analysed combined with results of electrochemical measurement．
Key words：saline soil；reinforced concrete；chloride ion；sulfate ion；electrochemica1 impedance spectros—
copy(EIS)；corrosion
收稿日期：2014—11—04；修订日期：2014—12—27
基金项目：国家电网重点科研课题(gwkj2012—010一II一2)；国家自然科学基金资助项目(50771062)
第一作者：张俊喜(1969一)，男，山西汾西人，上海电力学院教授，博士生导师，博士．研究方向为材料腐蚀与防护研究
@shiep．edu．crl
E—mail：zhangjunxi
第2期张俊喜，等：盐渍土环境下钢筋混凝土腐蚀的电化学研究
大量工程实践证明，钢筋混凝土结构中钢筋的
锈蚀是影响服役结构耐久性的主要因素，而氯离子
的侵蚀又是引起钢筋腐蚀的首要因素口 ]．环境中的
氯离子扩散到钢筋一混凝土界面区，在此逐渐累积到
一定含量并超过临界值时，会使钢筋表面的钝化膜
发生破裂，继而发生腐蚀[3 ]．实际工况不同于单纯
氯离子侵蚀环境，如海水环境以及盐渍土环境，侵蚀
介质还包括诸如sO 一，Mg 等其他侵蚀性离子，在
这些离子的参与下，钢筋混凝土结构的腐蚀特征与
单纯氯离子侵蚀环境有一些差异 _8]．特别是盐渍土
侵蚀环境，由于地理分布及气候的差异，不同地区盐
渍土侵蚀介质组成的差别较大，其对钢筋混凝土中
钢筋腐蚀的影响尚不清楚lg]．A1一Amoudi等[7 将钢
筋混凝土棒浸泡于同时含有硫酸根和氯离子的盐渍
土模拟液中，发现较之单纯氯盐溶液浸泡，钢筋的腐
蚀速率明显增大，并且当SOj一的含量”从0．55 增
大到2．10 时，钢筋的腐蚀速率增大1倍．刘晓敏
等[】指出，混凝土模拟孔溶液中有氯离子存在时，
硫酸根具有缓蚀作用，可提高钢筋表面钝化膜的抗
蚀性能．二者的试验结论有所差别，因此硫酸根与氯
离子的质量比m(SOj一)m(C1一)以及2种离子交
互作用对钢筋混凝土腐蚀的影响还有待进一步
研究．
混凝土中钢筋的腐蚀是一种电化学过程，电化
学测量是反映钢筋腐蚀本质过程的有力手段，与其
他物理测量方法相比具有速度快、灵敏度高、可连续
跟踪、原位无损等优点[1 ．自John等口。首次尝试采
用电化学阻抗谱来检测混凝土和水泥净浆中钢筋腐
蚀以来，电化学阻抗谱在钢筋混凝土腐蚀研究领域
得到广泛应用．本文采用极化曲线结合电化学阻抗
谱对盐渍土环境下钢筋混凝土中钢筋的腐蚀行为进
行了测试，研究了不同m(SO 一)m(C1一)条件下钢
筋的腐蚀特征，并初步探究了硫酸根离子含量对氯
盐环境下钢筋腐蚀的影响．
1 试验
采用P·O 42．5普通硅酸盐水泥，细骨料为普
通河砂，使用前过1．3 mlTl筛，混凝土配合比为
(水泥)： (水)：m(砂)：m(石)一1．00：0．60：
2．33：3．49．钢筋为Q235光圆钢筋(直径为
12 ram)，两端用环氧树脂封装，其中一个端面焊接
引出包封的铜芯导线，中问预留5 cm 的工作面，钢
筋位于圆柱形模具的中心，工作面与混凝土试件
1)本文所涉及的含量均为质量分数
侧面平行，浇筑得到直径为40 mm 的钢筋混凝土试
件，试件标准养护28 d后脱模．
参照JTG D30—2O04《公路路基设计规范》，以
m(SO~一)／re(C1一)为因素设置了梯度溶液，溶液1
为5 9／6(质量分数)的NaC1溶液，溶液2～4为结合
实际盐渍土中不同侵蚀介质含量设定的模拟液，其
中溶液2和溶液3为高氯盐渍土模拟液，溶液4为
高硫盐渍土模拟液。各侵蚀溶液主要成分如表1所
示．对应的钢筋混凝土试件分别记为1 ～4
表1 侵蚀溶液的主要成分
Table 1 M ain composition of the erosion solution
采用7 d为1个周期的浸烘循环来加速钢筋混
凝土的侵蚀过程，即先在室温(20±2)℃条件下浸
泡3 d，接着在58℃ 烘箱中干燥3 d，然后室温冷却
1 d．由于混凝土中钢筋腐蚀电流的最大值出现在浸
泡开始后约12 h，最小值出现在浸泡阶段结束和干
燥阶段开始的时刻_1 ，因此对钢筋混凝土的测试尽
量选择在浸泡3 d中的第2天进行，使测试结果尽
量反映钢筋腐蚀的真实状况．各侵蚀环境下钢筋混
凝土试件平行数量均为4个，测量结果取平均值．
电化学测量采用英国ACM 电化学工作站，测试
采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电
极为Pt电极．电化学阻抗谱测试所用的激励信号为
正弦波，幅值10 mV，频率范围：2×1O ～1×10_。Hz，
数据采用ZsimpWin软件解析．极化曲线测试扫描
范围为±7O mV VS OCP，扫描速率1 mV／s，数据采
用Corshow软件拟合分析．
2 结果与分析
2．1 腐蚀速率
运用Corshow软件对测得的极化曲线进行拟
合分析，得到腐蚀电流密度i 。并对浸烘循环周期
7"／作图，得到不同侵蚀溶液中试件i 随浸烘循环周
期的变化趋势，见图l_腐蚀龄期可划分为腐蚀前
期、腐蚀中期和腐蚀后期，在腐蚀前期(7"／===0～15
次)，腐蚀电流密度值出现大幅增长，钢筋由钝态转
化为活性腐蚀状态；在腐蚀中期( 一15～3O