钢筋混凝土中阻锈剂的评价以与机理.研究

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1、华中科技大学硕士学位论文阻锈剂的应用环境主要是在碱性或者弱碱性的混凝土中，钢筋的腐蚀类型、离子扩散途径与水相系是完全不同的，因此研究如何对大量阻锈剂进行快速筛选，合理评价其阻锈性能，有着重要的实际意义。1.2混凝土中钢筋的腐蚀原理水泥熟料颗粒水化时，将产生大量的氢氧化钙，混凝土孔隙液的pH高达12以上，钢筋在这种高碱性环境下，表面能够形成一层致密的保护膜，使钢筋受到保护。在一定的外界条件下，外界的侵蚀性物质能经过混凝土的孔隙，抵达钢筋表面，改变钢筋-附近的环境，比如Cl的侵蚀，或是混凝土的碳化，钢筋在氧气，水的作用下，开始产生一系列化学过程，开始锈蚀。图1-1：钢筋混凝土中钢

2、筋锈蚀机理[6]钢筋的腐蚀过程可总结为如下反应：铁+氧气+水→锈蚀产物(1)阳极过程：铁被氧化产生电子，生成产物再与水反应2+-Fe→Fe+2e(1-1)2++Fe+2H2O→Fe(OH)2+2H(1-2)Fe(OH)2+1/2H2O+1/4O2→Fe(OH)3(1-3)2华中科技大学硕士学位论文(2)阴极过程：氧气被还原，消耗阳极过程产生的电子--O2+2H2O+4e→4OH(1-4)在氧气和水的共同作用下，由上述电化学反应式，钢筋表面的铁不断失去电子变成亚铁离子从而溶于水，而逐渐被腐蚀，在钢筋表面生成Fe(OH)2，进一步氧化成红锈（mFe2O3·nH2O），不完全氧化生

3、成黑锈Fe3O4，体积膨胀，引起混凝土开裂。当以下情况之一发生时腐蚀速率可被忽略：-1)阳极过程非常慢，例如混凝土未被碳化或不含Cl时钢筋处于钝态。2)阴极过程非常慢，氧气到达钢筋表面的速率非常慢，例如浸泡在水中的混凝土或高密实性混凝土。3)离子在混凝土中的传质阻力大，例如混凝土的电阻非常大，处于干燥或相对湿度非常低的环境下。但是，当以下三种情况同时发生时，钢筋腐蚀速率将变大：1)钢筋不再处于钝态，2)氧气可较快到达钢筋表面，3)混凝土电阻比较低（比如低于1000Ω·m）。1.3钢筋破坏的原因-1.3.1Cl的侵蚀机理-–Cl离子对钢筋表面钝化膜的破坏影响是金属表面两个过程的

4、竞争，OH的吸附有--[7-8]利于钝化膜的稳定，Cl的吸附破坏钝化膜，当Cl的活性超过氢氧根离子，点蚀发生。在点蚀内，FeOH吸附在金属表面是再钝化过程第一步，这层吸附膜通过以下反应氧[9-10]化成更厚的氧化膜：-–Fe+OH=FeOHad(1-5)–-FeOHad=FeOHad+e(1-6)–-FeOHad+OH=Fe(OH)2s+e(1-7)–-Fe(OH)2s+OH→FeOOHs+H2O+e(1-8)-Cl存在下，FeOHad的覆盖率降低，导致金属阳极溶解。发生以下反应：-–-Fe+Cl=FeClad+e(1-9)–+-FeClad=FeClaq+e(1-10)3华

5、中科技大学硕士学位论文在点蚀中，钢筋钝化膜破坏的区域作为阳极，其余处于钝态的区域作为阴极。阳-极区被局部酸化，混凝土中Cl从阴极区向阳极区集中，使得阳极区的环境越来越恶劣，从而导致腐蚀以局部深入的形式持续进行；另外一方面，电流的存在使得阴极区--Cl浓度减少，同时阴极区产生OH，使得阴极区碱性增强，这样，阳极区的阳极行为和钝化区的阴极行为不断增强，局部腐蚀呈现自催化效应，腐蚀迅速扩大。洪定海提-[11]--2+出的Cl促进钢筋锈蚀方面的自催化酸化机理。Cl和OH争夺腐蚀产生的Fe，形成绿锈（FeCl2·4H2O），绿锈从钢筋阳极区向含氧量较高的混凝土孔隙内迁徙，水解为+--褐

6、锈（Fe(OH)2），并沉积于阳极周围，同时放出H和Cl，Cl又回到阳极区，使阳极-2+-区附近的孔隙液局部酸化，Cl再带出更多的Fe。这样，Cl虽然不构成腐蚀产物，在腐蚀中也不消耗，但是它参与了中间腐蚀产物的生成过程，对金属腐蚀起了催化作用。-[1]Cl参与的反应主要由以下几个：+-Fe2+2Cl→FeCl2(1-11)-FeCl2+2H2O→Fe(OH)2+2Cl(1-12)+-6FeCl2+O2+6H2O→2Fe3O4+12H+12Cl(1-13)-只要有少量的Cl存在，该反应就能不断进行下去。1.3.2碳化引起的钢筋破坏混凝土碳化是一个复杂的物理化学过程。环境中的CO

7、2气体通过混凝土孔隙气相向混凝土内部扩散并在孔隙水中溶解，与混凝土中的Ca(OH)2发生作用，生成碳酸盐或者其它物质，从而使水泥石原有的碱性降低，pH值降低。混凝土碳化的主要化学反应式为：CO2+H2O→H2CO3(1-14)Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O(1-15)Ca(OH)2+CO2+H2O→Ca(HCO3)2+2H2O(1-16)随着CO2的渗透，混凝土内部逐渐产生部分碳化区和完全碳化区，孔隙液pH值由外向内逐渐升高。当pH值下降到11.5左右时，钝化膜不再稳定，当pH值降至9~10