混凝土鋼筋阻銹劑實(shí)驗(yàn)研究

邢士波

（山東龍泉管道工程股份有限公司，山東 淄博 255000）

混凝土鋼筋阻銹劑實(shí)驗(yàn)研究

邢士波

（山東龍泉管道工程股份有限公司，山東 淄博 255000）

文章運(yùn)用半電池電位的方法研究了鉬酸鈉對混凝土中鋼筋的阻銹作用，通過正交設(shè)計探討了阻銹劑對鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕影響，確定了復(fù)配的鋼筋阻銹劑各成分的最佳配比，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明此鋼筋阻銹劑復(fù)配最佳配比的有效性。

鋼筋混凝土；阻銹劑；鋼筋腐蝕；正交設(shè)計；建筑結(jié)構(gòu)

1 概述

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代化生活中最常用的建筑結(jié)構(gòu)。隨著建筑業(yè)的發(fā)展日新月異，隨之帶來的問題也日益明顯。由于設(shè)計施工以及碳化、環(huán)境污染等物理化學(xué)作用，大量混凝土構(gòu)筑物因不能達(dá)到預(yù)期壽命而破壞。鋼筋阻銹劑旨在改善和提高鋼筋的防腐蝕能力。鋼筋阻銹劑具有一次性使用而長期有效、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但其中有些阻銹劑如重鉻酸鉀會使得混凝土的抗壓強(qiáng)度下降較多，有些阻銹劑如氯化亞錫的作用時間較短。此外，亞硝酸鹽類出于環(huán)保的考慮，在瑞士、德國等已明令禁止使用。因此，近年來各國一致致力于開發(fā)高效、無毒的“綠色”鋼筋阻銹劑。到了1998年，至少有5億立方米的混凝土使用了鋼筋阻銹劑。我國在研制、開發(fā)鋼筋阻銹劑方面起步相對較晚，20世紀(jì)90年代初鋼筋阻銹劑才開始取得了一定范圍的應(yīng)用。

隨著我國大規(guī)模建設(shè)和眾多老建筑物的修復(fù)工程，鋼筋阻銹劑作為提高結(jié)構(gòu)耐久性的有效措施之一，應(yīng)該得到更大的發(fā)展。Kalman.D.G等人的試驗(yàn)論證了鉬酸鹽緩蝕劑的優(yōu)越性能，也證實(shí)了鉬酸鹽較好的緩蝕作用。鉬酸鹽以其低毒、無公害、優(yōu)異的抗氯離子點(diǎn)蝕能力，而成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。但是鉬酸鹽價格較貴，單獨(dú)使用時所需劑量大、成本高，本文研究了鉬系復(fù)配阻銹劑，以減少鉬酸鹽的用量，進(jìn)一步提高阻銹效果。主要以鉬酸鈉為主，另外選取二乙烯三胺、丙烯基硫脲、1-4丁炔二醇等進(jìn)行復(fù)配，根據(jù)最優(yōu)化設(shè)計來進(jìn)行搭配形成更加有效的阻銹劑。

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

山東濟(jì)南安家水泥廠生產(chǎn)硅酸鹽325水泥；細(xì)骨料為黃河砂，中沙，細(xì)度模數(shù)2.7，級配良好；試驗(yàn)用水采用普通自來水；粗骨料為山東濟(jì)南港溝石場碎石，5～20mm連續(xù)級配；復(fù)配阻銹劑的組成化學(xué)成分，鉬酸鈉（Na2MoO4·2H2O分析純≥99%）、丙烯基硫脲（C4H8N2S分析純≥98%）、二乙烯三胺（C4H13N3分析純≥98%）、吡啶（C5H5N分析純≥99.5%）、1.4-丁炔二醇（C4H6O2實(shí)驗(yàn)純），阻銹劑按水泥重量的3%摻入；基準(zhǔn)混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級C30，水灰比0.45。每立方米混凝土水泥445kg、水200kg、砂子590kg、石子1190kg。鋼筋為A3鋼建筑用光圓鋼筋直徑0.8cm，長度9.8cm。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

試塊為上底面直徑50mm，下底面直徑70mm、高80mm的圓臺。鋼筋定位板中定位半孔的直徑尺寸8.0m。鋼筋進(jìn)行相應(yīng)的除銹，依次用100、200、600目的碳化硅水砂紙打磨，水洗，脫脂，干燥。含鋼筋的試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后放入3%氯化鈉和3.6%硫酸鈉混合溶液中。浸泡一周，干燥一天。循環(huán)16次，之后在自然環(huán)境下放置28周。對鋼筋混凝土試塊中的鋼筋腐蝕前和腐蝕后除銹后用METTLER TOLEDO公司AB204-S型電子天平進(jìn)行稱重。半電池電位法，實(shí)驗(yàn)參照ASTM C876-91，以飽和甘汞電極作為參比電極（SCE）。測試時將飽水后的海綿放置于試樣上，甘汞電極的前端與飽水海綿緊密接觸。甘汞電極、工作電極上的導(dǎo)線與HDV-7C晶體管恒電位儀上相應(yīng)導(dǎo)線相聯(lián)接。靜置1min，HDV-7C晶體管恒電位儀數(shù)據(jù)穩(wěn)定后測數(shù)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 單獨(dú)摻入鉬酸鈉對鋼筋腐蝕的影響

將得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以算出緩蝕劑的緩蝕效率，添加0.1g/L鉬酸鈉時的緩蝕效率為99.749%，從圖1中的緩釋效率可以看出，鉬酸鈉對碳鋼有比較明顯的緩蝕作用。在一定的實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，鉬酸鈉的濃度越大，緩蝕效率越高，其阻銹作用越強(qiáng)。表明鋼筋形成了有一定的耐蝕性能的鈍化膜，所以說鉬酸鈉對鋼筋的腐蝕有較好的抑制作用。同時需要注意的是鉬酸鈉單獨(dú)使用時，低濃度的MoO44-不足以在基體上形成具有保護(hù)作用的膜層，只有當(dāng)濃度提高到一定的量級，具有保護(hù)作用的鈍化膜才能形成，而建立完整有效的致密保護(hù)膜層，需要較高的濃度，較高的濃度從經(jīng)濟(jì)角度是不合適的，所以要進(jìn)行復(fù)配使用，利用協(xié)同效應(yīng)來達(dá)到緩蝕效果好成本又低的目的。

圖1 鉬酸鈉摻量與緩蝕效率的關(guān)系

3.2 阻銹劑復(fù)配的正交設(shè)計

研究混凝土中鋼筋抗腐蝕性能，電化學(xué)方法測半電池電位和鋼筋的腐蝕失重都是較好的驗(yàn)證指標(biāo)。一般來說，半電池電位越小，鋼筋腐蝕失重越小，混凝土中鋼筋的抗腐蝕性越好，這兩個驗(yàn)證指標(biāo)的測量也比較方便。因此，半電池電位和鋼筋的腐蝕失重作為正交設(shè)計中的控制指標(biāo)，研究各復(fù)配的單一阻銹劑成分對混凝土中鋼筋抗腐蝕性的影響規(guī)律，選用三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行分析。

從極差分析結(jié)果知，對鋼筋抗腐蝕性的影響因素由大到小的順序?yàn)椋恒f酸鈉＞丙烯基硫脲＞1-4丁炔二醇＞二乙烯三胺。鉬酸鈉在鋼筋混凝土中是作為最主要的復(fù)配成分，故其對鋼筋抗腐蝕性的影響也是最大的，硫脲對鋼筋抗腐蝕性的影響最小?？傊ㄟ^實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示三因素在選定水平范圍內(nèi)，均能滿足要求，從鋼筋腐蝕失重的極差分析可知，影響鋼筋腐蝕失重的因素由大到小的順序?yàn)椋恒f酸鈉＞二乙烯三胺＞丙烯基硫脲＞1-4丁炔二醇。仍然是鉬酸鈉對鋼筋抗腐蝕性能的提高貢獻(xiàn)最大。隨著鉬酸鈉摻量的增加，混凝土中鋼筋的抗腐蝕性能提高。由于鉬酸鈉摻量對鋼筋抗腐蝕性能的影響最大，若鉬酸鈉摻量選擇不當(dāng)，對鋼筋抗腐蝕性的影響比其他因素都大，故鉬酸鈉摻量的確定很重要。另外，1-4丁炔二醇和丙烯基硫脲對混凝土中鋼筋抗腐蝕性的貢獻(xiàn)主要來自其與鉬酸鈉配合的良好協(xié)同效應(yīng)，提高了單獨(dú)摻入鉬酸鈉在鋼筋表面形成的吸附膜表面覆蓋度或形成多分子層，吸附物相互作用提高了吸附層的穩(wěn)定性。另外一個影響因素硫脲，由于復(fù)配中摻入硫脲，使得硫脲分子中存在的硫與原子Fe結(jié)合直接抑制了Fe的腐蝕，這樣也會使得鋼筋表面被覆蓋的保護(hù)膜層面積增大，又能提高混凝土的密實(shí)度，減小腐蝕介質(zhì)的滲透，從而通過這兩個方面對鋼筋起到保護(hù)作用，鋼筋抗腐蝕性也會增強(qiáng)。從腐蝕失重的極差分析可知，其最優(yōu)組合為A3B1C3D1。從性能和經(jīng)濟(jì)方面綜合考慮，對各因素進(jìn)行平衡分析，確定鉬系阻銹劑復(fù)配配合比為鉬酸鈉0.2g/L、二乙烯三胺30ml/ L、丙烯基硫脲1.2g/L、C1-4丁炔二醇2g/L，剩余為水，復(fù)配后的鉬系阻銹劑按水泥用量的3%添加。

4 結(jié)語

通過正交設(shè)計，進(jìn)行鉬系阻銹劑復(fù)配設(shè)計，影響鋼筋混凝土中鋼筋抗腐蝕性的重要因素是鉬酸鈉和1-4丁炔二醇摻量，同時二乙烯三胺和丙烯基硫脲也鉬酸鈉的協(xié)同作用也不可忽視。得到一個鉬系最佳復(fù)配阻銹劑配合比鉬酸鈉0.2g/L、二乙烯三胺30ml/L、丙烯基硫脲1.2g/ L、C1-4丁炔二醇2g/L，可以預(yù)測鉬酸鹽系緩蝕劑隨著研究的深入，將逐步擴(kuò)大其在生產(chǎn)上的應(yīng)用范圍。

[1]洪乃豐．鋼筋阻銹劑的發(fā)展與應(yīng)用[J]．工業(yè)建筑，2005，35（6）.

[2]洪乃豐．氯鹽腐蝕與鋼筋阻銹劑[J]．混凝土，2004，171（1）.

[3]張小冬，周慶，陳烈．鋼筋阻銹劑的應(yīng)用發(fā)展概況[J]．施工技術(shù)，2004，33（6）.

（責(zé)任編輯：黃銀芳）

TU528

1009-2374（2017）12-0026-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.014

邢士波（1981-），男，山東龍泉管道工程股份有限公司工程師，研究方向：材料腐蝕與防護(hù)。

A