修復(fù)混凝土內(nèi)部鋼筋縱向腐蝕行為研究

王 斌，于金山，李 天，陳潔靜，郝春艷，金偉良，夏 晉

(1.國網(wǎng)天津市電力公司，天津 300010；2.國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院，天津 300384；3.浙江大學(xué) 建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310058；4.橋梁結(jié)構(gòu)健康與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430034)

沿海地區(qū)服役的跨海大橋、港口和碼頭等混凝土結(jié)構(gòu)，由氯鹽侵入造成鋼筋腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能提早失效的現(xiàn)象十分普遍，長(zhǎng)此以往給國民經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1].在氯離子環(huán)境下，混凝土內(nèi)鋼筋呈現(xiàn)縱向非均勻腐蝕特征，例如海水侵蝕下的橋墩、受荷狀態(tài)下有裂縫的梁以及混凝土修補(bǔ)后的橋板等.通常認(rèn)為，鋼筋縱向非均勻腐蝕發(fā)生的原因包括腐蝕介質(zhì)在鋼筋表面非均勻分布以及結(jié)構(gòu)本身的非均勻特性[2-3].

目前，針對(duì)由于鋼筋腐蝕造成的混凝土保護(hù)層劣化現(xiàn)象，保護(hù)層替換是一種有效且普遍使用的修復(fù)技術(shù).然而，在實(shí)際工程中，保護(hù)層替換后的混凝土構(gòu)件往往會(huì)在短時(shí)間內(nèi)再次發(fā)生微、宏電池腐蝕[4-5].這種修復(fù)后短期內(nèi)的再腐蝕現(xiàn)象主要?dú)w咎于舊混凝土區(qū)域與新混凝土區(qū)域的氯化物含量、含氧量等環(huán)境的不同，使新的腐蝕電池生成[6].其中，宏電池腐蝕所占比例取決于修復(fù)區(qū)與舊混凝土區(qū)之間電化學(xué)環(huán)境，即二者之間不平衡的電化學(xué)電位，研究指出該電位差可達(dá)500 mV；而微電池腐蝕的作用占比則與氯離子含量、電阻率等修復(fù)前舊混凝土區(qū)的本身性質(zhì)相關(guān)，如圖1所示.對(duì)于腐蝕再發(fā)生的位置，一般與所使用的修復(fù)材料、修復(fù)策略以及結(jié)構(gòu)所處環(huán)境等因素有關(guān)[7].而對(duì)于腐蝕再發(fā)生的區(qū)域，沿修復(fù)后混凝土的縱向方向來看，大多是出現(xiàn)在修復(fù)界面處、修復(fù)區(qū)和與修復(fù)界面相鄰的舊混凝土區(qū)中.其中，與修復(fù)界面相鄰的舊混凝土區(qū)是腐蝕最嚴(yán)重的部位.Soleimani等通過數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)在距離舊混凝土區(qū)與修復(fù)混凝土區(qū)之間界面形成了環(huán)形的腐蝕陽極區(qū)[8].而對(duì)于混凝土修復(fù)界面的鋼筋所處的狀態(tài)目前仍未有定論，有學(xué)者認(rèn)為此時(shí)鋼筋處于活化狀態(tài)[9]，而也有學(xué)者提出鋼筋處于鈍化狀態(tài)且鈍化狀態(tài)會(huì)從修復(fù)區(qū)域延伸至舊混凝土區(qū)域[10].

圖1 修復(fù)混凝土內(nèi)部鋼筋腐蝕機(jī)理示意圖

在工程應(yīng)用中，基于電化學(xué)腐蝕原理的混凝土修復(fù)技術(shù)的優(yōu)化方向主要集中在減緩陰陽極反應(yīng)速度以及采用修補(bǔ)界面處理來阻止導(dǎo)電過程的發(fā)生上.對(duì)于修復(fù)方式的優(yōu)化，Soleimani[8]研究發(fā)現(xiàn)腐蝕速率與修復(fù)區(qū)尺寸的關(guān)系不明顯，而Lozinguez[11]提出全截面修復(fù)較采用部分截面修復(fù)方法的修復(fù)效果更優(yōu)；對(duì)于犧牲陽極布置方式的優(yōu)化，Cheung[12]發(fā)現(xiàn)當(dāng)犧牲電極放置在修復(fù)區(qū)時(shí)，修復(fù)界面附近舊混凝土區(qū)中鋼筋的腐蝕電流密度會(huì)顯著增加，因此應(yīng)在舊混凝土區(qū)布置犧牲電極.

為描述混凝土修復(fù)后鋼筋縱向非均勻腐蝕過程，本文提出了一個(gè)耦合物質(zhì)傳輸—腐蝕區(qū)域界定—鋼筋電化學(xué)腐蝕的多物理場(chǎng)模型.通過數(shù)值模擬，探討了修補(bǔ)混凝土中鋼筋的縱向微電池和宏電池的腐蝕機(jī)理與鋼筋非均勻腐蝕的分布特征(沿鋼筋縱向)，同時(shí)分析了修復(fù)區(qū)長(zhǎng)度和混凝土狀態(tài)對(duì)修復(fù)效果的影響，本文旨在促進(jìn)沿?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)與運(yùn)維的發(fā)展.

1 物質(zhì)傳輸-腐蝕區(qū)域界定-鋼筋電化學(xué)腐蝕耦合模型

1.1 物質(zhì)傳輸模型

一般認(rèn)為，混凝土內(nèi)部固相和液相中帶電粒子之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，那么根據(jù)物質(zhì)守恒方程，混凝土內(nèi)部離子的濃度可描述為

(1)

一般來說，飽和孔隙溶液中的離子輸運(yùn)過程基本上由三個(gè)因素控制：離子濃度差引起的擴(kuò)散，壓力梯度引起的對(duì)流和電場(chǎng)引起的遷移.因此，混凝土孔隙溶液中各種離子種類的通量，由Nernst-Planck方程給出[13-16].

(2)

本文主要考慮了離子輸運(yùn)過程中的擴(kuò)散與遷移作用機(jī)制，忽略對(duì)流對(duì)離子輸運(yùn)的影響，因此對(duì)于強(qiáng)對(duì)流作用的離子輸運(yùn)工程場(chǎng)景，本模型有一定的應(yīng)用局限.聯(lián)立式(1)與式(2)，可得

k=1，…，N

(3)

將電解質(zhì)溶液中離子傳輸方程應(yīng)用于多孔材料時(shí)，需考慮氯離子的結(jié)合效應(yīng)[13]，采用Langmuir等溫吸附的結(jié)合理論進(jìn)行表征，因此在擴(kuò)散及電遷移作用下混凝土內(nèi)部氯離子濃度與混凝土內(nèi)電勢(shì)分布間的關(guān)系為[17]

(4)

考慮到在混凝土中的氧氣運(yùn)輸，一般情況下，氧氣不會(huì)與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，一般可用菲克第二定律來描述為

(5)

式中：DO2代表混凝土內(nèi)氧氣擴(kuò)散系數(shù)(m2/s)；代表氧氣在混凝土中的含量(mol/m3).

同時(shí)，在鋼筋混凝土界面處，由氧氣濃度的變化控制陰極反應(yīng)的速率為

(6)

結(jié)合式(1)能夠得到氧氣濃度場(chǎng)控制方程：

(7)

式中：iL代表鋼筋陰極區(qū)極限電流密度(μA/cm2)；tn代表氧氣的遷移數(shù)量；CO2代表氧氣在陰極區(qū)的濃度(mol/m3)；δ可取0.5 mm.

1.2 基于塔菲爾斜率的動(dòng)態(tài)腐蝕區(qū)域界定

從理論上來說，塔菲爾斜率βFe只有在當(dāng)金屬表面達(dá)到主動(dòng)溶解的條件時(shí)才存在，鋼筋在鈍化狀態(tài)下的βFe無實(shí)質(zhì)意義.一般認(rèn)為，當(dāng)鋼筋表面氯離子含量較高且達(dá)到其脫鈍閾值時(shí)，βFe會(huì)從無窮大逐漸下降直至保持為恒定值.鑒于此性質(zhì)，Hussain[18]引入了陽極塔菲爾斜率影響系數(shù)(fCl)，認(rèn)為氯離子濃度對(duì)鋼筋鈍化膜的破壞可用fCl來表征，如式(8)所示.本文參考fCl的特性，基于已有文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)[18-21]，擬合出自由氯離子含量與fCl之間的關(guān)系方程，如式(9)所示.

(8)

(9)

1.3 鋼筋電化學(xué)腐蝕模型

陽極反應(yīng)(Fe→Fe2++2e-)與陰極反應(yīng)(O2+H2O+4e-→4OH-)共同存在于堿性環(huán)境中的鋼筋-混凝土表面.根據(jù)Nernst方程，陽極和陰極反應(yīng)的平衡勢(shì)與產(chǎn)物(Fe2+)和反應(yīng)物(O2)的活度有關(guān)，可以表示為

(10)

(11)

式中：PO2為溶液中氧氣分壓(Pa)；PΘ為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(Pa)；H為溶液pH值

在腐蝕過程中，極化反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致平衡電位發(fā)生偏移.對(duì)于陽極反應(yīng)，活化極化將促使電極電位發(fā)生變化，陽極反應(yīng)電流密度iFe可表示為

(12)

(13)

修復(fù)后腐蝕電流密度icorr為微電池電流密度imic以及宏電池電流密度imac的總和，即

icorr=imic+imac

(14)

鋼筋表面可劃分為陽極和陰極區(qū)，此時(shí)鋼筋表面腐蝕電流密度可由表1表示.

表1 鋼筋表面微、宏及腐蝕電流表征方法

根據(jù)法拉第定律，鋼筋表面腐蝕深度與其腐蝕電流密度之間的關(guān)系可描述為

(15)

2 模型驗(yàn)證

2.1 試驗(yàn)背景

混凝土修復(fù)下鋼筋縱向腐蝕的模型驗(yàn)證試驗(yàn)背景來自Ali的研究[6]，在其試驗(yàn)中研究了在氯離子環(huán)境中采用不同修復(fù)方法對(duì)混凝土進(jìn)行修復(fù)的效果.該試驗(yàn)中所用試件為1 000 mm×100 mm×200 mm的混凝土板，其中，保護(hù)層厚度為25 mm.試件中鋼筋的直徑為20 mm.該混凝土板修復(fù)區(qū)設(shè)置在構(gòu)件中部，尺寸定為333 mm×333 mm×100 mm，具體布置以及幾何信息如圖2所示.在混凝土澆筑過程中加入了15%的NaCl溶液，使鋼筋處于氯化物環(huán)境中.當(dāng)混凝土完成修復(fù)后，為了加速其再腐蝕速率，同樣將其浸泡在15%的NaCl溶液中.整個(gè)試驗(yàn)周期耗時(shí)15個(gè)月，測(cè)定了腐蝕電位、氯離子濃度和鋼筋腐蝕速率等數(shù)據(jù).

圖2 模型示意圖(Ali[6])

2.2 模型參數(shù)設(shè)置

圖3是基于Ali的試驗(yàn)研究所建立的二維數(shù)值模型.一般地，當(dāng)進(jìn)行宏觀尺度上的數(shù)值模擬時(shí)一般是將舊混凝土區(qū)與修復(fù)區(qū)的接壤處視作一個(gè)修復(fù)界面，因此，在二維幾何上修復(fù)界面是線而非面[8].鑒于此，模型只對(duì)建成的舊混凝土區(qū)與修復(fù)區(qū)的賦予初始條件、邊界條件、物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)以及電化學(xué)參數(shù).表2、表3為關(guān)鍵輸入?yún)?shù)[22-23].

表2 模型初始條件、邊界條件及物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)

表3 電化學(xué)參數(shù)設(shè)置

圖3 模型幾何信息

2.3 試驗(yàn)與數(shù)值模型對(duì)比分析

根據(jù)Ali的試驗(yàn)結(jié)果，可以看出修復(fù)區(qū)與舊混凝土區(qū)之間存在著最小約35 mV，最大約103 mV的電位差.誤差的存在可能由兩方面因素造成，一是試驗(yàn)測(cè)試出的結(jié)果往往與鋼筋-混凝土界面處的真實(shí)電位有所差異，特別是在宏電池腐蝕和局部腐蝕的情況下，活化和鈍化區(qū)的腐蝕電位易受到它們之間的電偶耦合的影響，尤其在腐蝕初期，腐蝕電位會(huì)產(chǎn)生更顯著的波動(dòng)[24]；二是試驗(yàn)環(huán)境因素以及材料因素導(dǎo)致電化學(xué)參數(shù)的選取具有離散性，而電化學(xué)參數(shù)的選取對(duì)混凝土中鋼筋腐蝕進(jìn)程的可測(cè)性能影響顯著，因此大部分研究人員在進(jìn)行電化學(xué)模型與試驗(yàn)與實(shí)際工程的驗(yàn)證工作時(shí)，二者的數(shù)值上有一定偏差[8]，過去也有學(xué)者針對(duì)電化學(xué)參數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響作過分析[23].雖然如此，但原則上由于水泥基材料電化學(xué)數(shù)值模型的局限性以及試驗(yàn)存在的隨機(jī)誤差，在相似的發(fā)展趨勢(shì)下，相較于腐蝕電位測(cè)量的離散性，這種差異在可接受的幅度內(nèi).隨時(shí)間的增加，腐蝕電位呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)[6].相較于試驗(yàn)值，模擬結(jié)果的腐蝕電位波動(dòng)較為平緩，如圖4所示.

圖4 混凝土修復(fù)下模型與試驗(yàn)腐蝕電位對(duì)比

無論是試驗(yàn)結(jié)果還是模擬結(jié)果，相比于修復(fù)區(qū)的腐蝕電位，其他條件相同情況下舊混凝土區(qū)的腐蝕電位在負(fù)方向上的偏離更大.隨著時(shí)間增加，兩個(gè)區(qū)域之間的腐蝕電位差有所減小，最小約65 mV，最大約155 mV.出現(xiàn)這樣的趨勢(shì)是由于修復(fù)區(qū)與舊混凝土區(qū)之間的電化學(xué)環(huán)境差異隨著物質(zhì)輸運(yùn)的進(jìn)行而逐漸縮小造成的.對(duì)于修復(fù)區(qū)與舊混凝土區(qū)的腐蝕電位與電位差曲線趨勢(shì)，模型計(jì)算的結(jié)果與Ali試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)吻合，驗(yàn)證了所建立的多場(chǎng)耦合模型用于分析混凝土修復(fù)后鋼筋腐蝕行為的可行性.

3 修復(fù)混凝土鋼筋縱向腐蝕模擬分析

3.1 不同方法差異分析修復(fù)混凝土鋼筋縱向腐蝕幾何模型構(gòu)建

基于所構(gòu)建的多場(chǎng)耦合模型，本節(jié)對(duì)服役5 a利用保護(hù)層替換法進(jìn)行再修復(fù)的混凝土板進(jìn)行模擬，以分析構(gòu)件內(nèi)部鋼筋的縱向非均勻腐蝕特征.圖5為模型的幾何尺寸示意圖.對(duì)于修復(fù)區(qū)，在模型中此長(zhǎng)度為200 mm，其內(nèi)的初始氯離子濃度為0 mol/m3；對(duì)于舊混凝土區(qū)，其長(zhǎng)度為100 mm，保護(hù)層厚度為25 mm，且其內(nèi)初始氯離子濃度沿保護(hù)層方向分布滿足式(16).

圖5 修復(fù)混凝土模型幾何

(16)

式中：C0，Cs分別為混凝土初始、表面氯離子濃度(mol/m3)；t為修復(fù)時(shí)構(gòu)件被氯鹽侵蝕的時(shí)間(s).

對(duì)于模型的混凝土表面氯離子，其濃度為65 mol/m3.模擬時(shí)間為1 800 d，其余參數(shù)均與2.2節(jié)一致.

3.2 腐蝕模擬結(jié)果與分析

3.2.1 物質(zhì)濃度

修復(fù)混凝土構(gòu)件鋼筋再發(fā)生腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)與其舊混凝土區(qū)域中氯離子濃度有關(guān)，氯離子濃度越高的舊混凝土區(qū)，修復(fù)區(qū)內(nèi)鋼筋再腐蝕的概率與速率越大.該這個(gè)現(xiàn)象是由修復(fù)區(qū)與舊混凝土區(qū)之間電化學(xué)差異所造成的，而氯離子濃度為鋼筋所處電化學(xué)環(huán)境特征的重要指標(biāo)之一.Pruckner指出，修復(fù)后的混凝土區(qū)域通常不含氯化物，而舊混凝土區(qū)內(nèi)含氯化物，因此，修復(fù)區(qū)中鋼筋的腐蝕電位可能比舊混凝土區(qū)中鋼筋的腐蝕電位高得多[25].為了得到沿鋼筋縱向的修復(fù)區(qū)、修復(fù)界面和舊混凝土區(qū)中氯離子含量情況，除修復(fù)界面外，均選擇屬區(qū)中點(diǎn)作為代表性點(diǎn)，如圖6所示.可以看出，隨著時(shí)間的遞增，各個(gè)區(qū)域點(diǎn)的氯離子濃度有所提高，且增長(zhǎng)速率在不同區(qū)域呈現(xiàn)出較大的差別.隨著時(shí)間的推移，新老混凝土區(qū)之間氯離子濃度的差異逐漸減小，這個(gè)趨勢(shì)可以歸因于修復(fù)區(qū)內(nèi)外的氯離子濃差大于舊混凝土區(qū)，促使氯離子擴(kuò)散速率增加.

圖6 混凝土修復(fù)下鋼筋表面氯離子濃度分布

3.2.2 腐蝕電位

圖7為混凝土修復(fù)下各個(gè)區(qū)域的鋼筋腐蝕電位.對(duì)于修復(fù)下的初始腐蝕電位，修復(fù)區(qū)與舊混凝土區(qū)有一定的差別，兩個(gè)區(qū)域的差值可達(dá)到110 mV.修復(fù)區(qū)和舊混凝土區(qū)腐蝕電位差隨時(shí)間延長(zhǎng)而減小，而到1 800 d時(shí)兩個(gè)區(qū)域間的電位差已經(jīng)降低到2 mV.電位差的巨大降幅是由于在濃差驅(qū)動(dòng)下舊混凝土區(qū)與修復(fù)區(qū)之間的氯離子濃度差異性進(jìn)一步降低.而隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，兩個(gè)區(qū)域間鋼筋表面腐蝕電位的電位差降幅更為明顯，說明了雖然鋼筋腐蝕程度增大，但腐蝕速率亦呈現(xiàn)減緩趨勢(shì).

圖7 混凝土修復(fù)下鋼筋腐蝕電位

3.2.3 腐蝕電流密度

圖8(a)展示了當(dāng)t=0 d時(shí)沿鋼筋縱向腐蝕電流密度的發(fā)展趨勢(shì).可以看出，最大腐蝕電流密度出現(xiàn)在距離界面8 mm的舊混凝土區(qū)內(nèi)，其值達(dá)到4.25 μA/cm2，該現(xiàn)象也被稱為陽極環(huán)效應(yīng).在Barkey的研究中也觀察到了界面附近的腐蝕電流密度的驟升[26]，進(jìn)一步的，Soleimani通過數(shù)值模擬指出腐蝕密度增加的區(qū)域距離界面區(qū)2～5 cm.這是因?yàn)樾迯?fù)區(qū)中的鋼筋(陰極)和舊混凝土區(qū)中的鋼筋(陽極)之間形成了宏電池腐蝕從而增加了陽極腐蝕速率，對(duì)于靠近界面的區(qū)域陽極環(huán)效應(yīng)效應(yīng)尤為明顯.沿鋼筋縱向方向看，修復(fù)后在0～100 mm的舊混凝土區(qū)的腐蝕電流密度表現(xiàn)為典型的非均勻分布.在縱向方向，鋼筋可劃分為由微電池主導(dǎo)的腐蝕區(qū)域(0～80 mm區(qū)域)、由宏電池主導(dǎo)的腐蝕區(qū)域(80～100 mm)以及由微電池主導(dǎo)的修復(fù)區(qū)(100～300 mm區(qū)域)三個(gè)區(qū)域.

圖8 混凝土修復(fù)下鋼筋腐蝕電流密度

圖8(b)為修復(fù)后鋼筋表面點(diǎn)l=90 mm處的腐蝕電流密度的發(fā)展趨勢(shì).可以看出，腐蝕電流密度先降低后趨于穩(wěn)定.尤其在前100 d內(nèi)，無論是微電池腐蝕電流密度還是宏電池腐蝕電流密度，均發(fā)生大幅度地下降.根據(jù)圖8(a)的區(qū)域劃分，當(dāng)t=0 d時(shí)，在l=90 mm處可被界定為宏電池主導(dǎo)的腐蝕區(qū)域，而此時(shí)該點(diǎn)的宏電池腐蝕電流密度占比大約為56%.隨著時(shí)間增長(zhǎng)，在該點(diǎn)的宏電池腐蝕電流密度逐漸下降，而微電池腐蝕電流密度有所上升，在約為100 d后，微電池腐蝕效用占比超過宏電池腐蝕效用占比.1 800 d后，微電池腐蝕作用完全占據(jù)主導(dǎo).

3.2.4 腐蝕形態(tài)

圖9為混凝土修復(fù)下鋼筋腐蝕深度與形態(tài)分布圖.在修復(fù)后的任意時(shí)刻，沿鋼筋縱向總是呈現(xiàn)出非均勻的腐蝕特征，且其中腐蝕最深的部位皆出現(xiàn)在距離修復(fù)界面34～42 mm處的舊混凝土區(qū)內(nèi)，該區(qū)域初始時(shí)刻鋼筋腐蝕深度為0，而到1 800 d后腐蝕深度最大可超過110 um.此外，從腐蝕深度隨時(shí)間變化曲線可看出相同的時(shí)間梯度下腐蝕深度的增長(zhǎng)幅度較為平均.

圖9 混凝土修復(fù)下鋼筋腐蝕形態(tài)

3.2.5 修復(fù)混凝土內(nèi)部鋼筋腐蝕模型參數(shù)分析

本節(jié)以混凝土修復(fù)前所經(jīng)歷的氯離子侵蝕時(shí)間以及修復(fù)區(qū)設(shè)定長(zhǎng)度作為參數(shù)，研究混凝土修復(fù)下舊混凝土內(nèi)初始狀態(tài)以及修復(fù)區(qū)長(zhǎng)度對(duì)鋼筋腐蝕速率的影響.參數(shù)化分析中給出的腐蝕發(fā)展趨勢(shì)與規(guī)律，可以作為對(duì)試驗(yàn)或?qū)嶋H工程的補(bǔ)充與參考，特別是對(duì)于具有相似條件的工況.圖10(a)展示了舊混凝土區(qū)內(nèi)鋼筋表面初始氯離子濃度隨時(shí)間而逐漸增加的情況，表明舊混凝土區(qū)在修復(fù)初始時(shí)刻的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)更高，而修復(fù)區(qū)與舊混凝土兩個(gè)區(qū)域之間的電化學(xué)環(huán)境差異也將擴(kuò)大.在實(shí)際工程中，修復(fù)前的舊混凝土區(qū)內(nèi)氯離子濃度等狀態(tài)特征會(huì)顯著影響修復(fù)效果，這就意味著若在混凝土構(gòu)件不同的服役時(shí)刻上進(jìn)行修復(fù)處理，得到的修復(fù)效果是迥異的.根據(jù)圖10(b)中的t=0時(shí)腐蝕電流密度峰值的曲線，不難發(fā)現(xiàn)修復(fù)前氯鹽侵蝕時(shí)間越長(zhǎng)，再腐蝕時(shí)鋼筋的腐蝕電流密度峰值將越大，而宏電池腐蝕對(duì)腐蝕電流密度峰值增量的作用占比一直維持在65%，并不受氯鹽侵蝕時(shí)間的影響.

圖10 混凝土修復(fù)前氯鹽侵蝕時(shí)間的影響

關(guān)于修復(fù)區(qū)域尺寸大小(50～250 mm)對(duì)電流密度峰值影響的情況如圖11所示.可見，隨著修復(fù)區(qū)長(zhǎng)度的遞增，無論是腐蝕電流密度峰值還是宏電池腐蝕電流密度均有上升趨勢(shì).而微電池腐蝕電流密度發(fā)展與前兩者相反，其具體表現(xiàn)為：隨著修復(fù)區(qū)長(zhǎng)度的增大，其峰值出現(xiàn)輕微下降.這說明，隨著修復(fù)區(qū)長(zhǎng)度的增加，鋼筋腐蝕由宏電池腐蝕主導(dǎo)的同時(shí)，微電池腐蝕被抑制.在一定的陰極面積與陽極面積之比的范圍內(nèi)，該面積之比與鋼筋腐蝕速率成正相關(guān)關(guān)系.陽、陰極面積比越小，腐蝕速率相對(duì)越快，因此理論上修復(fù)區(qū)長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng).模擬結(jié)果對(duì)今后工程上的修復(fù)混凝土腐蝕規(guī)律發(fā)展具有一定的指導(dǎo)作用，但精準(zhǔn)的修復(fù)區(qū)長(zhǎng)度的確定還需結(jié)合結(jié)構(gòu)實(shí)際構(gòu)造(舊混凝土區(qū)尺寸)、服役環(huán)境.

圖11 混凝土修復(fù)下修復(fù)區(qū)域長(zhǎng)度的影響

4 結(jié)論

(1)隨著時(shí)間的推移，混凝土修復(fù)下舊混凝土區(qū)與修復(fù)區(qū)間氯離子濃度的差異會(huì)逐漸減小，同時(shí)兩個(gè)區(qū)域之間的鋼筋表面腐蝕電位的電位差顯著降低；

(2)混凝土修復(fù)后腐蝕出現(xiàn)在靠近修復(fù)界面的舊混凝土區(qū)中，且修復(fù)界面存在陽極環(huán)效應(yīng)，其腐蝕電流密度最大值可達(dá)4.25 μA/cm2

(3)修復(fù)前舊混凝土區(qū)內(nèi)的氯離子濃度會(huì)顯著影響腐蝕速率，修復(fù)前氯鹽侵蝕時(shí)間越長(zhǎng)，再腐蝕時(shí)鋼筋的腐蝕電流密度峰值更大；

(4)修復(fù)區(qū)長(zhǎng)度對(duì)混凝土修復(fù)效果存在顯著影響，隨修復(fù)長(zhǎng)度增大，宏電池腐蝕作用占主導(dǎo)地位而微電池腐蝕作用受到抑制.