粉煤灰和礦渣微粉混凝土抗鋼筋銹蝕性能的研究

　　摘要：本文采用氯離子浸泡法及線(xiàn)性極化法，研究粉煤灰和礦渣微粉高強(qiáng)混凝土內(nèi)部鋼筋銹蝕特征的變化規(guī)律，探討礦物摻合料對(duì)耐久性能的影響。研究結(jié)果表明二者均對(duì)混凝土內(nèi)的鋼筋緩蝕有明顯的促進(jìn)作用，單礦渣微粉的效果要優(yōu)于粉煤灰。

　　關(guān)鍵詞：礦物摻合料 強(qiáng)度 耐久性 線(xiàn)性極化法

　　0 概述

　　高強(qiáng)混凝土的高耐久性一直以來(lái)是眾多材料科學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題^[1-3]，由于氯離子引發(fā)的鋼筋銹蝕是目前混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要形式，因此高強(qiáng)混凝土的抗氯離子滲透性能，特別是抗鋼筋銹蝕能力對(duì)該類(lèi)混凝土的使用尤為重要，而高效減水劑和礦物摻合料的使用是解決該類(lèi)混凝土高耐久性的兩個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)。粉煤灰和礦渣微粉是目前使用最為廣泛的礦物摻合料之一，采用這兩種礦物摻合料代替部分水泥, 不但提高了新拌混凝土的流動(dòng)性，降低混凝土的水化熱，而且還可以大幅改善混凝土的耐久性能，因此關(guān)于這兩種礦物摻合料，特別是粉煤灰對(duì)混凝土耐久性改善已開(kāi)展了大量的研究。然而，盡管粉煤灰和礦渣微粉都具有顯著改善混凝土耐久性的作用，但是由于這兩種礦物摻合料組成和結(jié)構(gòu)上的差異，使得其對(duì)混凝土性能的影響效果也不盡一致^[4～5]。為了更為充分的發(fā)揮二者對(duì)混凝土耐久性能改善的作用，本文主要研究了粉煤灰和礦渣微粉對(duì)高強(qiáng)混凝土抗鋼筋銹蝕性能影響的規(guī)律，并對(duì)其影響機(jī)理進(jìn)行了分析，以此探明二者對(duì)混凝土抗鋼筋銹蝕性能影響的不同之處。

　　1實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 原材料

　　水泥(C)：亞?wèn)|42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；粉煤灰(FA)：漢川二級(jí)灰；礦渣微粉(SL)：鄂鋼礦渣微粉；粗骨料(G)：石灰石 5~25.5mm的連續(xù)級(jí)配；細(xì)骨料(S)：巴河中砂，細(xì)度模數(shù)2.6。鋼筋：Ф12×10cm建筑用螺紋鋼；分析純氯化鈉。外加劑(Ad)：花王邁地150奈系高效減水劑。

　　1.2試驗(yàn)配比及方法

　　試驗(yàn)配比如表2所示。

　　鋼筋銹蝕試驗(yàn)混凝土的尺寸為10×10×10cm，將已除銹的螺紋鋼焊接好導(dǎo)線(xiàn)，并埋入混凝土中，保護(hù)層厚度為3cm。將試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天后，將保護(hù)層一面作為試驗(yàn)面，其余側(cè)面均勻涂抹環(huán)氧樹(shù)脂，并置于濃度為8％的氯化鈉溶液中，浸泡180天后采用線(xiàn)性極化法測(cè)是鋼筋的各腐蝕參數(shù)，螺紋鋼為工作電極，不銹鋼片為輔助電極，飽和甘汞電極（SCE）為參比電極，掃描范圍：-20～1000mv，頻率：60mv/min。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果

　　試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，線(xiàn)性極化檢測(cè)結(jié)果與腐蝕狀況對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表4。為了更好的描述礦物摻合料對(duì)鋼筋銹蝕的影響，同時(shí)本文用η表征礦物摻合料對(duì)混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕的抑制作用：

　　式中：η--緩蝕率；i_corr --基準(zhǔn)混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕電流密度；i_corr'--樣品混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕電流密度。

　　2. 1粉煤灰的影響

　　經(jīng)氯化鈉溶液浸泡180天后，各試樣中的鋼筋均處于不同程度的活化態(tài)。根據(jù)表4的劃分原則判斷各試樣中鋼筋的銹蝕程度，B51、B52、B53均已進(jìn)入中度腐蝕狀態(tài)，其中以B51和B52腐蝕最為嚴(yán)重，其腐蝕電流密度分別高達(dá)為：0.79744和0.73974μA/cm²，而B(niǎo)54中鋼筋的腐蝕程度最輕，僅為輕度腐蝕。同時(shí)試樣的緩蝕率隨粉煤灰摻量增加而增加，但是粉煤灰摻量為10％時(shí)，其對(duì)鋼筋的緩蝕作用并不明顯，當(dāng)摻量為20％和25％時(shí)緩蝕效果顯著。此外同樣由表3和圖1可知，粉煤灰摻量的變化對(duì)陽(yáng)極極化曲線(xiàn)的Tafel斜率影響較大，粉煤灰摻量增加，陽(yáng)極極化曲線(xiàn)的Tafel斜率減小，其切線(xiàn)與橫坐標(biāo)的交叉點(diǎn)向小電流方向移動(dòng)，腐蝕電流明顯減小，極化電阻增大，說(shuō)明粉煤灰對(duì)陽(yáng)極極化過(guò)程具有明顯的抑制作用。

　　2. 2 礦渣微粉的影響

　　由表3的結(jié)果可知盡管摻礦渣微粉的B54和B55內(nèi)的綱筋已發(fā)生銹蝕，但是均處于輕度銹蝕狀態(tài)，且其腐蝕程度遠(yuǎn)低于同摻量的粉煤灰試塊，腐蝕電流密度為0.35258和0.31616μA/cm²。同時(shí)隨礦渣微粉摻量的增加緩蝕率增加，其緩蝕率最高達(dá)到60.4%，這表明礦渣微粉對(duì)鋼筋的緩蝕效果優(yōu)于粉煤灰。此外同樣由表3和圖1和3可知，與粉煤灰相比，礦渣微粉摻量的變化對(duì)陽(yáng)極極化曲線(xiàn)Tafel斜率影響不大，礦渣微粉摻量增加，陽(yáng)極極化曲線(xiàn)的Tafel斜率減小，其切線(xiàn)與橫坐標(biāo)的交叉點(diǎn)向小電流方向移動(dòng)，腐蝕電流明顯減小，極化電阻增大，說(shuō)明礦渣微粉對(duì)陽(yáng)極極化過(guò)程具有明顯的抑制作用。

圖1 摻粉煤灰混凝土中鋼筋的極化曲線(xiàn)

　　3 分析

　　混凝土的抗氯離子滲透性能的好與壞，其最終的結(jié)果直接表現(xiàn)其內(nèi)部鋼筋的銹蝕程度。本試驗(yàn)采用的是氯化鈉溶液浸泡加速鋼筋銹蝕試驗(yàn)方法，因此造成式樣鋼筋銹蝕的最主要原因?yàn)槁塞}的腐蝕，而這個(gè)過(guò)程主要受到氯離子向混凝土內(nèi)擴(kuò)散速度，即混凝土的抗氯離子滲透性能影響。礦物摻合料對(duì)混凝土的抗氯離子滲透性能具有明顯地改善作用，且隨礦物摻合料摻量的增加，其抗氯離子滲透性能提高，這樣可以有效延緩氯離子到達(dá)鋼筋表面的時(shí)間，減小鋼筋銹蝕幾率。氯離子對(duì)鋼筋造成的銹蝕破壞，主要由于氯離子對(duì)鋼筋表面鈍化膜的溶解及擊穿等作用，賀鴻珠等人采用交流阻抗技術(shù)研究了礦物摻合料對(duì)鋼筋銹蝕的影響^［7］，研究表明礦物摻合料可以有效地抑制鋼筋表面鈍化膜電阻的下降，增大極化電阻，緩解氯離子對(duì)鋼筋的銹蝕作用。礦渣微粉對(duì)鋼筋緩蝕效果優(yōu)于粉煤灰，除了其抗?jié)B性能優(yōu)于粉煤灰混凝土外，礦渣微粉礦物中還含有一定量C3A，該礦物的水化產(chǎn)物可以與游離狀態(tài)的氯離子形成Friedel鹽，從而減少混凝土內(nèi)部游離氯離子的數(shù)量，消弱游離氯離子對(duì)鋼筋鈍化膜破壞的作用，因此礦渣微粉對(duì)混凝土抗鋼筋銹蝕性能的提高要優(yōu)于粉煤灰。

　　4 結(jié)論

　　礦物摻合料的摻入由于能夠提高混凝土的抗氯離子滲透性及抑制鋼筋表面鈍化膜電阻下降的作用，因此其對(duì)鋼筋銹蝕的陽(yáng)極極化過(guò)程有明顯的抑制作用，即對(duì)由氯離子引發(fā)的鋼筋銹蝕過(guò)程具有很好的緩蝕效果，且在一定摻量范圍內(nèi)，隨礦物摻合料摻量的增加這種效果越發(fā)明顯。在同摻量條件下，礦渣微粉對(duì)上述高強(qiáng)凝土抗鋼筋銹蝕性能的改善要優(yōu)于粉煤灰。

　　參考文獻(xiàn)

　　1 尹健，周士瓊，謝友均. 高強(qiáng)高性能混凝土的配制與應(yīng)用研究[J].長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，2（20）：17

　　2 Yunsheng Zhang，Wei Sun，Sifeng Liu. Study on

　　the hydration heat of binder paste in high-performance concrete [J]. Cement and Concrete Research，2002，9(32):1483

　　3 沈衛(wèi)國(guó). 粗集料嵌鎖型高強(qiáng)高性能混凝土的

　　制備與性能[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào)，2007，35（5）：624

　　4 葉建雄，李曉箏，廖佳慶，等. 礦物摻合料對(duì)混凝土氯離子滲透擴(kuò)散性研究[J]. 重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27（3）：89

　　5 Zuquan, Sun Wei, Zhang Yunsheng. Interaction between sulfate and chloride solution attack of concretes with and without fly ash [J]. Cement

　　and Concrete Research,online 23 February 2007

　　6 Elsener B. Half-cell pottential mapping to assess repair work on RC structure [J]. Construction and Building Materials,2001，15（2-3）:133

　　7 賀鴻珠，史美侖，陳志源.粉煤灰對(duì)地鐵雜散電流的抑制作用[J],混凝土與水泥制品，2001，（1）：21