混凝土中鋼筋銹蝕過程非氧擴(kuò)散控制的試驗(yàn)研究(修改稿)

1、收稿日期：基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（00000000）作者簡介：姓名（出生年—），性別，籍貫，職稱，學(xué)位通訊聯(lián)系人，姓名，Email:年.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）JournalofHunanUniversity(NaturalSciences)偶頁文章編號：10002472(200)00000混凝土中鋼筋銹蝕過程非氧擴(kuò)散控制的試驗(yàn)研究姬永生12，申建立2，王磊2，張超2，耿歐2（1.中國礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點(diǎn)

2、實(shí)驗(yàn)室2.中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，江蘇徐州221008）摘要：確定混凝土中鋼筋銹蝕過程的控制因素是建立合理、準(zhǔn)確的鋼筋銹蝕速率模型的先決條件。本文通過恒溫干燥試驗(yàn)研究了鋼筋銹蝕電流隨混凝土孔隙飽和度PS的變化規(guī)律，通過未銹浸泡、銹蝕后浸泡、銹蝕后繼續(xù)自然銹蝕的對比試驗(yàn)研究了3種不同條件下鋼筋銹蝕速率變化過程，并進(jìn)行了浸泡前后鋼筋銹蝕產(chǎn)物物相變化的XRD分析。恒溫干燥試驗(yàn)的研究結(jié)果表明，混凝土內(nèi)鋼筋的銹蝕速率隨混凝土孔隙飽和度PS的增大

3、而增大，和氧擴(kuò)散速率的變化規(guī)律截然相反。對比試驗(yàn)研究表明，氯鹽溶液長期浸泡下未銹試件即使活化也無法銹蝕，而銹蝕試件卻可以繼續(xù)高速銹蝕3個(gè)月以上，從而說明氧僅是混凝土內(nèi)鋼筋開始的銹蝕的必備條件，而不是混凝土中鋼筋銹蝕過程的控制因素。XRD分析表明，鋼筋一旦已經(jīng)開始銹蝕（即有銹蝕產(chǎn)物存在），銹蝕產(chǎn)物中FeOOH可以取代氧成為鋼筋銹蝕過程陰極反應(yīng)的新的去極化，即使在飽水條件下，鋼筋的銹蝕仍然可以繼續(xù)進(jìn)行。關(guān)鍵詞：銹蝕過程；控制因素；孔隙水飽和

4、度；氧擴(kuò)散；銹蝕產(chǎn)物中圖分類號：TU375文獻(xiàn)標(biāo)識碼：AExperimentalStudyofProcessControlofReinfcementCrosioninConcreteJIYongsheng12SHENJianli2WANGLei2ZHANGChao2GENGOu2(1.StateKeyLabatyfGeomechanicsDeepUndergroundEngineering2.SchoolofArchitectureCo

5、ntrolfactDegreeofpesaturationDiffusionrateofoxygenCrosionproducts混凝土中鋼筋的銹蝕是一個(gè)非常復(fù)雜的電化學(xué)過程，影響混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕速率的因素很多，而且混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕又是一個(gè)緩慢過程，所以建立混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕速率模型是非常艱巨的工作。國內(nèi)外學(xué)者對混凝土內(nèi)鋼筋的銹蝕過程作了大量相關(guān)研究，并建立了一些鋼筋腐蝕速率模型，然而這些模型大都是建立在假定混凝土中鋼筋的整個(gè)腐蝕行為受氧

6、擴(kuò)散控制第期作者等：題名奇頁研究；D組試樣用于恒溫干燥混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕速率變化過程研究。2.2試驗(yàn)過程（1）將標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后的A組試件直接于室外環(huán)境自然放置。B組、C組和D組試件放于10%的NaCl溶液中浸泡，定期用半電池電位儀測量各試件中鋼筋電位，直至各試件中的鋼筋均處于活化狀態(tài)。然后將B組和C組放于室外環(huán)境自然銹蝕1年，以消除時(shí)變效應(yīng)對鋼筋銹蝕速率的影響，將D組試件直接進(jìn)行恒溫干燥過程鋼筋銹蝕速率變化試驗(yàn)(見步驟（4）~(6))。

7、（2）12個(gè)月后將A組、B組和C組試件取回。將C0試件破型，用銼刀刮取鋼筋表面的銹蝕產(chǎn)物進(jìn)行X射線衍射分析，測定銹蝕產(chǎn)物的物質(zhì)組成。同時(shí)將B組試件放于人工氣候環(huán)境室（溫度202℃、濕度705％）內(nèi)靜置，C組的其他試件和A組試件一起放于10%的NaCl溶液中浸泡，整個(gè)試驗(yàn)過程保持恒溫(202℃)。一周后用線性極化法按一定的時(shí)間間隔測定A組、B組和C組3組試件中鋼筋的腐蝕電流Icr的經(jīng)時(shí)變化，直到鋼筋的腐蝕電流不再變化為止。圖3A、B、C組

8、試件試驗(yàn)過程Fig.3ExperimentalProgramofofSpecimens（3）為了準(zhǔn)確判斷鋼筋的銹蝕狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)束后，將A組和B組試件破型沿橫斷面切開，保留完整的鋼筋與混凝土的界面，通過視頻顯微鏡觀測鋼筋混凝土界面過渡區(qū)和鋼筋銹蝕層的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，試件制作和觀測方法同文獻(xiàn)[11]；同時(shí)，為了分析C組試件腐蝕速率變化的內(nèi)在機(jī)理，將C組剩余試件破型，刮取鋼筋表面的銹蝕產(chǎn)物進(jìn)行X射線衍射分析。（4）將處于活化狀態(tài)的D組試件連同浸泡容

9、器一起放入人工氣候環(huán)境室（溫度202℃、濕度405％），2d后試件內(nèi)部的溫度與外界環(huán)境溫度基本達(dá)到一致，用精度為0.01g、量程5kg的電子天平稱取飽水試件的質(zhì)量WS。（5）然后讓D組試件在人工氣候室的恒溫恒濕條件下自然風(fēng)干，并按一定的時(shí)間間隔測定混凝土中鋼筋的腐蝕電流Icr和試件的質(zhì)量W。（6）最后將D組試件放于60℃的烘箱中烘干，稱取試件干燥時(shí)質(zhì)量W0，按公式（1）計(jì)算風(fēng)干不同時(shí)間的試件孔隙水飽和度k：（1）100)()()()(0

10、0????????WWWWWWWWkS式中W為某一時(shí)刻混凝土試件的質(zhì)量kg；W’為試件兩端不銹鋼板的質(zhì)量kg。3測試結(jié)果分析3.1鋼筋腐蝕電流隨混凝土孔隙水飽和度的變化混凝土中鋼筋腐蝕電流隨混凝土孔隙水飽和度的變化如圖4所示。從圖中可以看出，在開始的飽水階段，鋼筋的腐蝕電流最大。隨著干燥過程的進(jìn)行，混凝土孔隙水飽和度不斷下降，然而混凝土中鋼筋的銹蝕速率依然維持在較高的水平，沒有發(fā)生顯著降低。直至試件D1、D2、D3中混凝土孔隙水飽和度分

11、別下降到87%、94%、91%時(shí)，鋼筋的腐蝕電流強(qiáng)度才發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變。隨著混凝土孔隙水飽和度的進(jìn)一步降低，鋼筋的銹蝕速率急劇下降。所以在恒溫條件下，混凝土中鋼筋的銹蝕速率隨混凝土孔隙水飽和度的降低分為兩個(gè)階段：短暫的平穩(wěn)階段和大幅的下降階段。圖4鋼筋腐蝕電流隨孔隙水飽和度的變化規(guī)律Fig.4EffectofIcronDegreeofPeSaturationinConcrete目前的研究普遍假定，混凝土中鋼筋的銹蝕過程主要受氧擴(kuò)散的陰極反應(yīng)

12、所控制，也就是Icr主要取決于氧在混凝土中擴(kuò)散速率的大小。依照這種觀點(diǎn)，在整個(gè)干燥過程中，隨著混凝土孔隙水飽和度的不斷下降，氧在混凝土中的擴(kuò)散速率也不斷增大，混凝土中鋼筋銹蝕速率應(yīng)該不斷增大，這種假定顯然和實(shí)際情況不符。從圖4中可以看出，鋼筋銹蝕速率與氧在混凝土中的擴(kuò)散速率的變化趨勢是截然相反的。這充分說明氧雖然是鋼筋持續(xù)銹蝕的重要條件之一，卻絕對不是鋼筋銹蝕過程的控制因素，即使在高濕環(huán)境供氧困難的條件下，鋼筋銹蝕速率不但沒有降低反而變