水化硅酸钙对混凝土模拟孔隙液中钢筋腐蚀行为的影响
氯离子侵蚀是造成混凝土中钢筋腐蚀的最主要因为,因此减轻氯离子对钢筋的破坏对提高钢筋混凝土结构的耐久性具有重大的现实意义。本文考察了经不同添加量的水化硅酸钙(混凝土中水泥的主要水化产物之一)处理前后混凝土模拟孔隙液的pH值、氯离子浓度的变化以及二者比值([Cl-]／[OH-])的变化。采用腐蚀电位监测、极化曲线和交流阻抗测试以及全浸失重等实验方法分析了水化硅酸钙对混凝土模拟孔隙液中钢筋电化学行为的影响。利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对经水化硅酸钙处理前后孔隙液中钢筋表面微观形貌进行观察,同时采用X射线光电子能谱分析(XPS)对经水化硅酸钙处理前后孔隙液中钢筋的表面成分进行分析,并利用X射线衍射分析(XRD)对水化硅酸钙结构进行了分析。所得主要结论如下:
(1)经过3％的水化硅酸钙(钙硅比为1.5)处理后,五种pH值的混凝土模拟孔隙液(pH为12.5、11.9、10、9.7和9.3)中的氯离子浓度均大幅下降。而孔隙液pH值的变化却相反:A组孔隙液(pH为12.5和11.9)的pH值均下降,可能是因为孔隙液中的OH-可与水化硅酸钙结构中呈酸性的硅烷醇(Si-OH)反应,使孔隙液的pH值下降。经水化硅酸钙处理后的B组孔隙液(pH为10、9.7和9.3)的pH值均增加,可能因为B组孔隙液由NaHCO3及Na2CO3组成,因水化硅酸钙与氯化钠的相互作用,使CO32-及HCO3-的水解程度远远大于HCO3-的电离,因此孔隙液的pH值升高。
(2)经3％水化硅酸钙处理后,A组孔隙液(pH为12.5和11.9)中钢筋的容抗弧半径减小,电荷转移电阻RD降低,孔隙液中钢筋钝化的难度增加,经光学显微镜和SEM观察,发现孔隙液中钢筋腐蚀增强。经3％水化硅酸钙处理后的B孔隙液(pH为10、9.7和9.3)中钢筋的孔蚀电位Epit和电荷转移电阻RD均升高,容抗弧半径增加,孔隙液中钢筋的腐蚀敏感性降低,经光学显微镜与SEM观察发现孔隙液中钢筋腐蚀减轻。
(3)采用不同试剂配制组分不同pH值相同的多种孔隙液,研究发现,水化硅酸钙对三种组分不同pH均为12.5的孔隙液中钢筋的腐蚀均起到促进作用,对三种组分不同pH均为9.7的孔隙液中钢筋钢筋的腐蚀均起到抑制作用。说明,水化硅酸钙对孔隙液中钢筋腐蚀行为的促进或抑制作用主要取决于孔隙液的pH值的高低,与孔隙液的组成成分关系不大。
(4)随着水化硅酸钙含量的增加(1％、3％、6％),pH=12.5的孔隙液中钢筋的腐蚀速率逐渐增大,表面腐蚀逐渐加重。pH=9.7孔隙液中钢筋腐蚀速率的降低幅度随着水化硅酸钙含量的增加(1％、3％、6％)呈现先增大后减小的趋势,当水化硅酸钙的含量为3％时,腐蚀速率最小,表面腐蚀最轻。
(5)在一定的温度范围内(0-60℃),随着温度的升高,无论孔隙液(pH=12.5)是否经过水化硅酸钙处理,钢筋发生腐蚀的可能性增加。可能是因为,环境温度的升高,加速了钢筋腐蚀的电化学过程,阳极反应和阴极反应速率均会增加。水化硅酸钙对pH=12.5孔隙液中钢筋腐蚀的促进作用随着环境温度的升高(0℃、30℃、60℃)而减弱。
混凝土模拟孔隙液;钢筋腐蚀行为;水化硅酸钙;表面成分;微观形貌
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
唐聿明
2011
中文
TU528.01;TU375
127
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）