有机复合迁移型钢筋阻锈剂性能试验研究
黄莹，张小冬，金怀林
（中国建筑科学研究院，北京100013）
[摘要】借助模拟混减土孔隙液及实验室混凝土环境对研制的复合型钢筋阻锈剂阻铸性能及渗透性能进行研究.通过垫水设溃试验、干握冷热试验、极化试验评价了研制钢熟阻锈剂的阻锈效果：同时在对已有渗透性能评价方法 总结的基础上，对涂有钢阻锈剂试块的氨氮商子浓度进行分析，从而得出本文的测定方法可以测定锅筋阻锈剂在理概土中的渗透深度，且简单可行.
[关键词】钢能工程：阻锈剂：迁移型：混凝土：渗透深度
[中图分类号】TU755.3[文献标识码】A[文章编号]1002-8498（2012）04-0074-03
Experimental Study onPerformance ofOrganic Composite RustInhibitor with Migration Type
Huang Ying Zhang Xiaodong Jin Huailin(China Acodemy of Building Reearch Bejing100013 Chine)
Abstract:The antirust performance and permeability of posite rust inhibitor are researched at theconcrete pore solution and laboratory environment. The antirust effect of rust inhibitor is evaluated byimmersing in salt test thermocyeling test and polarization test. The ammonia and nitrogen ion concentration of samples covered with rust inhibitor are analyzed based on some permeability evaluationmethods. The penetration depth of rust inhibitor in concrete is ascertained by the mentioned method. The result shows that the method is easy and feasible.
Key words;reinforcement; rust inhibitor; migration type; concrete; penetration depth
钢筋混凝土耐久性最简单、经济和效果良好的技术用拌合水为自来水.在ENV1504-9标准中确认使用钢筋阻锈剂是一种有效的腐蚀控制方法.钢筋阻锈剂技术始于20世纪50年代，经过近50多年的发展，已由过去的铬酸盐、磷酸盐、亚硝酸盐等无机型钢筋阻锈剂向有机型或复合型钢筋阻锈剂发展.
高质量混凝土和钢筋阻锈剂配合使用是提高为P142.5型硅酸盐水泥，试验用砂为标准砂，试验
措施之一.欧洲标准化委员会在欧洲、美国等地多1.2试验方法
年的工程应用实践及国外多年试验研究的基础上，1.2.1盐水浸渍试验
该模拟液中加人NaCl配成500g3.5%的NaCl溶 以饱和Ca（OH），溶液作混凝土孔隙模拟液，向薇.将配制好的含NaCI的模拟液分别倒人2个磨口瓶中，其中1个瓶中的溶液作为基准对比液，在另1瓶溶液中加人一定量研制的钢筋阻锈剂作试验溶液.瓶中放人2个试验试片，7d后观察试片表面有 无锈蚀发生并计算失重量（注：基准对比液中的碳钢试片称为基准对比试片，试验溶液中的碳钢试片称为试验试片，以下类似表述意思相同）.
1钢施阻锈剂阻锈性能研究
1.1试验材料
为便于观察，试验中所采用的钢筋试件均为碳例标准腐蚀试片，试片尺寸为50mmx25mmx2mm； 试验前用金相砂纸打磨碳钢试片工作面，再用乙醇或丙酮等浸泡擦除油脂.试验试块成型所用水泥
1.2.2干湿冷热试验
不掺加钢筋阻锈剂的1组砂浆作为基准对比砂浆， 将水泥：砂：水=1:2.5:0.5成型2组砂浆，将另1组掺加一定量的钢筋阻锈剂的砂浆作试验砂浆.将用金相砂纸打磨并用乙醇或丙醇或丙酮浸泡擦除油脂后的碳钢试片理人砂浆中，试片周围及
1.2.3极化试验
1.3结果与讨论
万方数据
底面砂浆保护层厚度均为20mm，标准养护7d后开始试验.砂浆试块置于3%NaCI溶液中浸泡16h、75℃烘4h、室湿停放4h为一个循环周期.经过90个干湿循环后破样检查.
1）动电位扫描极化曲线将经处理后的试片取出作工作电极，脱脂烘干后用914胶封边，工作面积1cm”.配制饱和氢氧化钙溶液作为混摄土孔酸模拟液，并加人3%NaCI溶液作为腐蚀介质，钢筋阻锈剂按1%，2%，3%和5%比例加人工作介质.电 化学测试系统为三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极.电化学测试系统为CorrTest腐蚀电化学测试系统.极化曲线扫描范围为-800-1000mV，扫描速率为1mV/s
2）孔蚀环状极化曲线试验用混凝土试块水灰比为0.44，在试块中掺加0.7%NaCl（分析纯，以水泥质量计）以提高体系中的CI含量模拟强腐蚀环境.将不掺加钢筋阻锈剂的1组混凝土试块作基准对比试块，另1组中掺加一定量的钢筋阻锈剂试 块作试验混凝土试块.工作电极的处理同1）.试块脱模后在标准条件下养护90d后进行电位扫描.电化学测试系统为三电极体系，参比电极为饱和甘CorTest腐蚀电化学测试系统.电位扫描范围 汞电极，辅助电极为铂电极.电化学测试系统为-500-1000mV，电位达到1000mV时回扫，回扫从当前电位向初始电位-0.5V反向扫播，至保护电位停止试验.
1）盐水浸渍试验盐水浸溃试验7d后试片如图1所示.可见不添加钢筋阻锈剂的试片，平均失重量为0.0621g.试件表面呈现一层均匀浮锈，并且玻璃瓶瓶底清晰可见试片被锈蚀后的锈迹，同时试液浑浊，锈末漂浮其中.添加研制的钢筋阻锈剂 后，经过7d3.5%NaCl溶液浸溃试验后，平均失重量为0.0004g，溶液仍清激，溶液内及试片表面未见腐蚀.其中失重量为试片质量损失减去试片酸洗空白试验的质量损失平均值.
2）干湿冷热试验干湿冷热试验是模拟钢筋混凝土在高氯环境下，有害离子不断涉透的环境中，混凝土对钢筋保护能力的评价方法.90次干湿冷热循环后砂浆试块破样检查表面如图2所示.从图2中可以很清楚看出钢筋阻锈剂存在条件下，即 使是恶劣的环境氮围，混凝土对内置的试片也有保护作用：基准对比试片在90次干湿冷热循环试验后已被严重锈蚀.
3）极化试验在混凝土孔隙模拟液中进行的
图1盐水浸溃试验7d后Fig 1Test of immersing in salt after 7 days
图290次干湿冷热循环试验后
Fig. 2 Thermocycling test after ninety times
看出，在3%NaCI含量的混凝土孔醇模拟液中，钢 动电位扫描极化试验结果如图3所示.从图3可以阻锈剂的加人导致模拟液中试片的腐蚀电位正移，对钢筋阳极电化学过程有抑制作用.同时钢筋阻锈剂的加人使试片在模拟液中的极化曲线明显左移，其腐蚀电流减小，提高了试片的抗腐蚀能力. 并且随着钢筋阻锈剂用量的增加，极化曲线继续左移，腐蚀电流继续减小.
钢筋在CI环境下主要发生孔蚀，而临界孔蚀要参数.在相同试验条件下，临界孔蚀电位E、越 电位E、和孔蚀保护电位E，是材料抗孔蚀的两个重大，E、-E，越小，材料的抗孔蚀性能越好.一般认为，E>E时.钢筋将发生孔蚀，产生新孔：当E>E>E，时，金属表面上已经发生的小孔将继续生长，但不会产生新的孔蚀小孔；当E≤E，时，钝化膜将 重新愈合修补好，金属重新恢复钝化状态.从图4可以看出，在CI浓度较高（0.7%）时，加人研制的钢筋阻锈剂后，曲线的滞后环变小，即E、-E.的差值减小.这表明，相对于基准对比试片，试验试片
度.这种试验方法理论上能够测定外涂型阻锈剂在混凝土中的渗透性，但试验证明氨气敏电极所测定的扩散过来的NH：浓度非常低（<1mg/L），这种方法并不能很好表征钢筋阻锈剂的渗透性能. 筋的保护作用可以间接表征阻锈剂的渗透情况，也 3）电化学方法测试钢筋阻锈剂对混凝土中钢是一种评价阻锈剂性能的常用方法，但试验周期很长，至少要几个月甚至几年，不利于快速定量地评价迁移型阻锈剂的渗透性能. 图33%NaC1湿凝土孔际模拟液中试片极化曲线of 3%NaCI 4)X射线光电子能谱法是通过钻取混凝土粉末压片后用光电子能谱仪测定其N与Si的摩尔比，以表征含N的钢筋阻锈剂在混凝土试块中的渗透深度.但由于光电子能谱仪价格较高，专业性较强，虽然该法简单，试验结果直观，但不利于普及. Fig 3 Sample curves at the simulated solution 具有更好的耐孔蚀性能. 5）全氮测定法通过将含氮有机化合物经过高温分解反应转化为铵态氮，然后再碱化处理，将蒸馏出来的氨用硬酸吸收，以酸标准溶液滴定，求出全氮含量.该法滴定分析成本低，制样简单，但将该法用于分析不同深度混凝土中的氮含量的结果 可靠与否还有待于更多的试验研究. 2.2试验方法 2.2.1试验材料及仪器 图40.7%C1浓度溶液中钢筋阻剂对试片 极化曲线的影响Fig. 4Sample curves on the ifluece of rust inhibiterin 0.7% CI* solution 准砂，5~20mm碎石，自来水.试块尺寸为 成型混凝土试块所用水泥为P142.5水泥，标150mmx150mmx150mm.测试仪器及试剂为：氨氮浓度测定仪、比色皿、电钻、蒸馏水、检测试剂. 2.2.2试验步骤 2钢阻锈剂渗透性能研究 GB8076-2008的相关规定及《普通混凝土配合比 1）成型混凝土试块按照《混凝土外加剂》设计规程）JGJ55-2011设计混凝土配合比，其中租骨料粒径5~15mm，砂率0.38，水灰比0.6，其中包括钢筋阻锈剂所含水量.依据《普通混凝土力学性150mmx150mm混凝土试块（每3块为1组即为6 能试验方法标准）CB/T50081-2002咸型150mm×组），标准养护28d后取出待用. 2.1已有渗透性能评价方法概述 迁移型钢筋阻锈剂在混凝土中的渗透性能是衡量该类产品的一个重要指标.对其渗透深度的检测一直是该领域研究人员共同关注的焦点.据相关文献报道，目前钢筋阻锈剂渗透深度测试方法有放射性同位素示踪法、氨气敏电极法、电化学试 验法、X射线光电子能谱法和全氮测定法等. 1）放射性同位素示踪法为将钢筋阻锈剂渗透成分中的氢用放射性同位素氧代替，在混凝土样品表面涂刷带有放射性同位素示踪剂气的钢筋阻锈取，测定萃取物β射线放射值来分析钢筋阻锈剂浓 剂溶液，特定时间后将混凝土样品锯成薄片进行萃度.这种方法能够较好地给出钢筋阻锈剂浓度随深度和时间的变化，但试验方法复杂、试验费用昂贵，一般实验室很难实现. 2）涂覆钢筋阻锈剂在成型后的混凝土试块表面涂覆一定量的钢筋阻锈剂.按要求养护28d后 检测钢筋阻锈剂的渗透深度. 3）取样28d后在涂覆钢筋阻锈剂的3块混凝土表面使用取芯钻头各钻取直径为20mm、长度为60mm芯样，用切割机切取距涂覆面（50±5）mm处的芯样薄片，将各薄片粉碎至粉末状待用. 4）测试将每组3块试块中取出的粉末混合后置于容器中，用处理过的蒸馈水浸泡15min后取出上层清液.对于样品中会产生干扰的物质，测试 2）氨气敏电极的试验方法为混凝土试样中分为含钢筋阻锈剂的溶液和不含锅筋阻锈剂的空白溶液两部分，经过一段时间后用氨气敏电极测量钢筋阻锈剂通过混凝土扩散到空白溶液一侧的氨浓 （下转第83页） 2.5加设钢筋网片 2.6洒水覆膜养护 3施工效果 （上接第76页） 2.2.3结果分析 3结语 设备基础，为确保其施工质量，可在距基础表面高布不均或应力集中等现象，造成一次或二次裂缝缺 修补时加设一层铁丝网，以减少灌浆层表面张力分陷的产生. 覆盖塑料薄膜、酒水养护7d以上，在养护过程中，应 在设备基础灌浆拌合料初凝后，应对灌浆部位根据厂房内环境，确保其灌浆层表面始终处于湿润状态. 础出现的裂缝缺陷，在满足施工质量的前提下，采 结合核电一期工程1.2号机组个别大型设备基取了如配合比优化、温湿度控制、精准计量控制、分层分段淡筑、加设钢筋网片、水覆膜养护等控制措施，使一期工程1.2号机组及3.4号机组大型设 备基础在后续施工中其裂缝缺陷得到有效控制.同时与岭澳一、二期核电站所采用的进口水泥基淮浆料相比，国产水泥基灌浆料在其成本控制上具有明显的价格优势，目前市场上，进口水泥基灌浆材料单价4000元/t，国产水泥基灌浆材料单价2200 元/t，经初步计算，4台机组仅核岛厂房土建工程水 前应作预处理，以消除对测定的影响.将取出的清摇匀后放人氨氮浓度测定仪检测. 液置于氨氮浓度仪配套的比色Ⅲ中，加人检测试剂 基准对比样中距混凝土涂覆面5cm处检测到的氨氮离子浓度7d为1.18mg/L，28d为1.2mg/L， 涂剧钢筋阻锈剂后的氨氮离子浓度7d为2.10mg/L 28d为3.01mg/L.其中氨氮离子浓度为18块试块的平均值.借助氨氮离子浓度可以表征混凝土的测试结果对比可以看出，涂覆钢筋阻锈剂后混凝 土中的氨氮含量明显增加.该结果说明钢筋阻锈剂能够渗透到混凝土内部，到达钢表面进行保护. 验等阻锈性能试验可知，研制的钢筋阻锈剂在试验 1）通过盐水浸溃试验、干湿冷热试验、极化试的氯离子环境下具有较好的阻铸效果，可以有效保护钢筋，避免锈蚀：同时从试验结果可以看出，钢筋阻锈剂的加人促进了钢表面饨化区的形成，有效 改善了混凝土（或模拟液）中钢筋的抗蚀性能，降低 对于一些承受动荷载作用或安全缓别较高的4结语 考文融： 参考文献： 泥基灌浆料的使用量约1180t，累计212.40万元. 由于国产水泥基灌浆料在工作性能上与进口50-100mm处加设一层46~10钢网片或在裂缝材料存在一定差距，且因生产厂家选取的原料配方不同，性能差异也不尽相同，如何在满足施工质量 的前提下，控制其有害裂缝的产生，降低施工成本是工程难点.因此在选择国产水泥基灌浆料进行施工时，应结合工程实际情况加以综合、全面考虑. [1]中国冶金建设持会，CB/T50448-2008水泥基系材料应用技术规程[8]，北京：中国计划出版社 2008.[2]冶金工业部建筑研究总院，YB/T9261-1998水泥基灌浆材 料施工教术规程[S].北京：治金工业出版社，1998.[3]中国秒石协会.CB/T14685-2011建筑用柳石，碑石[S].北[4]中国建筑材料科研充院，JC/T986-2005水泥基浆材料 京：，2011.[S].北京：中国建材工业出版社，2005.[5]王聘，伏文男，化学理紧复合水现操累生产性修补的试验研 宽[J].北京水利，2001(3):32-33 46.[6]张水，于举，宁超，等，聚介物改性水泥灌蒙材料最佬配比的[7]李忠，左观機，高强无收缩水现基脂案料在核电设备安装中 确定[J]-江苏建材 2010(3)：24-27.的应用[J].核动力工程，2011(2）：141-144.[8]情续华，至开华，方辉提，田湾核电站水现基灌紧料试验与 应用[J].中国核电，2009（3）：224-229.[9]邵正明，王强，邹新.《水泥基灌紫材料应用技术规他》CB/T50448-2008 研究编制[J]-施工技术 2009 38（10）;4-7 加，阻锈效果有所提高. 测定钢筋阻锈剂在混凝土中的渗透深度，并且该法 2）运用本文提出的渗透深度的测定方法可以简单可行. [1 ] DD ENV 15049;1997 Produrts and sptem fr the eectiond mpir o ete tu-fisit i qut[ 2 ]Co P. A mdy f in ihibiter perdmanoe is chleide ontrol and evaluation of confeemity [ S]. 1997.ctaited ete b lecthemic impde pectraopy[J] . AC1 Mater J 1997 94(5) ;385-395.[3 ]Berke N S. Corosion inhibi in conete [J]. Concrete latemstional 1991 13(7) :24-27 [ 4 ] Eydemant A.Analys f difsion nee od mignsting crsiontechniques [ R ]. lastihute ef Coestrtiee Maerials sdKurchat Institte of Neclear Physics 1993.[5]赵哦，账小冬，周庆，等.迁移型钢船鬼销剂渗透探度的XFS 研究[J]-混凝土与水泥辨品，2004 8（4）：5-7.[6]刘志男，浮马文，周伟玲，等，迁移智阻锈剂对混凝土结构耐久性的保持和提升作用[J].硅酸业7报，2008，36（10）： 1494-1499
