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1、氯离子腐蚀混凝土中钢筋的腐蚀-第 1 部分：加速和自然环境下的实验研究土木与环境工程学院，威特沃特斯兰德大学，Johannesburg, 南非土木工程系，开普顿大学,Rondebosch,南非摘要：平行腐蚀试验已经进行了两年，露出 210 梁（120130长 375 毫米）的一半在实验室加速腐蚀（干湿循环）另一半在海洋潮湿区接受自然腐蚀。实验变量是裂缝宽度（0，初始裂缝，0.4、0.7 毫米），覆盖面 C（20，40 毫米），粘结剂类型（PC、PC矿渣，PC / FA）和水胶比（0.40，0.55）。结果表明，腐蚀速率（icorr）受以下方式实验变量的影响：腐蚀随裂缝宽度的增加而增加，并随着混
2、凝土的质量和覆盖深度的增加而降低。研究结果还显示，混凝土在野外环境下的自然腐蚀的腐蚀性能不能推断出其在实验室加速腐蚀的性能。其他因素，如腐蚀进程也应考虑在内。关键词：腐蚀速率预测，氯离子侵蚀，加速腐蚀，自然腐蚀，腐蚀，混凝土裂痕1 引言钢筋锈蚀是温度、海洋和工业环境中钢筋混凝土结构的主要破坏机制之一。对于投资者和工程师来说，它已成为一个主要的耐久性问题。如果不减弱这种侵蚀性，它会加速钢筋混凝土结构的恶化，可能会导致一系列相关的严重后果，包括但不限于开裂和混凝土保护层剥落，钢筋截面面积损失，降解的钢-混凝土界面粘结，最终减少钢筋混凝土结构的使用寿命。另外在维护、修理或更换时，需要花费很高的费用，
3、而且会对害公共安全有威胁。即使在钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的主要因素是二氧化碳入口（碳化引起的）或氯（氯离子引起的），后者是在钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的主要原因。值得注意的是，氯离子引起的腐蚀对所研究的结构造成的损害是比较大的，并在一个相对较短的时间内（在结构满足其目标服务寿命），有可能成为最终导致失败的因素（根据预先定义的极限状态）。2、实验细节2.1、实验变量和混合比例平行腐蚀试验露出 210 束标本（120130375 毫米）的一半进行加速实验室腐蚀（循环 3 天用 5%的 NaCl 溶液润湿跟随开普敦 4 天空气干燥），另一半则被留在的海洋潮汐区自然腐蚀（表湾港）。使用五种不同的混凝土使
4、我们的横梁的 W / B 比（0.40 和 0.55），和三种粘结剂（100% CEM I 42.5 N 普通波特兰水泥（PC），50 / 50 / 70 / 30 的矿渣微粉和 PC 的 PC / FA）。0.55w/b 比是不能用于电脑制作标本。高产量强度直径为 10 毫米的钢筋嵌入在每个光束。在表 1中给出了混凝土配合比的总结和选定的具体性能。其他实验变量包括盖深度（20 和 40 毫米）和裂缝宽度（0，早期裂缝，0.4 和 0.7 毫米）。早期裂缝是指由梁试样三点荷载引起的裂缝，然后卸载。虽然以前的研究已经表明，裂缝宽度0.3 毫米容易自愈 1719 ，初始裂纹试样由于缺乏 AP 适当
5、的测试设备，量化裂缝自愈是不可能的。此外，对于更深的覆盖面（40 毫米）再加上裂纹愈合的敏感性，可以预料的是，早期裂缝会对腐蚀离子的速率有微不足道的影响。因此，20 毫米覆盖面的初期裂痕的标本仅用于实验室和野外标本。钢棒两端均覆盖有电镀带和环氧树脂涂层提供了一种有效的暴露的表面面积大约 86 平方厘米（长约 27.5 厘米的圆周表面）。在铸造之前、这种棒将会被清洗并且用一个直径 10 毫米长 150 毫米的不锈钢棒放置在每个光束在铸造过程中（见图 1）作为反电极的腐蚀速率测量。2.2 活性腐蚀状态的诱导经过 28 天的水养护（在 232C）和 10 天空气干燥（温度：25C，相对湿度为：505
6、% ）在实验室，并在开裂前的梁试样，阳极电流（IC）是用以启动活性腐蚀率（即消除腐蚀起始阶段）在所有 210 束标本。设置用于启动活性腐蚀在标本中使用集成电路如图 1 所示。理论时间（t 港 水平 ）和集成电路所需的驱动氯化物通过深度覆盖的钢级量估计使用能斯特-普朗克方程在下面的表格内。能斯特-普朗克方程： t 钢水平 = C D（ZF / RT）（E /x） 1 D 是扩散的离子系数（平方米/ 秒）在混凝土，Z 离子物种的价（1 氯），F 是法拉第常数（96500 mol），R 是气体常数（8.314 J / mol.k），T 绝对温度（298 K），C 是覆盖深度（20 或 40 毫米）和
7、 E 是应用电位（ V）。扩散系数（D）得到从测量 28 天氯电导指数（CCI）基于实证的相关性和 CCI 考虑效果海洋环境暴露，混凝土老化和粘结型 22 20即关联模型可以估计时间的曝光依赖于表观氯离子扩散系数一般为 USED 粘结剂类型（主要是普通PC，70 / 30 和 50 / 50 的 PC / FA PC /矿渣）和海洋暴露环境（潮、飞溅、喷雾）在南非的 20 22 。第二部分，本文给出了更多的细节上的去从 CCI 扩散系数的终止。CCI 是每个表 1 混凝土从快速氯离子电导率测试 21,23 获得。28 天和90 天的扩散系数诈骗的 fficients 克里特用列于表 2。材料（
8、千克/立方米） 粘合剂组合物 100 % PC 50/50 PC/GGBS 70/30 PC/FAw/b 比 0.40 0.40 0.55 0.40 0.55混合标签PC-40 SL-40 SL-55 FA-40 FA-55Portland cement, PC (CEM I 42.5 N) 500 231 168 324 236Ground granulated blastfurnace slag (GGBS) - 231 168 - -Fly ash (FA) - - - 139 101Fine aggregate: Klipheuwel sand (2 mm max.) 529 749
9、855 749 855Coarse aggregate: Granite (13 mm max.) 960 1040 1040 1040 1040Water 200 185 185 185 185Superplasticizera (SP) 2.1b (0.4)c 1.8 (0.4) 0.3 (0.1) 0.4 (0.1) -Slump (mm) 120 105 150 85 20028-day compressive strength (MPa) 58.2 (3.0)d 48.1 (2.0) 35.3 (0.9) 50.7 (0.9) 28.6 (1.9)为了确定阳极 IC 所需的诱导活性腐
10、蚀速率在一个给定的覆盖深度的标本的五个混凝土混合物，和一系列的迭代后（时间 D IC），当时申请的 IC 芯片被固定在1.5 小时限制的有效电流小于 2 安培。术语“有效的应用电流”是用来指实际应用的目前考虑到相应的 28 天测电阻的（水）混凝土。IC 被限制到小于 2 安培，以确保氯化物达到钢和 MInimize 钢的质量损失，如果任何。需要注意的是，所施加的电流理论上不会造成任何的钢的质量损失的重要；即使不通过实际测量确定啊 F 氯含量在钢的水平，目的是推动氯化物在约 1.5 小时内钢液面（考虑保护层厚度和混凝土的质量）。梁在同一粘结剂类型、钨/硼比和盖层深度的串联中，适当的阳极集成电路连
11、续 1.5 小时。所施加的集成电路电流如下，在每一种情况下，重新分别为 20 毫米和 40 毫米的覆盖深度：（一）pc-40：0.03 和0.13，（b）fa-40：0.44 和 1.67，（C）fa-55：0.25 和 1.01，（d）sl-40：0.57 和 1.70，和（e）sl-55：0.44 和 1.67，1.5 个小时后，所有的72 根梁进行串联，8.6 一申请另一个 2 小时的有效电流这是 E 我原以为在一个约 0.1 所有标本cm2，腐蚀率的结果，即假定整个暴露的钢表面面积86 cm2 偏振。腐蚀速率为 0.1cm2 通常采取表示从被动转变为主动（启动）（传播）腐蚀24,25。
12、2.3。裂纹诱导与监测为便于形成一个预腐蚀的横向（弯曲）的裂纹在机器装载时，一个 1 毫米厚的4 毫米厚的毫米深的聚氯乙烯片材的纵向中心的纵向中心作为放置在每个光束的中心（横向）在铸造过程中，聚氯乙烯片材被嵌入在光束模具，并没有保持在光束后，在 24 个小时的。诱导后的活动 E 腐蚀，梁（除不开裂的）预裂荷载下三点弯曲机。0.4 和 0.7 毫米的裂纹试样，然后放置在个别装载钻机，他们整个实验的持续时间（图 2）。确保 0.4 毫米和 0.7 毫米的裂缝宽度保持不变，可拆卸的机械（demec）螺栓放在展在克里特岛的表面裂纹之间的距离钉监测每周使用 100 毫米 demec 计。在图 2 所示的
13、装载台，然后用于调整所需的裂缝宽度（通过螺栓和螺母。2.4 暴露环境诱导活性腐蚀后，一半的标本在暴露实验室加速腐蚀，而另一半却被迫在海洋潮汐区接受自然腐蚀。暴露实验室-加速腐蚀实验室标本（见图 3）用 5%的 NaCl 溶液连续润湿 3 天后紧接着在（温度：252C 和相对湿度：505%）的条件下进行为期 4 天的干燥实验。现场暴露-自然腐蚀该领域的标本在开普敦的潮汐海洋区（表湾海港）被暴露并进行自然腐蚀-见图4。在暴露的网站上显示的测得的海水的盐度（氯离子含量）大约是 2%（在实验期间的随机时间间隔情况下，平均 10 个样本，标准偏差= 0.02%）。大气温度和相对湿度暴露领域的湿度范围为1
14、 至 37，分别为 83%和 65。此类标本被安置在高低潮痕为 7 行，总长度约 5米的外海行（靠近海水）和内地行（靠近陆地的）（见图 4）。因此认为他们的暴露具有相似的海洋潮汐条件。在此类标本曝光之前，除了有指定的覆盖深度，所有此类标本的外部，都是用环氧涂层从干燥的表面防止腐蚀剂的侵蚀（CL，O2 和 H2O），干燥的表面。这确保了氯化物和实验标本一样，只能从指定深度覆盖的表面侵入混凝土。2.5 腐蚀速率和半电池电位测量恒电量技术进行腐蚀速率测量。这是一个在在短时间内，小开关被用于检测钢铁和潜能的方法，确定极化电阻 RP，26,27。RP 与腐蚀电流有关，由船尾Geary 系数 B 即腐蚀电
15、流= BRP 即方法 B 是斯特恩 Geary 系数 13 和 52 MV 取决于钢的腐蚀状态（即被动或主动）。腐蚀值为 26 mV（主动）钢和 52 mV 的被动钢在混凝土的情况下，已经被建立并且被大量研究人员使用 28，30 。因此，在这项研究中，使用了 26 个压的值。腐蚀电流密度仍然被表示为 D：icorr =Icorr/A。这里的 A 是指约 86 平方厘米所暴露出的钢表面面积。我们是用 HP 34970A 数据采集单元和 MATLAB程序分析来收集数据的。半电池电位（HCP）的读数，以银/氯化银（Ag/AgCl）为参考电极，是和腐蚀速率测量同时进行的。对于一个给定的暴露和测定参数，
16、三个标本被双周检测为了腐蚀速率和 HCP。对于每一个组合的粘合剂类型，覆盖深度和裂缝宽度，对三个独立的样本读数进行了测量然后平均后得到的一个结果。在某些情况下，用格拉布离群试验将三个读数中的某一个数值被排除（作为一个异常值） 31 。3、结果与讨论腐蚀速率和 HCP 的结果是那些收集的试样各自暴露在长达 122 周的环境（约 2年）。这个样本的符号用于表示的结果如图 5。任何腐蚀速率随时间变化图和HCP -时间图都用“周零”对应的时间当标本分别放置在各自的暴露环境中，第一次测量是在在各自的环境中暴露 2 周后的测量。平均腐蚀率和平均 HCP”作为本次论文的参考，分别对测量腐蚀速率和 HCP 的 104 周和 120 周之间的算术平均。这个时间间隔代表提出对各自的参数的时间发展趋势的合理的平台期。应该指出的是，即使平均腐蚀率为野外标本也阻止采后 104 周和 120，这些都没有被视为长期稳定的腐蚀速率为实验室标本的情况。时代的发展在这些 SPE腐蚀率
