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1、混凝土外加剂结课论文混凝土钢筋阻锈剂学生姓名孙东宇学号11410103班级专业名称材料科学与工程专业11级1班任课教师金分树材料科学与工程学院混凝土钢筋阻锈剂摘要：中国是海岸线长的国家，内陆还有大范围的盐碱地，更值得注意的是，中国广大 北方地区正在大量使用氯盐作为化冰盐。此外，中国工业建筑中的钢筋腐蚀比国外明显 严重。基础设施是国家的经济命脉，又与人民生活休戚相关。在中国，以基础设施为主 的钢筋腐蚀破坏，已经造成很大的危害，而未来潜在的威胁更是不可低估的。就“撒盐” 的危害而言，中国北方地区，一方面“撒盐”逐年大幅度增加，另一方面又不采取防护 措施，以北京为例，1991年撤盐400吨，2001
2、年撒盐约3000吨，但桥梁设计规范 中却没有防盐腐蚀措施的规定。使用不满20年的西直门立交桥，钢筋腐蚀破坏严重（已 重建），东直门桥钢筋腐蚀明显（已修复加固），三元桥等也有钢筋腐蚀迹象。据悉, 天津等市内立交桥也有同类情况发生。就海洋环境腐蚀而言，中国的海港码头、滨海设 施、水工工程，更是有大量钢筋腐蚀破坏的事例，大多达不到设计寿命的要求。大量修 复工程已经或正在进行，可惜没有经济损失的统计数据。参照国外资料，按占GDP的 12 %计算，中国与钢筋腐蚀有关的经济损失（2000年计），约为9001800亿 元（此推算数据仅供参考），这应该是个惊人的数字。中国正在进行大规模的基础设 施建设，在钢筋
3、腐蚀危害方面，我们自己的经验教训应该认真总结，国外的经验教训更 值得认真吸取，避免重走“吃大亏”的老路。关键词：混凝土，阻锈剂，生锈机理一钢筋腐蚀危害以往有资料报道，美国腐蚀损失的40 %与混凝土中钢筋腐蚀相关。近期，美国腐蚀 工程师学会（NACE）发布的数据表明，美国每年的总腐蚀损失已达3000亿美元，占国 民生产总值（GDP）的4.2 %。另有报道指明，以基础设施为主的钢筋腐蚀破坏，其年经 济损失达1500亿美元（占总腐蚀损失的50 %、占GDP的2 %）。单就桥梁而言，美 国60万座桥中，已经有40 %承载力不足，年修复费高达2000亿美元。美国技术评估 委员会确认，为维持一座桥，40年
4、内总的修复费，已经相当于四座桥的初建费用！对于以基础设施为主的钢筋腐蚀破坏，美国在总结经验教训的基础上，提出了“以 防为主”的战略，即在腐蚀环境中的建设工程，必须采取防腐蚀措施。另外，在工程建 设中，全面实施“全寿命经济分析”法，一方面明确“寿命期”内的经济责任，另一方 面在保证设计寿命的基础上，初建费加维护费要做到技术、经济合理（用四座桥的费用 维护一座桥显然是极不合理的）。“全寿命经济分析”法曾有如以下例举：氯盐环境，钢 筋混凝土桥设计寿命为40年，采用加钢筋阻锈剂作为预先防护措施，其附加费用为每 平米5 .40美元。若前期不采取防护措施，则15年开始修复，寿命周期40年内累积费用达每平米
5、为108161美元（20多倍）。可见主张前期采取防护措施，具有十 分重大的意义和长远的经济效益。为保证工程质量和结构物的耐久性，中国发布了建设工程质量管理条例（即国 务院279号令）。规定设计单位要“注名工程合理使用年限”，工程承包单位，对于基础 设施的保修期限为“该工程的合理使用年限”。中国首次用政令确立工程质量与使用寿命 的“责任制”。其意义是重大而深远的。势必也对钢筋腐蚀危害的治理起到巨大推动作用。 二混凝土钢筋阻锈剂的分类1按作用机理阳极型：混凝土中钢筋腐蚀通常是一个电化学过程。凡能够阻止或减缓阳极过程 的物质被称作阳极型阻锈剂。典型的化学物质有铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐等。它们能 在钢
6、筋表面形成“钝化膜”早期常用亚硝酸盐来做钢筋阻锈剂的主要成份。此类阻锈剂 的缺点是在氯离子浓度大到一定程度时会产生局部腐蚀和加速腐蚀，被称作“危险性” 阻锈剂。另外该类阻锈剂还有致癌、引起碱骨料反应、影响坍落度等劣点，因此现已很 少作为阻锈剂使用。阴极型：通过吸附成膜，能够阻止或减缓阴极过程的物质。如锌酸盐、某些磷酸盐 以及一些有机化合物等。这类物质虽然没有危险性，但单独作用时，其效能不如阳极型 明显。混合型：将阴极型、阳极型、提高电阻型、降低氧化等多种物质合理搭配而成的综 合型阻锈剂。2. 按化学成分无机型：成份主要由无机化学物质组成有机型：成份主要由有机化学物质组成混合型：由有机和无机化学
7、物质组成3按使用方式和应用对象分掺入型（DCI）:掺加到混凝土中，主要用于新建工程也可用于修复工程。 渗透型（MCI）：喷涂于混凝土外表面，主要用于已建工程的修复。4.按形态分水剂型：国外产品主要是水剂型。粉剂型：国内产品主要是粉剂型。三混凝土钢筋阻锈剂的特点钢筋阻锈剂是一种高效钢筋阻锈剂，掺入混凝土中可以阻止或延缓钢筋锈蚀，从 而延长结构寿命，在国际分类中，属于“掺入型”。该产品适用于普硅和矿渣水泥配 制的混凝土，对粉煤灰、矿渣粉、硅灰和常用的减水剂有较好的相容性。本产品对引 气剂有选择性；在25C以上使用时，有明显早强，促凝作用，并有坍落度损失方面 的影响，必要时可采取缓凝措施。它在钢筋表
8、面形成致密的保护层，当有害离子（如 cl-）侵入混凝土结构中，它能有效的抑制、阻止和延缓钢筋锈蚀的电化学反应过程, 从而延长钢筋混凝土结构的使用寿命。四混凝土钢筋锈蚀机理由于钢筋锈蚀引起钢筋混凝土结构物的破坏已经成为世界性问题。造成钢筋 锈蚀的主要原因是氯盐。氯盐一方面来自混凝土原材料，如拌和水、海砂、防冰盐、 盐雾及氯盐（或含氯盐）外加剂等；另一方面来自使用环境，中国有相当多地下含 氯盐环境，除沿海地区外，还有盐碱地、盐湖地区及盐污染的工业环境等。氯离子能 透过混凝土到达钢筋表面，破坏钢筋表面氧化物钝化膜而使钢筋锈蚀。铁转化成铁锈后，伴有体积的增加，其体积可增大到铁的6倍，致使混凝土保 护层
9、随钢筋膨胀而开裂、起鼓、剥落，钢筋完全失去保护，因此，钢筋的锈蚀速度会 更快，锈蚀使钢筋断面受损，降低钢筋自身的力学性能，特别对处于高应力状态下的 高强预应力钢筋，腐蚀敏感性更高，可能发生突然断裂和造成事故。经过大量的调查研究和经济分析表明，在有氯盐存在的环境中建造钢筋混凝土构 筑物，宜在混凝土中掺加适量的钢筋阻锈剂。在水泥水化过程中生成大量的Ca（OH） 2，使混凝土孔隙中充满饱和的Ca（OH） 2 溶液，其pH值大于12。钢筋在碱性介质中，表面能生成一层稳定致密的氧化物钝 化膜，使钢筋难以锈蚀。但是，当混凝土存在C1 且C1 /OH 的摩尔比大于0.6时，即使 pH12，钢筋表面的氧化物钝
10、化膜也可能被破坏而遭受锈蚀，这是由于氯离子在这些 条件下可以穿透或活化钢筋表面的氧化物保护膜，从而创造电化学腐蚀的条件。氯离子穿透或活化氧化物保护膜，会使钢筋各部位的电极电位不同而形成局部电 池，发生电化学反应：Fe+ 2C 1 FeCl 2 2 FeCl 2 22e - FeCl2FeCl 2很容易进入溶液并发生电离：FeCl 2 - Fe 2 + + 2C1 于是溶液中的Fe 2 +和OH 结合成Fe(OH) 2。Fe (OH) 2又和溶解在水中的氧作用生成Fe(OH) 3，即：4Fe(OH) 2 +O 2 +2H 2 O 4Fe(OH) 3而被腐蚀。而Cl 却可以重新在钢筋表面起作用，周
11、而复始地促使铁的阳极 氧化过程而自身并不消耗。所以氯离子对钢筋的腐蚀作用一旦发生，就会持续地无休 止地进行下去，由此可见其危害性是相当巨大的。另外，氯离子的存在还能造成钢筋表面的局部酸化，降低pH值，从而进一 步促进铁的阳极氧化速度；在钢筋内部存在应力或有外界电流作用时，氯离子将 加剧应力或电化学腐蚀。综合上述研究分析结果，氯离子对混凝土中的钢筋有明 显的破坏作用，为防患于未然，必须严格限制钢筋混凝土中的氯离子含量，否则， 其危害作用将会带来严重后果。但是，当混凝土中的氯离子含量或外界渗入混凝 土中的氯离子无法人为控制时，研究和实践证明，在混凝土中掺加阻锈剂是阻止 或减缓钢筋锈蚀最经济最简便而
12、有效的措施。高性能钢筋阻锈剂的基本组成和作用机理高性能钢筋阻锈剂是由分散组分、阻锈组分、防腐组分以及其它功能组分经 过合理匹配复合而成。分散组分为引气型高效减水剂。高效减水作用导致水泥浆体絮凝结构成为均 匀的分散结构，释放出游离水，使混凝土拌合物达到规定稠度的用水量大大减少， 因此硬化混凝土内部毛细孔隙减少，密实度提高，抗渗透能力显著增强。由于高效减水剂能使水泥颗粒充分湿润，水泥水化充分,水化产物分布均匀， 混凝土内部结构的连续性和均匀性增强，孔径细化，缺陷减少，从而使氯离子的 渗透或扩散作用大大减弱，减缓了造成钢筋锈蚀的可能性。引气成分吸附到气液界面上以后，表面自由焓降低，即降低了溶液的表
13、面张力，使混凝土拌合物在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡，气泡直径 和间隔系数大多在200m以下，从而提咼了水泥的保水能力，使混凝土拌合物 的泌水性能大为减少。由于气泡的阻隔，使混凝土拌合物中自由水的蒸发路线变 得曲折、细小、分散，因而改变了毛细管的数量和特性，也使混凝土的抗渗性显 著提高，由于气泡有较大的弹性变形能力，对由、水结冰所产生的冰晶应力有一 定的缓冲作用，因而大幅度提高了混凝土的抗冻融破坏能力，使混凝土内部结构 遭受损伤的可能性显著降低，因此可以避免外界氯离子乘虚而入。2.阻锈组分阻锈组分为钝化剂和氧化物保护膜修补剂，它能促使钢筋表面产生一层以 Y-Fe 2 O 3或Fe 3
14、O 4为主要组成的氧化物钝化膜，该膜厚度约为20? 100?，并修补钢筋表面的缺陷，使整个钢筋被一层氧化物钝化膜所包裹，致密 性稳定性很好，能阻止氯离子穿透，降低铁离子的游离速度，从而达到防锈目的。3防腐组分由于钢筋混凝土结构外部的介质首先腐蚀混凝土，然后通过混凝土影响钢 筋。事实上对钢筋而言，混凝土即是决定钢筋性能的一种介质。所以，提高混凝 土自身的防腐能力是确保钢筋免于锈蚀的基本条件。可造成混凝土腐蚀的外部介 质有酸性土壤及土壤或地下水中所含CO 2、HCO、SO、Cl 、Mg 2+、 NH等，其中，Cl 直接锈蚀钢筋，其余的则先腐蚀混凝土，最终导致钢筋锈 蚀。在混凝土中掺加防腐剂，能提高
15、混凝土自身的防腐能力，从而减缓对钢筋的 腐蚀。这是由于防腐剂可与有害物质化合成不溶性盐类或络合物，并借助于扩散 作用从混凝土中浸出。另外，防腐剂还能抑制Cl 的活化作用或加速Cl 化 合成难溶的水合氯铝酸钙，从而减缓其对钢筋的直接影响。五防止钢筋腐蚀的技术措施可归纳为两大类。其一是提咼混凝土自身的防护能力，如咼性能混凝土； 其二被称作“附加措施”，主要包括：混凝土外涂层、特种钢筋（如环氧涂层 钢筋、不锈钢钢筋等）、阴极保护及钢筋阻锈剂。作为耐久性措施，美国混凝 土学会（ACI）确认，涂层以外的上述三种措施，能达到长期有效的防护目的。 此三种措施各有特点与利弊，而在提高混凝土密实性的基础上，掺用
16、钢筋阻锈剂， 是最通常使用的方法，而且是最简单、经济和效果好的技术措施。因此，钢筋阻 锈剂的研究与工程应用，得到了十分迅速的发展。有统计表明，1993年，全世 界约有2000万m 3的混凝土使用了钢筋阻锈剂，而到了 1998年，至少有5 亿m3的混凝土使用了钢筋阻锈剂（5年增长20多倍!），可见发展趋势之 迅猛。以下介绍钢筋阻锈剂的性能、工程应用等情况。一、COR钢筋阻锈剂钢筋锈蚀影响构筑物耐久性与安全性，已成为世界性问题，COR钢筋阻锈剂 是我公司同中国建筑材料科学研究院、浙江大学合作开发的复合型混凝土外加 剂。掺入混凝土能阻止或大幅度减缓钢筋锈蚀速度，可延长结构物寿命23倍。 且具有一定的减水率、增强抗渗效果好、改
