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1、附件：固废制备的活性粉末混凝土抗氯盐侵蚀电化学测试方法编制说明固废制备的活性粉末混凝土抗氯盐侵蚀电化学测试方法编制组二零一三年一月项目名称：固废制备的活性粉末混凝土抗氯盐侵蚀电化学测试方法项目统一编号：承担单位：标准所技术管理负责人：标准处项目负责人：1 背景1.1 任务来源任务来源于国家科技支撑计划项目重点工业领域资源高效利用共性技术标准研究，该项目子课题工业固废综合利用检测标准体系及检测标准研究（2011BAB02B05）中的任务之一就是活性粉末混凝土在氯盐环境中的抗氯离子侵蚀测试方法标准的研制。同时，固废制备的活性粉末混凝土抗氯盐侵蚀电化学测试方法（计划编号：20120297-T-469
2、），根据国标委综合【2012】50号下达的“关于下达2012年第一批国家标准制修订计划的通知”的要求，由北京建筑材料科学研究总院、中国标准化研究院、北京大学等单位负责标准的编制工作，全国产品回收利用基础与管理标准化技术委员会（SAC/TC415）进行归口管理。由于活性粉末混凝土出现的较晚，而且与普通混凝土相比不仅具有优异的性能，同时在抗氯离子侵蚀方面也具有一定的特性，目前还没有对其抗氯离子侵蚀进行评价的相应标准，所以为了更好的评价活性粉末混凝土的抗氯离子侵蚀，推动RPC产品的推广应用，开展了固废制备的活性粉末混凝土抗氯盐侵蚀电化学测试方法的研制工作。1.2 工作过程2010年，承担单位接受任务
3、后，成立了由混凝土、金属材料、电子仪器等专业领域研究人员组成的编制组，收集并研究量的科学资料，提出了科学的技术路线和工作内容。2011年，承担单位就标准所需要的检测方法研制出一台“钢筋混凝土抗氯离子侵蚀快速评价装置”，该仪器可以从：（1）腐蚀萌发时间，（2）混凝土的抗渗性能，等方面全方位的评价其腐蚀状态。2011年，在技术路线和设备研制的基础上，形成了固废制备的活性粉末混凝土抗氯盐侵蚀电化学测试方法的草案。2012年，对RPC试件进行了大量的测量工作，不仅验证了仪器的稳定性和准确性，同时对固废制备的活性粉末混凝土抗氯盐侵蚀电化学测试方法的可行性进行了确认。2012年10月，针对固废制备的活性粉
4、末混凝土抗氯盐侵蚀电化学测试方法草案召开专家讨论会，在试验和专家意见的基础上对其进行修订。2 制定标准的必要性2.1 煤矸石固废的综合利用的标准缺失典型工业固体废弃物，如煤矸石、粉煤灰等具有面大、量多、危害性强的特点，所以其综合利用技术及设备评估技术是当前资源高效利用工作重要增长点。煤矸石是煤炭开采过程的副产品，其主要成分是氧化硅和氧化铝，约占煤炭产量的15%20%，存量更是超过45亿吨，而且以每年1.5亿吨/年的速度增加，由于其成分稳定性差，利用率极低，因此堆积的煤矸石占用大量土地还对周围环境造成严重污染。我国粉煤灰排放量截止到2008年，达到1.9亿吨，历年来排放总量达到11.5亿吨，而且
5、每年正以1000万吨的速度增加。粉煤灰的露天堆放不仅占用耕地，污染大气，而且随降水渗入地下则会污染水源。早在六十年代末期，人们就开始关心影响环境的空气、水和固体废物的污染问题。到七十年代, 资源的控制及有效利用等问题, 更成为大家注意的中心。综合利用是实现固体废物资源化、减量化的最重要手段之一，在废物进入环境之前，对其加以回收利用，可以大大减轻后续处理处置的负荷。虽然近年来，我国在工业废物的利用的技术开发方面上取得了长足的进步，许多资源综合利用技术也越来越成熟，但煤矸石、粉煤灰等典型工业废弃物综合利用检测技术落后，缺乏相关标准，以及活性粉末混凝土成本较高，难以推动市场主体积极开展量大、面广的典
6、型工业废弃物的高值利用。技术标准在工业领域资源高效利用方面具有重要的支撑和推动作用。“十一五”期间，资源高效利用标准化工作得到了快速发展，但仍存在不少问题，主要表现在三个方面。一是重要共性技术和标准缺失，标准缺乏科学合理有效的共性技术研究作为支撑，不利于资源高效利用技术的选择和应用。如能量系统优化共性技术及关键技术标准的缺失使各行业难以采用能量系统优化方法推动能源管理；又如节能量测量和验证共性技术及系列标准的缺失严重制约了节能服务行业的快速健康发展；二是现有标准技术指标落后，共性技术和标准开发的延续性和系统性不强，制约了相关技术的推广应用。尽管本领域已经开展了重要技术和标准的研究工作，但整体而
7、言资源高效利用技术和标准研发仍处于分散无序的状态，国家相关部委颁发的资源综合利用技术和产品目录缺乏有效的评估技术支撑，众多资源高效利用先进技术和产品得不到推广应用，远不能满足当前节能减排和建设两型社会的需要。三是技术和标准的试点示范不多，共性技术和标准化成果的应用和推广机制不足。当前，急需在现有资源高效利用共性技术研究基础上，进一步针对重点工业系统，实现共性技术和标准研究的突破，从而充分发挥技术标准对资源高效利用工作的支撑和推动作用。2.2 煤矸石制备活性粉末混凝土的优越性典型工业废弃物煤矸石、粉煤灰的高值利用技术较多（生产化工产品，提取贵金属元素，制备活性粉末混凝土等），选择了采用煤矸石、粉
8、煤灰制备活性粉末混凝土（RPC）技术。首先，此技术符合了资源综合利用技术政策大纲中推广煤矸石用于生产建筑材料技术的要求，同时代表了混凝土制造技术的先进水平，可以给建材行业的发展带来新的契机。其次，活性粉末混凝土应用范围广泛，使用量巨大，可以大量消耗典型工业废弃物，不产生二次废弃物，这是其他高值利用技术无法比拟的，例如煤矸石中的Al2O3的含量达到35%之后，可以用于生产铝系产品，又会产生二次废弃物需要进行后续处理；同样粉煤灰在提取贵金属元素后，也会产生二次废物。最后，由于RPC的超高强度与高韧性，在同等承载力条件下，RPC材料的水泥用量几乎是普通混凝土与高性能混凝土（HPC）的1/2；生产过程
9、中不可再生的自然资源骨料的用量，RPC材料用量只分别为HPC和普通混凝土的1/3与1/4，所以此技术具有节能减排效果明显的优势。按照每年10亿立方米混凝土计算，仅煤矸石、粉煤灰可以作为混凝土掺合料（掺量按10%计算）一项就能少生产水泥0.3亿吨，节约标准煤110万吨，减少CO2气体排放1000万吨，同时减少其他有毒有害气体排放125万吨。如果用RPC取代现有的混凝土，则可以降低水泥产量1.5亿吨，节约标准煤550万吨，减少CO2气体排放5000万吨，同时减少其他有毒有害气体排放625万吨。2.3活性粉末混凝土抗氯离子侵蚀标准的缺失从材料腐蚀与防护学的角度来看，混凝土是一个由孔隙、水化水泥浆体和
10、沙石集料组成的气相、液相和固相三相共存的非均质材料复合材料体系。钢筋在混凝土中的腐蚀是在三项共存的界面区发生的，混凝土中三相的组成和界面结构随服役环境的变化而变化，混凝土材料表层因碳化、冰冻、化学腐蚀、盐溶液的渗透、碱集料反应等原因造成的破坏或变化，均对混凝土中钢筋的腐蚀产生重要影响。其中混凝土中钢筋的腐蚀是钢筋混凝土结构早期失效的主要原因之一，由此带来的损失是触目惊心的。在混凝土中一般都能满足前三个条件，但是我们发现，混凝土中钢筋此时一般不发生腐蚀，这是由于在通常情况下，混凝土孔隙溶液中充满着水泥水解时产生的Ca(OH)2过饱和溶液，混凝土具有很高的碱性。当采用波特兰水泥时，孔溶液中由于钾、
11、钠离子的存在，pH值一般超过13.2，高质量的混凝土pH值通常为13.5。钢筋在这种高碱性的环境中，表面沉积一层致密的碱性钝化膜而处于惰性状态。只有当位于混凝土中的钢筋表面钝化膜被破坏后，钢筋处于活化状态，一旦钢筋表面有水溶液和氧存在，钢筋就具备了电化学腐蚀的条件。钝化区作为阴极，活化区作为阳极，水溶液为电解质，形成局部电池；由于钢筋中含有杂质，混凝土本身的不均匀性以及各部位所处的环境条件的差异，产生电位差，引起电流，在钢筋表面形成了微电池，钢筋就开始发生电化学腐蚀，阳极反应产生的电子通过钢筋送往阴极，阴极反应产生的氢氧根离子通过混凝土的孔隙以及钢筋表面与混凝土间的空隙中的电解质被送往阳极，从
12、而构成电回路的阴阳极腐蚀电池，使电化学过程得以实现，最终钢筋表面的铁原子不断失去电子而溶于水，从而逐渐被腐蚀。混凝土内部或外界侵入的氯离子和大气中的CO2等酸性气体通常充当破坏钝化膜的罪魁祸首，其中以氯离子引发的腐蚀最为严重。活性粉末混凝土的各项性能与普通混凝土材料有较大区别，其设计和施工除特别指明外，不能直接套用现有混凝土材料的有关规定进行。所以发展一种固废制备的活性粉末混凝土抗氯盐侵蚀电化学测试方法十分必要。3 标准制定原则与思路3.1 制定原则在准确的前提下，快速完成活性粉末混凝土抗氯离子侵蚀的全面评价。准确指的是，测试的过程一定要科学合理，结果精确并具有良好的可重复性；快速指的是，试验
13、过程应该在相对较短的时间内完成；全面指的是，采用多个指标从多方面对活性粉末混凝土的抗氯离子侵蚀进行评价。3.2 制定思路由于活性粉末混凝土是以超细活性粉末、水泥、石英砂细骨料、矿物掺合料、高强度纤维等原料经过某种热养护工艺生产的水泥基复合材料，其内部结构非常致密，氯离子在其中的渗透速率相当低。所以其制定思路为：研究现有混凝土抗氯离子侵蚀评价方法；研究加速氯离子渗透的方法；研究评价活性粉末混凝土抗氯离子侵蚀的相关指标（抗渗性能、腐蚀萌发时间）。4 标准制定的主要内容和依据4.1 适用范围标准的适用范围为：适用于配筋活性粉末混凝土（不含导电纤维）在氯盐环境中的抗氯离子侵蚀测试。4.2 试样设备4.
14、2.1 搅拌设备由于活性粉末混凝土为低水灰比，且比较粘稠的材料，所以采用强制式搅拌机，其搅拌速度不低于45转/分。4.2.2 蒸压釜蒸压釜应符合JC/T 720中技术要求的规定。4.2.3 钢筋混凝土抗氯离子侵蚀快速评价装置为了能够准确快速的完成抗氯离子侵蚀的测试，所以对此装置提出了如下要求：1、可以给电渗池提供0-30V连续可调的直流电渗电压；2、可以监测活性粉末混凝土试块内部的温度；3、可以对电渗池进行实时监测，即分别监测微安级别的宏电流和毫安级别的电渗电流；4、当监测到宏电流急剧增加，并超过特定限值时，可以自动停止电渗加速腐蚀试验。满足以上要求的其他设备同样也可以用于完成试验。4.4 试
15、样的制备4.4.1 电极制备为了方便计算电极的面积，所以采用了碳钢片作为工作电极。同时，采用了阳极面积：阴极面积=1:16的比例用来加速浸泡电极的腐蚀，更接近钢筋在实际使用中的状态。4.4.2 模具制备采用了150mm150mm10mm的模具，首先是为了方便电渗池的选择，可以通过对于市售的条形模具加工制成电渗池；其次采用10mm的厚度，是为了方便氯离子在密实度较高的活性粉末混凝土中的渗透，缩短试验周期。4.4.3 活性粉末混凝土试件的制备活性粉末混凝土的配制是参考了客运专线活性粉末混凝土（RPC）材料人行道挡板盖板暂行技术条件中4.5主要工艺技术要求章节来完成的。4.4.4 活性粉末混凝土试件的养护活性粉末混凝土的配制是参考了客运专线活性粉末混凝土（RPC）材料人行道挡板盖板暂行技术条件中4.5主要工艺技术要求章节来完成的。4.4.5 活性粉末混凝土试件的加速腐蚀4.4.5.1现有混凝土抗氯离子侵蚀评价方法目前用于研究钢筋在氯离子环境中的腐蚀行为的方法有很多种，总结起来主要有以下几种，并且由于其各自的缺点，不能满足研究混凝土中钢筋抗氯离子侵蚀的评价需要。(1) 模拟混凝土孔溶液法模拟混凝土溶液法就是在分析混凝土溶液成分的基础上，采用一定的化学试剂按照一定的配
