钢筋在混凝土模拟孔溶液中的腐蚀研究

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素.研究了模拟孔溶液pH值、Cl-浓度、SO2-4浓度以及空气等对钢筋锈蚀的影响.试验结果表明:随溶液pH值降低,钢筋锈蚀程度增加.随孔溶液中Cl-浓度增加,锈蚀钢筋增重率线性增加.依据钢筋增重率判断,Cl-导致钢筋锈蚀临界值为0.065%.氯盐溶液中SO2-4存在使钢筋锈蚀速度变为原来的2~3倍.将腐蚀溶液中钢筋与空气隔绝将延缓钢筋锈蚀.     

碳化与氯盐对混凝土孔溶液中钢筋钝化的影响

采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM),研究了碳化与氯盐腐蚀作用下,混凝土孔溶液中钢筋锈蚀物的组成和微结构特征,阐明了腐蚀因素作用下钢筋的腐蚀机理.结果表明:含氯盐混凝土孔溶液中钢筋表面钝化膜和锈蚀物共存,锈蚀物表面较为致密,主要组成为FeOOH和FeO;碳化混凝土孔溶液中钢筋表面有黄黑色锈蚀物生成,锈蚀物呈疏松多孔棒状,主要组成为FeOOH、Fe_3O_4和Fe_2O_3;碳化与氯盐复合混凝土孔溶液中钢筋表面有大量黄褐色锈蚀物生成,锈蚀物表面呈分层剥落状,主要组成为FeOOH、Fe_3O_4和FeCl_3,其中FeOOH含量高达60%以上;从含氯盐混凝土孔溶液到碳化混凝土孔溶液再到碳化与氯盐复合混凝土孔溶液,钢筋锈蚀物中Fe的XPS扫描峰值逐渐增强,Fe的氧化物含量增多,钢筋腐蚀越来越严重.     

粉煤灰混凝土钢筋腐蚀氯离子门槛值研究

为研究引起混凝土内钢筋锈蚀的氯离子临界门槛值,制作了15%、30%和45%三种粉煤灰替代率和0.1%、0.5%、1.5%、3.0%和5.0%五种氯离子含量的混凝土试件.在试件90 d龄期分别测试了钢筋的腐蚀电位、腐蚀电流密度、阳极极化曲线、阴极极化曲线和混凝土电阻率、孔隙液pH值、自由氯离子含量等参数.试验结果表明:粉煤灰的添加与不同替代率对钢筋腐蚀的氯离子门槛值并无明显影响,粉煤灰混凝土与普通水泥混凝土的氯离子门槛值基本接近,约为胶凝材料重量的0.8%(自由氯离子);但当氯离子含量超过了,门槛值钢筋进入腐蚀状态之后,由于粉煤灰混凝土较低的氧扩散系数和较高的混凝土电阻率,粉煤灰混凝土较普通水泥混凝土对钢筋的腐蚀仍然能够提供较高的保护.     

浅谈混凝土中钢筋锈蚀的产生与防止措施

阐述了钢筋锈蚀机理，从pH值、Cl^-含量、混凝土保护层等多方面，分析了混凝土中钢筋锈蚀的影响因素，并从合理选材、提高混凝土密实度、增加保护层厚度等方面，提出了防止钢筋锈蚀的措施。     

磨细矿渣微粉降低混凝土内氯离子渗透性的研究

本文采用ASTMC1202导电量法与“显色法”相结合,对大掺量磨细矿粉混凝土内Cl^-的渗透性进行了研究,发现大量磨细矿粉是混凝土水化密实和固化Cl^-的物质基础。大量磨细矿粉混凝土内Cl^-渗透性比普通混凝土降低4～5倍,能有效遏止Cl^-对钢筋的电化学腐蚀,可以成倍地延缓钢筋锈蚀的时间。磨细矿粉粉体材料在混凝土抗海水腐蚀方面有优越的性能表现。     

钢筋混凝土的银电极阳极氧化除氯

混凝土孔溶液中存在的超临界氯离子含量的氯化物会加速混凝土中钢筋的锈蚀,为此提出了银电极阳极氧化除氯方法.结果表明,经过银电极阳极氧化除氯后,混凝土孔溶液中氯离子含量降低,钢筋极化电阻(Rp)提高,混凝土电阻(Rc)、钢筋钝化膜电阻(Rf)、钢筋钝化膜电容(Cf)及钢筋混凝土扩散阻抗系数(σ)得到改善,有效地提高了混凝土中钢筋的抗锈蚀性能.     

碳化及氯离子交互作用下混凝土内钢筋的锈蚀行为

试验研究了加速碳化和氯离子诱导交互作用下混凝土中钢筋的锈蚀行为.利用电化学工作站测试了混凝土中预埋钢筋加速腐蚀过程中的腐蚀电位和腐蚀电流密度.结合钢筋周围氯离子浓度及pH值的变化,分析了碳化和氯离子对钢筋锈蚀的影响规律.结果表明:氯离子的渗入可快速导致钢筋锈蚀;在碳化和氯离子交互作用下,碳化对钢筋锈蚀过程具有延缓作用.     

无机添加剂对混凝土性能影响的电化学研究

应用3×3阵列丝束电极模拟研究了混凝土中钢筋的腐蚀.将混凝土试样浸泡在10%NaCl溶液中,通过测量铁丝束电极的自腐蚀电位,获得了在不同埋置深度时,铁丝腐蚀的电位分布信息,研究了加入不同无机添加剂对它的影响.结果表明,普通混凝土中铁丝腐蚀不均匀,自腐蚀电位较分散,电位随时间负移.加入20%粉煤灰,铁丝自腐蚀电位负移量减少,腐蚀程度显著下降;加入4%NaNO2,铁丝自腐蚀电位负移量比加入粉煤灰更少,铁丝的腐蚀程度明显减少,但NaNO2作为阻锈剂存在局限性;当混凝土中同时添加粉煤灰和NaNO2时,电位负移速度减缓,但达不到单独添加粉煤灰或NaNO2时的防腐效果.比较得出,单独加入粉煤灰防腐效果最好.     

混凝土构件中钢筋锈蚀的中子断层扫描成像

制备了小型混凝土构件,通过三点弯曲诱导裂缝和氯盐溶液干湿循环加速其中钢筋锈蚀,采用自然电位法监测钢筋的腐蚀电位,并采用中子断层扫描成像技术对钢筋锈蚀产物分布进行了分析.结果表明:钢筋混凝土构件经过85次氯盐溶液干湿循环后,采用中子断层扫描成像技术对其进行三维扫描成像,可直观呈现钢筋锈蚀产物分布状况;钢筋锈蚀产物集中分布于裂缝断面钢筋与基体界面的底部区域,并沿界面逐渐向外扩展,符合氯盐诱导钢筋锈蚀的坑蚀规律.这为研究混凝土结构中钢筋的锈蚀机理提供了一种新的试验方法.     

复合盐溶液中钢筋锈蚀对混凝土的损伤研究

对硫酸盐和氯盐复合溶液浸泡下的钢筋锈蚀规律进行了试验研究,探讨了弯曲荷载对钢筋锈蚀的影响。采用电化学方法评价钢筋的腐蚀状况,用钢筋锈蚀电位和钢筋锈蚀速率反映钢筋的锈蚀程度。根据钢筋锈蚀产物在混凝土最外边缘拉裂处所产生的环向拉应力定义混凝土受钢筋锈蚀影响的损伤度Ds,建立了损伤度与锈蚀电流密度、锈蚀时间的方程,并进行了模型验证。     

电极工作面积和孔隙液pH值对钢筋脱钝临界氯离子浓度的影响

基于模拟混凝土孔隙液中的钢筋脱钝试验,揭示了钢筋电极的工作面积和模拟混凝土孔隙液的pH值对钢筋脱钝过程中开路电位、极化电阻和腐蚀电流密度的影响规律,确定了不同钢筋电极工作面积和pH值条件下钢筋脱钝的临界氯离子浓度,分别建立了钢筋电极工作面积和模拟混凝土孔隙液pH值与钢筋脱钝临界氯离子浓度之间的定量关系.结果 表明:随着钢筋电极工作面积的增大,钢筋脱钝的临界氯离子浓度降低;随着模拟混凝土孔隙液pH值的增加,以自由氯离子浓度[Cl-]表征的临界氯离子浓度增加,而以[Cl-]/[OH-]表征的临界氯离子浓度降低;与开路电位和极化电阻相比,钢筋脱钝过程中腐蚀电流密度的突变点更加明显.     

Effect of rebar coating on corrosion resistance and bond strength of reinforced concrete

The objective of this study is to assess the corrosion resistance of zinc-coated and coating effect on the bond strength between concrete and reinforcing steel. Potentiodynamic polarization method was utilized to determine the corrosion rates of carbon steel and zinc in both pH 12 solution and 3.5 wt% NaCl solution. In addition, cylindrical specimens were cast and exposed to 3.5% NaCl solution and a direct current density (0.5 mA/cm²) was applied to accelerate the corrosion process. Open circuit potential (OCP), direct current polarization resistance were obtained to evaluate the rebar corrosion.Potentiodynamic polarization curves show that the corrosion rate of zinc is higher than carbon steel in pH 12 solution but lower in 3.5% NaCl solution. The bond strength of uncoated rebar is 5–10% less than zinc-coated rebar before aqueous immersion test. The bond strength decreases with an increase in corrosion rate for uncoated rebar and zinc-coated rebar. After 14-days accelerating corrosion process, the reduction ratio of bond strength for zinc-coated rebar is less than uncoated rebar.     

扫描微电极法研究钢筋局部腐蚀行为

应用扫描微电极法原位测量了模拟混凝土孔隙液中钢筋表面微区的电位分布,并结合动电位极化曲线的测量,研究了钢筋的局部腐蚀行为及模拟混凝土孔隙液pH值和Cl-浓度对它的影响.结果表明,在饱和Ca(OH)2溶液中,钢筋处于钝态,其表面微区电位分布为动态平衡;溶液的pH值降低和外加一定浓度的Cl-后,钢筋表面微区电位分布随之变化.当表面微区电位分布出现固定的突出电位峰时,钢筋发生了点腐蚀.在pH=12.00,外加Cl-浓度为0.05 mol/L或pH值降至10.16的Ca(OH)2溶液中,钢筋表面去钝化,发生腐蚀.     

表面防水处理对氯离子侵蚀混凝土中钢筋锈蚀的影响

采用半电池电位法对四种不同条件下钢筋混凝土中的钢筋锈蚀情况进行了测定,分析了硅烷溶液防水剂、Cl-及水胶比对钢筋锈蚀的影响.试验结果表明:水胶比越大,钢筋开始锈蚀的时间越早,锈蚀的程度越严重;对于含有初始氯离子并且锈蚀已经发生的钢筋混凝土,表面防水处理不能够有效控制钢筋锈蚀;对于有外界Cl-侵蚀的钢筋混凝土,硅烷溶液防水剂能有效地降低由于Cl-引起的钢筋锈蚀的概率,并且延缓钢筋锈蚀的时间.     

含防冻剂混凝土钢筋阻锈机理的研究

通过掺氯化钠和亚硝酸钠的模拟混凝土孔溶液中钢筋阳极极化曲线的测定 ,发现未掺氯化钠混凝土中钢筋 ,钝化膜比较稳定 ,钢筋不易腐蚀。而掺氯化钠混凝土中钢筋由于起坑电位降低 ,容易因电化学极化作用产生腐蚀。掺亚硝酸钠可以防止氯化钠引起的起坑电位的降低 ,抑制钢筋腐蚀。     

Numerical simulation of the probability of corrosion initiation of RC elements made of reinforcing steel with improved corrosion performance

Abstract

Steel reinforcing bars in concrete are protected from corrosion by a thin oxide film that is created on the steel surface in the highly alkaline environment of the concrete. Corrosion process begins once this oxide film is destroyed, for example, by chloride ions penetrating from the element surface into the concrete and to the steel rebar. Critical chloride concentration is highly variable owing to numerous factors such as the type of reinforcing steel used. The TransChlor® software is used to simulate the time history of chloride ion ingress and corrosion initiation into a typical reinforced concrete structural element with four different types of reinforcing steel, namely, carbon steel, ferritic stainless steel (1.4003) with rolling skin, duplex stainless steel (1.4462) and ferritic stainless steel (1.4003) with pickled surface. A climate model is used to simulate two different exposure conditions of the structural element, namely direct and mist exposure, representatives for winter conditions in mountainous and lowland areas. A probabilistic method is applied to consider uncertainty of material properties in the model. The results show that reinforcing steel bars with enhanced corrosion performance significantly improve the durability of reinforced concrete.     

两种表面状态钢筋在氯盐环境下的腐蚀特征

采用电化学测试方法并结合显微观测技术,对混凝土模拟孔隙液中2种表面状态钢筋试件进行阳极极化试验,研究在不同氯离子浓度环境下钢筋锈蚀的变化过程.结果表明:在混凝土模拟孔隙液中无氧化皮裸筋与带氧化皮钢筋均能发生钝化,且钝化膜稳定性随氯离子浓度上升而变差,带氧化皮钢筋较无氧化皮裸筋的钝化膜更易破坏;同等氯离子浓度下,带氧化皮钢筋维钝电流较无氧化皮裸筋约大1个数量级,腐蚀更为严重.     

矿物对混凝土中钢筋锈蚀的试验研究

通过检测钢筋电位以及腐蚀电流密度的变化,比较了矿粉、粉煤灰对混凝土中钢筋锈蚀速率的影响.试验结果表明:由于矿粉、粉煤灰能改善混凝土抵抗氯离子渗透的能力,因而能延缓混凝土中钢筋的锈蚀.钢筋电位与腐蚀电流密度的变化情况基本一致,可以作为混凝土中钢筋锈蚀情况的判断依据.     

纤维混凝土护筋性能试验研究

混凝土中钢筋的腐蚀是一个电化学过程,而半电池电位是判断钢筋状态的重要依据。为此,在纤维混凝土护筋性能试验中,对有关问题进行了研究,并用半电池电位判断纤维混凝土中钢筋的状态,比较其护筋性能的优劣。结果表明：与普通硅酸盐水泥混凝土相比,钢纤维混凝土护筋性能较好,而碳纤维对混凝土开裂和提高混凝土渗透性无明显作用。     

Assessment of stainless steel reinforcement for concrete structures rehabilitation

The aim of this study was to revise the factors influencing the service life of galvanic coupling between carbon steel and stainless steel reinforcements in simulated concrete pore solution, simulating the condition of a damaged structure repaired with stainless steel reinforcing bars. Numerous investigations have reported that austenitic stainless steel rebar, compared to carbon steel, when embedded in concrete, offer superior corrosion resistance in aggressive environments, especially chloride contaminated concrete. In concrete, contact with other metals should be avoided because of the risk of galvanic corrosion. When passive, both carbon steel and stainless steel have comparable corrosion potentials and the coupling of the two materials is of little effect on the corrosion behavior of either material. Galvanic current values measured between carbon and stainless steel are negligible.