邢士波

（山東龍泉管道工程股份有限公司，山東 淄博 255000）

混凝土鋼筋阻銹劑實驗研究

邢士波

（山東龍泉管道工程股份有限公司，山東 淄博 255000）

文章運用半電池電位的方法研究了鉬酸鈉對混凝土中鋼筋的阻銹作用，通過正交設計探討了阻銹劑對鋼筋混凝土中鋼筋腐蝕影響，確定了復配的鋼筋阻銹劑各成分的最佳配比，并通過實驗驗證表明此鋼筋阻銹劑復配最佳配比的有效性。

鋼筋混凝土；阻銹劑；鋼筋腐蝕；正交設計；建筑結(jié)構(gòu)

1 概述

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代化生活中最常用的建筑結(jié)構(gòu)。隨著建筑業(yè)的發(fā)展日新月異，隨之帶來的問題也日益明顯。由于設計施工以及碳化、環(huán)境污染等物理化學作用，大量混凝土構(gòu)筑物因不能達到預期壽命而破壞。鋼筋阻銹劑旨在改善和提高鋼筋的防腐蝕能力。鋼筋阻銹劑具有一次性使用而長期有效、使用范圍廣等優(yōu)點，但其中有些阻銹劑如重鉻酸鉀會使得混凝土的抗壓強度下降較多，有些阻銹劑如氯化亞錫的作用時間較短。此外，亞硝酸鹽類出于環(huán)保的考慮，在瑞士、德國等已明令禁止使用。因此，近年來各國一致致力于開發(fā)高效、無毒的“綠色”鋼筋阻銹劑。到了1998年，至少有5億立方米的混凝土使用了鋼筋阻銹劑。我國在研制、開發(fā)鋼筋阻銹劑方面起步相對較晚，20世紀90年代初鋼筋阻銹劑才開始取得了一定范圍的應用。

隨著我國大規(guī)模建設和眾多老建筑物的修復工程，鋼筋阻銹劑作為提高結(jié)構(gòu)耐久性的有效措施之一，應該得到更大的發(fā)展。Kalman.D.G等人的試驗論證了鉬酸鹽緩蝕劑的優(yōu)越性能，也證實了鉬酸鹽較好的緩蝕作用。鉬酸鹽以其低毒、無公害、優(yōu)異的抗氯離子點蝕能力，而成為當前研究的熱點。但是鉬酸鹽價格較貴，單獨使用時所需劑量大、成本高，本文研究了鉬系復配阻銹劑，以減少鉬酸鹽的用量，進一步提高阻銹效果。主要以鉬酸鈉為主，另外選取二乙烯三胺、丙烯基硫脲、1-4丁炔二醇等進行復配，根據(jù)最優(yōu)化設計來進行搭配形成更加有效的阻銹劑。

2 實驗材料與方法

2.1 實驗材料

山東濟南安家水泥廠生產(chǎn)硅酸鹽325水泥；細骨料為黃河砂，中沙，細度模數(shù)2.7，級配良好；試驗用水采用普通自來水；粗骨料為山東濟南港溝石場碎石，5～20mm連續(xù)級配；復配阻銹劑的組成化學成分，鉬酸鈉（Na2MoO4·2H2O分析純≥99%）、丙烯基硫脲（C4H8N2S分析純≥98%）、二乙烯三胺（C4H13N3分析純≥98%）、吡啶（C5H5N分析純≥99.5%）、1.4-丁炔二醇（C4H6O2實驗純），阻銹劑按水泥重量的3%摻入；基準混凝土設計強度等級C30，水灰比0.45。每立方米混凝土水泥445kg、水200kg、砂子590kg、石子1190kg。鋼筋為A3鋼建筑用光圓鋼筋直徑0.8cm，長度9.8cm。

2.2 實驗方法

試塊為上底面直徑50mm，下底面直徑70mm、高80mm的圓臺。鋼筋定位板中定位半孔的直徑尺寸8.0m。鋼筋進行相應的除銹，依次用100、200、600目的碳化硅水砂紙打磨，水洗，脫脂，干燥。含鋼筋的試塊標準養(yǎng)護后放入3%氯化鈉和3.6%硫酸鈉混合溶液中。浸泡一周，干燥一天。循環(huán)16次，之后在自然環(huán)境下放置28周。對鋼筋混凝土試塊中的鋼筋腐蝕前和腐蝕后除銹后用METTLER TOLEDO公司AB204-S型電子天平進行稱重。半電池電位法，實驗參照ASTM C876-91，以飽和甘汞電極作為參比電極（SCE）。測試時將飽水后的海綿放置于試樣上，甘汞電極的前端與飽水海綿緊密接觸。甘汞電極、工作電極上的導線與HDV-7C晶體管恒電位儀上相應導線相聯(lián)接。靜置1min，HDV-7C晶體管恒電位儀數(shù)據(jù)穩(wěn)定后測數(shù)。

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 單獨摻入鉬酸鈉對鋼筋腐蝕的影響

將得到的實驗數(shù)據(jù)可以算出緩蝕劑的緩蝕效率，添加0.1g/L鉬酸鈉時的緩蝕效率為99.749%，從圖1中的緩釋效率可以看出，鉬酸鈉對碳鋼有比較明顯的緩蝕作用。在一定的實驗范圍內(nèi)，鉬酸鈉的濃度越大，緩蝕效率越高，其阻銹作用越強。表明鋼筋形成了有一定的耐蝕性能的鈍化膜，所以說鉬酸鈉對鋼筋的腐蝕有較好的抑制作用。同時需要注意的是鉬酸鈉單獨使用時，低濃度的MoO44-不足以在基體上形成具有保護作用的膜層，只有當濃度提高到一定的量級，具有保護作用的鈍化膜才能形成，而建立完整有效的致密保護膜層，需要較高的濃度，較高的濃度從經(jīng)濟角度是不合適的，所以要進行復配使用，利用協(xié)同效應來達到緩蝕效果好成本又低的目的。

圖1 鉬酸鈉摻量與緩蝕效率的關(guān)系

3.2 阻銹劑復配的正交設計

研究混凝土中鋼筋抗腐蝕性能，電化學方法測半電池電位和鋼筋的腐蝕失重都是較好的驗證指標。一般來說，半電池電位越小，鋼筋腐蝕失重越小，混凝土中鋼筋的抗腐蝕性越好，這兩個驗證指標的測量也比較方便。因此，半電池電位和鋼筋的腐蝕失重作為正交設計中的控制指標，研究各復配的單一阻銹劑成分對混凝土中鋼筋抗腐蝕性的影響規(guī)律，選用三因素三水平正交實驗，并進行分析。

從極差分析結(jié)果知，對鋼筋抗腐蝕性的影響因素由大到小的順序為：鉬酸鈉＞丙烯基硫脲＞1-4丁炔二醇＞二乙烯三胺。鉬酸鈉在鋼筋混凝土中是作為最主要的復配成分，故其對鋼筋抗腐蝕性的影響也是最大的，硫脲對鋼筋抗腐蝕性的影響最小?？傊?，通過實驗數(shù)據(jù)顯示三因素在選定水平范圍內(nèi)，均能滿足要求，從鋼筋腐蝕失重的極差分析可知，影響鋼筋腐蝕失重的因素由大到小的順序為：鉬酸鈉＞二乙烯三胺＞丙烯基硫脲＞1-4丁炔二醇。仍然是鉬酸鈉對鋼筋抗腐蝕性能的提高貢獻最大。隨著鉬酸鈉摻量的增加，混凝土中鋼筋的抗腐蝕性能提高。由于鉬酸鈉摻量對鋼筋抗腐蝕性能的影響最大，若鉬酸鈉摻量選擇不當，對鋼筋抗腐蝕性的影響比其他因素都大，故鉬酸鈉摻量的確定很重要。另外，1-4丁炔二醇和丙烯基硫脲對混凝土中鋼筋抗腐蝕性的貢獻主要來自其與鉬酸鈉配合的良好協(xié)同效應，提高了單獨摻入鉬酸鈉在鋼筋表面形成的吸附膜表面覆蓋度或形成多分子層，吸附物相互作用提高了吸附層的穩(wěn)定性。另外一個影響因素硫脲，由于復配中摻入硫脲，使得硫脲分子中存在的硫與原子Fe結(jié)合直接抑制了Fe的腐蝕，這樣也會使得鋼筋表面被覆蓋的保護膜層面積增大，又能提高混凝土的密實度，減小腐蝕介質(zhì)的滲透，從而通過這兩個方面對鋼筋起到保護作用，鋼筋抗腐蝕性也會增強。從腐蝕失重的極差分析可知，其最優(yōu)組合為A3B1C3D1。從性能和經(jīng)濟方面綜合考慮，對各因素進行平衡分析，確定鉬系阻銹劑復配配合比為鉬酸鈉0.2g/L、二乙烯三胺30ml/ L、丙烯基硫脲1.2g/L、C1-4丁炔二醇2g/L，剩余為水，復配后的鉬系阻銹劑按水泥用量的3%添加。

4 結(jié)語

通過正交設計，進行鉬系阻銹劑復配設計，影響鋼筋混凝土中鋼筋抗腐蝕性的重要因素是鉬酸鈉和1-4丁炔二醇摻量，同時二乙烯三胺和丙烯基硫脲也鉬酸鈉的協(xié)同作用也不可忽視。得到一個鉬系最佳復配阻銹劑配合比鉬酸鈉0.2g/L、二乙烯三胺30ml/L、丙烯基硫脲1.2g/ L、C1-4丁炔二醇2g/L，可以預測鉬酸鹽系緩蝕劑隨著研究的深入，將逐步擴大其在生產(chǎn)上的應用范圍。

[1]洪乃豐．鋼筋阻銹劑的發(fā)展與應用[J]．工業(yè)建筑，2005，35（6）.

[2]洪乃豐．氯鹽腐蝕與鋼筋阻銹劑[J]．混凝土，2004，171（1）.

[3]張小冬，周慶，陳烈．鋼筋阻銹劑的應用發(fā)展概況[J]．施工技術(shù)，2004，33（6）.

（責任編輯：黃銀芳）

TU528

1009-2374（2017）12-0026-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.014

邢士波（1981-），男，山東龍泉管道工程股份有限公司工程師，研究方向：材料腐蝕與防護。

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