混凝土模拟液中临界氯离子浓度影响因素分析
氯离子侵蚀砼的影响因素分析
工 业技 术
Ｓｎ ａＴｈｌ ｏｔ ｒ区豳圃阉刮 ｃｃ ｎ ｅｎｇＩｖｏＨａ 誓区鲤 ■ ｉｅ ｄ ｃｏｙｎａｎｅｌ 重■ｌ■ ｅ ｏ ｎ — ｄ ｉ ■ ｌ
氯 离子侵蚀砼 的影响 因素 分析
冷 冰 （ 华大学 交通建筑 工程学 院 吉林 吉林 １ ２ １ ） 北 ０ ３ ３
摘 要 ： 离子 的侵蚀造成砼 中钢筋镑 蚀 ， 构的耐 久性 能逐 渐表退 ， 氯 结 危害 了 构的承 或 能力 ， 结 降低 了结构的使 用寿命 。本 文对各种影响 因素进行 了分 析 ， 为钢 筋砼 结构耐 久寿命 预 测 与评 估 奠定基础 。 关键词 ： 筋锈蚀 混凝 土 氯离子 耐 久寿命 钢 中图分类号 ： ５５ Ｒ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ４ ｏ ８ （０ ８１（） ０ ４—０ １７ 一 ９ｘ ２Ｏ ）２ｂ一 ０３ １
１ １结语
７冻融的影 响
砼 冻 融循 环后 的氯 离 子 浸 泡 试 验 ， 】 结 果 表 明冻 融 对 氯 离 子 在 砼 中的 传 输 有 明显 影 响 。随 冻 融循 环 次 数 的增 加 ， 离 子 在砼 氯 中 的渗 透 扩 散速 度 也 加快 ， 离子 扩 散 系数 氯 增 大 。 砼 的 冻 融 破 坏 各 种 假 说 机 理 一 致 认 为 ： 的 冻融 破 坏 是某 种 作 用 在砼 中引起 的 砼 拉 应 力超 过 砼 的 抗 拉 强 度 ， 起 砼 内 部 开 引 裂 ， 成 微裂 缝 。而冻 融 促 使 了微 裂 缝 的形 形 成， 从而 加 速 了氯 离子 在 砼 中 的传 输 。
混凝土拌合物中氯离子含量测定方法分析
混凝土拌合物中氯离子含量测定方法分析摘要：本文首先对被测量混凝土拌合物的原材料种类和配合比简要概括，然后分别从水溶性氯离子含量测定、标准溶液制备方法、硝酸银滴定法、氯离子选择电极法、速测条法、水溶性氯离子含量计算等方面阐述混凝土拌合物中氯离子含量测定方法，最后分析氯离子含量测定方法之间的差异。
关键词：混凝土拌合物；氯离子含量；测定方法引言：混凝土结构的质量与其内部成分具有直接关系，如果混凝土拌合物中含量大量的盐碱物质则混凝土结构会受到不同程度的腐蚀，从而降低混凝土结构的使用寿命，最终导致建筑质量出现严重问题威胁周围人们的生命安全。
因此，混凝土浇筑之前必须通过技术手段对其氯离子含量进行测定，保证混凝土拌合物浇筑之后能够达到规定要求。
一、混凝土拌合物材料分析（一）原材料种类本文测定的混凝土拌合物原材料主要包括水泥、掺合料、细骨料、粗骨料、减水剂、拌合水、氯化钠、蒸馏水八种，其中水泥材料的3d抗折强度为4.3MPa、28d抗折强度为8.7MPa，水泥3d抗压强度为24.9MPa、28d抗压强度为50.8MPa，水泥的初步凝结时间为170min、最终凝结时间为260min，氯离子含量为0.009%；掺合料主要包括煤灰和矿粉两类，煤灰的7d活性指数为70、28d活性指数为76，矿粉的7d活性指数为82、28d活性指数为108；细骨料和粗骨料的表观密度分别为2610、2680kg/m3，含泥量分别为0.2%和0.3%，而细骨料的细度模数为2.5；减水剂的减水率为22%，拌合用水直接采用自来水，氯化钠纯度大于99.95%[1]。
（二）原材料配合比本文测定的混凝土拌合料中分别掺入的外料中只有氯化钠和自来水中含有一定含量的氯离子，而氯化钠中的氯离子含量固定为0.5%，而自来水中的氯离子含量存在一定的差异，最终本文选择拌合自来水氯离子含量为0.05%、0.1%、0.3%三种情况进行掺合，而其他不含有氯离子的拌合料用量基本不发生变化[2]。
混凝土氯离子渗透性分析原理
混凝土氯离子渗透性分析原理一、前言混凝土作为一种重要的建筑材料，其性能是影响建筑物寿命和安全的关键因素之一。
在混凝土中，氯离子是一种常见的污染物，其渗透性会导致混凝土的腐蚀和损坏，从而降低其性能和使用寿命。
因此，混凝土氯离子渗透性分析是混凝土材料研究的重要方向之一。
本文将介绍混凝土氯离子渗透性分析的原理，包括氯离子扩散机理、氯离子渗透实验方法和评价指标等相关内容。
二、氯离子扩散机理氯离子渗透性是指氯离子在混凝土中的扩散和迁移能力。
氯离子的扩散机理可以用Fick扩散定律来描述：$$J=-D\frac{\partial C}{\partial x}$$其中，$J$表示氯离子的扩散通量，$D$表示氯离子的扩散系数，$C$表示氯离子在混凝土中的浓度，$x$表示混凝土中的距离。
氯离子在混凝土中的扩散系数受多种因素影响，包括混凝土的孔结构、温度、湿度、氯离子浓度等。
混凝土的孔结构是影响氯离子扩散系数的关键因素之一。
混凝土中的孔隙可以分为孔隙水、毛细孔和空隙等，其中孔隙水是氯离子扩散的主要通道。
孔隙水的含量和分布会影响氯离子的扩散路径和速率，从而影响混凝土的氯离子渗透性。
此外，混凝土中的氯离子浓度也是影响氯离子扩散系数的重要因素。
当氯离子浓度较高时，其扩散系数也会相应增加。
三、氯离子渗透实验方法氯离子渗透实验是评价混凝土氯离子渗透性的常用方法之一。
常见的氯离子渗透实验方法包括静态浸泡法、电迁移法和扩散法等。
1.静态浸泡法静态浸泡法是一种简单易行的氯离子渗透实验方法。
其原理是将混凝土试样浸泡在含有一定浓度氯离子的水溶液中，通过浸泡时间和浸泡液的浓度等参数来评价混凝土的氯离子渗透性。
具体步骤如下：（1）制备混凝土试样，并等养至规定时间。
（2）将混凝土试样置于含有一定浓度氯离子的水溶液中，浸泡时间一般为28天。
（3）取出混凝土试样，测量其表面氯离子浓度和深度分布，计算出氯离子扩散系数等评价指标。
2.电迁移法电迁移法是一种基于电化学原理的氯离子渗透实验方法。
氯离子含量对混凝土质量的危害及预防措施
氯离子含量对混凝土质量的危害及预防措施氯离子是混凝土中常见的一种有害物质，它会对混凝土的质量和耐久性产生严重的影响，因此需要引起我们的高度重视。
本文将重点探讨氯离子含量对混凝土质量的危害以及相应的预防措施，以期对混凝土建筑质量的提升起到一定的帮助作用。
让我们来了解一下氯离子对混凝土的影响。
氯离子对混凝土的危害主要表现在以下几个方面：1. 促进钢筋锈蚀：氯离子对混凝土中的钢筋会产生腐蚀作用，使得钢筋处于锈蚀状态。
当钢筋锈蚀严重时，会导致混凝土结构的承载力和使用性能降低，严重影响建筑的安全性。
2. 减少混凝土的抗压、抗拉性能：氯离子会破坏混凝土中水泥基体的致密结构，导致混凝土的强度和耐久性下降，从而减少混凝土的抗压和抗拉性能。
3. 使混凝土出现开裂和脱落：氯离子的侵蚀会导致混凝土表面出现裂缝和脱落，严重影响混凝土结构的整体美观性和使用寿命。
由于氯离子对混凝土的危害影响较大，因此我们有必要采取相应的预防措施来降低氯离子对混凝土质量的影响。
下面就让我们一起来了解一些相关的预防措施：1. 控制混凝土中氯离子含量：在混凝土配合比设计中，应根据混凝土使用的环境和要求，合理控制混凝土中氯离子的含量，尽量减少氯盐的使用。
2. 提高混凝土的致密性：通过采用合理的配合比设计和施工工艺，保证混凝土的抗渗性和致密性，减少氯离子侵入混凝土的机会。
3. 采用防护措施：对于混凝土中的钢筋，可以采用涂覆防护层或者使用防腐剂的方式来防止氯离子对钢筋的腐蚀。
4. 增加混凝土的耐久性：在混凝土的配合比设计中，可以适当增加粉煤灰、硅灰等掺合料的使用比例，以提高混凝土的耐久性，减少氯离子对混凝土的侵蚀。
5. 加强混凝土的维护保养：对于已建成的混凝土结构，要加强日常的维护保养工作，做好防水防潮的工作，减少氯离子对混凝土的腐蚀。
氯离子对混凝土质量的危害是不容忽视的。
采取合理的预防措施，可以降低氯离子对混凝土质量的影响，提高混凝土结构的耐久性和安全性。
混凝土中氯离子扩散系数的计算原理
混凝土中氯离子扩散系数的计算原理一、引言混凝土结构在使用过程中，经常会受到外界的气候环境和化学物质的侵蚀，其中氯离子的渗透是导致混凝土结构破坏的主要原因之一。
因此，混凝土中氯离子扩散系数的计算是混凝土结构耐久性评估的重要内容之一。
二、混凝土中氯离子扩散的原理混凝土中氯离子的扩散是一种物质的传输过程，是指氯离子在混凝土中由浓度高的区域向浓度低的区域传播的过程。
混凝土中氯离子扩散的原理主要涉及以下几个方面：1. 氯离子的扩散过程是一种分子运动过程，其扩散速度与温度、相对湿度、混凝土含水率和氯离子浓度等因素有关。
2. 混凝土中氯离子的扩散过程是由于混凝土孔隙结构的存在。
混凝土中的孔隙主要包括毛细孔、小孔、大孔和裂缝等，其中毛细孔对氯离子的扩散影响最大。
3. 混凝土中氯离子的扩散过程还受到水分的影响。
混凝土中的水分可以使氯离子的扩散速度加快，因为水分可以降低混凝土的电阻率，从而使电荷移动更容易。
三、混凝土中氯离子扩散系数的计算方法混凝土中氯离子扩散系数的计算方法主要有以下几种：1. 水分浸泡法水分浸泡法是一种简单易行的测定混凝土中氯离子扩散系数的方法。
该方法的原理是将混凝土样品放置在氯化钠溶液中，通过测量混凝土样品中氯离子的扩散深度和时间来计算其扩散系数。
2. 电导率法电导率法是一种利用混凝土的电导率来计算氯离子扩散系数的方法。
该方法的原理是测量混凝土样品的电导率，然后根据电导率与氯离子浓度之间的关系计算氯离子的扩散系数。
3. 氯离子含量分布法氯离子含量分布法是一种通过测定混凝土样品中氯离子浓度的分布来计算其扩散系数的方法。
该方法的原理是将混凝土样品切割成若干薄片，然后测量每个薄片中氯离子的浓度分布，通过数学模型计算其扩散系数。
四、混凝土中氯离子扩散系数计算的影响因素混凝土中氯离子扩散系数的计算受到以下因素的影响：1. 混凝土配合比混凝土配合比是影响氯离子扩散系数的重要因素之一。
一般来说，水灰比越小，混凝土中的孔隙结构越紧密，氯离子的扩散系数越小。
结构混凝土中的氯离子含量问题探讨
结构混凝土中的氯离子含量问题探讨概要：只有各方工程质量责任主体在工程施工中做好氯离子含量的控制监督，才能杜绝钢筋混凝土工程氯离子含量超标的安全隐患。
深圳曾曝出居民楼房楼板开裂、墙体裂缝等问题，每逢雨天渗水不止。
而根据深圳市政府的调查结果显示，问题的根源就是建设时使用大量没有经过净化处理的海砂。
如果建筑用海砂不符合国家的强制标准，超标的氯离子含量将严重腐蚀建筑中的钢筋，造成重大的安全隐患。
1 氯离子侵入途径氯离子侵入混凝土有两种途径：其一是“内掺”，如掺用含氯离子外加剂，使用海砂，在含盐环境中拌制浇筑混凝土等；其二是“外掺”，环境中的氯离子通过混凝土的宏观、微观缺陷渗入到混凝土中，并达到钢筋表面。
一般环境下只考虑氯离子的“内掺”影响，氯离子的含量需要满足规范和设计要求。
而近海或海洋环境、除冰盐等其他氯化物环境（来自海水的除外）下，氯离子可以从混凝土表面迁移到混凝土内部。
当到达钢筋表面的氯离子积累到一定浓度（临界浓度）后，也能引发钢筋的锈蚀，所以在氯化物环境中，还需要考虑氯离子的“外掺”影响，并进行抗氯离子渗透性能的评定。
2 施工过程中氯离子含量的监督在施工过程中需做好对钢筋混凝土工程氯离子含量的监督工作。
首先，监理单位应检查原材料试验报告和施工单位提供的氯化物、碱的总含量计算书（见《混凝土结构工程施工质量验收规范》（2011年版）中条文7.2.3混凝土中氯化物和碱的总含量应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》和设计的要求）。
《混凝土质量控制标准》条文2.3.3钢筋混凝土和预应力混凝土用砂的氯离子含量分别不应大于0.06%和0.02%；混凝土用海砂氯离子含量不应大于0.03%（由于目前测定氯离子含量的制样方法，与工程中使用海砂的实际中的做法不相符，且会低估海砂中氯离子的含量，所以规范规定的海砂氯离子含量低于钢筋混凝土用砂的氯离子含量，见《海砂混凝土应用技术规范》）。
硅酸盐水泥氯离子含量不大于0.06%，钢筋混凝土拌合用水氯化物含量不大于1000mg/L（见《混凝土结构工程施工规范》附录F混凝土原材料技术指标）。
氯离子侵蚀混凝土的影响因素分析
氯离子侵蚀混凝土的影响因素分析摘要：为了认清各种因素对氯离子侵蚀混凝土的影响，本文介绍了氯离子侵蚀的混凝土的机理，并整合梳理了国内外关于氯离子侵蚀混凝土的相关试验及成果，重点研究了水灰比、骨料类型、外掺料及裂缝宽度等材料因素对混凝土抗氯离子渗透能力的影响，总结了各种因素对氯离子侵蚀混凝土的影响规律，为实际工程应对氯离子侵蚀问题提供参考。
关键词：混凝土；氯离子；水灰比；骨料类型；外掺料；裂缝宽度；环境因素钢筋混凝土结构是实际工程中广泛应用的结构形式，其耐久性一直是学者们研究的焦点，而氯离子侵蚀是导致钢筋混凝土结构耐久性降低的主要原因之一。
为此，相关学者就氯离子侵蚀混凝土这一问题的影响因素展开了广泛的研究。
杨燕等[1-2]梳理了水胶比、掺合料、裂缝宽度、环境温度、相对湿度及干湿循环等因素对氯离子扩散的影响规律，并提出了减缓钢筋腐蚀的相关措施。
余红发等[3-4]推导了综合考虑混凝土的氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性和混凝土结构微缺陷影响的新扩散方程，得到了混凝土的氯离子扩散理论基准模型。
综上所述，氯离子对混凝土的侵蚀具有很大的危害，且其侵蚀能力受到多方面因素的影响，因此研究各种因素对混凝土抗氯离子渗透能力的影响具有重要意义。
1 氯离子侵蚀混凝土的机理当混凝土中氯离子含量偏高时，一方面混凝土自身抗化学腐蚀能力会受到影响，引发结构松散、承载力不足等问题；另一方面氯离子还将锈蚀钢筋从而引发膨胀开裂等一系列连锁反应。
其中，氯离子腐蚀钢筋的主要流程如下：（1）破坏钝化膜水泥水化过程中的高碱性使钢筋表面产生了一层致密的钝化膜，钝化膜中包含的Si-O键对钢筋有很强的保护能力。
然而钝化膜只有在pH＞11.5时才能保持稳定，当Cl—侵入后，钢筋混凝土内部pH值迅速降低，钝化膜随即遭到破坏，钢筋失去了保护层。
（2）形成“腐蚀电池”钝化膜受到破坏的部位钢筋露出了铁基体，与未破坏的钝化膜区域之间构成电位差，铁基体作为阳极，与作为阴极的钝化膜共同形成了“腐蚀电池”，致使钢筋表面产生坑蚀并迅速发展。
氯离子含量对混凝土质量的危害及预防措施
氯离子含量对混凝土质量的危害及预防措施氯离子是一种常见的混凝土中的化学成分，但过高的氯离子含量会对混凝土质量产生危害。
下面将详细介绍氯离子对混凝土质量的危害及预防措施。
氯离子的存在会引起混凝土的钢筋锈蚀。
当氯离子含量过高时，它们会进入混凝土内部并腐蚀钢筋，导致钢筋的损坏和失去原有的强度，从而降低混凝土的整体承载能力。
氯离子会破坏混凝土的结构。
高含量的氯离子会导致混凝土中的氯离子浓度差异，从而引起离子的集聚和扩散现象。
这种现象会破坏混凝土中的物理和化学结构，使其变得脆弱和不稳定，降低混凝土的耐久性。
氯离子的存在还会引发混凝土的腐蚀。
氯离子会进入混凝土内部，与水中的氧气和钢筋中的铁发生反应，形成氯化铁。
氯化铁具有很强的腐蚀性，会进一步破坏混凝土中的结构，导致线腐蚀的发生，使混凝土的强度和耐久性急剧下降。
1.合理控制混凝土配方中的氯离子含量。
在设计混凝土配比时，应根据具体使用环境和要求，控制氯离子的含量在规定范围内。
可以通过调整水泥的品种和用量，使用掺合料等措施来控制氯离子的含量。
2.增加混凝土的致密性。
提高混凝土的致密性可以降低氯离子的渗透和扩散。
可以通过增加细度模数、提高骨料的粒径分布等方式来增加混凝土的致密性。
3.加强混凝土的抗渗性能。
提高混凝土的抗渗性能可以减少氯离子的渗透和积聚。
可以在混凝土中加入适量的防水剂和添加剂，提高混凝土的抗渗性能。
4.采用防腐措施保护钢筋。
在混凝土中加入耐氯离子侵蚀的化学添加剂，可以形成保护层，减少钢筋的腐蚀。
5.定期检测和维护混凝土结构。
定期检测混凝土结构的氯离子含量和钢筋的锈蚀情况，及时进行维护和修补，延长混凝土的使用寿命。
合理控制氯离子含量，加强混凝土的致密性和抗渗性能，采取防腐措施，并进行定期检测和维护，可以有效预防氯离子对混凝土质量的危害。
这些措施的实施可以保证混凝土结构的安全性和耐久性，延长其使用寿命。
混凝土中的最大氯离子含量
混凝土中的最大氯离子含量混凝土是一种常用的建筑材料，其中含有氯离子会对混凝土的性能产生重要影响。
氯离子是一种常见的阴离子，它具有较强的渗透能力，容易导致混凝土表面的腐蚀和钢筋的锈蚀。
因此，在混凝土中控制氯离子的含量是非常重要的。
混凝土中的氯离子主要来源于水泥、骨料和外部介质。
水泥是混凝土的主要胶凝材料，其中包含了较高的氯离子含量。
国家标准《普通混凝土控制性技术规程》规定了混凝土中的氯离子最大含量，并根据使用环境的不同分为三个等级：Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级。
其中，Ⅰ级为最低要求，主要适用于室内干燥环境，氯离子最大含量不得超过0.06%；Ⅱ级适用于一般湿润环境，氯离子最大含量不得超过0.10%；Ⅲ级适用于接触含氯盐水或潮湿土壤的环境，氯离子最大含量不得超过0.20%。
在混凝土的设计和施工过程中，可以采取一些措施来控制氯离子的含量。
首先，在选择原材料时，应选择低氯水泥和低氯骨料，避免引入较高的氯离子含量。
其次，在配合比设计中，应合理控制水灰比和水胶比，减少混凝土的孔隙度，降低氯离子的渗透能力。
同时，可以采用添加剂来控制混凝土中氯离子的含量，如氯盐含量低的外加剂和不含氯离子的掺合料。
此外，在施工过程中，要严格控制混凝土的养护质量，避免混凝土表面的干燥和裂缝，以减少外部介质对混凝土的氯离子渗透。
氯离子对混凝土的影响主要表现在以下几个方面。
首先，氯离子会引起混凝土中钢筋的锈蚀，从而降低混凝土结构的承载力和使用寿命。
其次，氯离子会与混凝土中的胶凝材料反应，形成氯盐晶体，导致混凝土表面的腐蚀和龟裂。
此外，氯离子还会影响混凝土的耐久性和抗渗性能，使混凝土易受化学物质和水分的侵蚀。
因此，在混凝土工程中，控制氯离子的含量是非常重要的，可以通过选择低氯材料、合理设计配合比、使用添加剂以及严格控制施工过程中的养护质量等措施来实现。
通过合理控制混凝土中的氯离子含量，可以提高混凝土的抗渗性能、延长结构的使用寿命，保证混凝土结构的安全可靠性。
混凝土外加剂氯离子测定中出现的问题及解决方案
混凝土外加剂氯离子测定中出现的问题及解决方案随着中国近几十年来的高速度发展，混凝土在我国建筑工程发展建设中的作用日益重要，为增强及改善混凝土性能，常在混凝土中添加混凝土外加剂。
当在混凝土中引入外加剂时通常会伴随有外加剂中的有害物质进入混凝土内部，其中氯离子影响钢筋的锈蚀过程及锈蚀程序，是混凝土安全使用的重要参数之一，因此需对外加剂中氯离子含量进行检测。
标签：混凝土；外加剂；氯离子测定；问题解决1试验方法与原理简述1.1快速法该方法基于电化学的有关原理，利用一定浓度范围内的氯离子溶液所产生的电压与氯离子含量成正比的关系来检测被测溶液中氯离子含量。
试验中使用氯离子选择电极、甘汞参比电极和被测溶液组成原电池。
测试时，由于氯离子的易氧化反应特性，在膜-液界面上产生电位差，而参比电极是由饱和氯化钾溶液制成，甘汞电极在25℃下的电极电势为0.245V基本保持不变。
在一定范围内，溶液中的氯离子浓度与电池电动势之间的关系符合能斯特定律：电极电位E与氯离子浓度的对数LgaCl-成线性关系。
所以只要测定电极电位E，就可以推算出待测样品中氯离子的浓度。
1.2莫尔法在含有Cl-的中性或弱碱性溶液中，以K2CrO4作指示剂，用AgNO3标准溶液滴定Cl-，由于AgCl的溶解度比Ag2CrO4小，根据分步沉淀原理，溶液中首先析出AgCl白色沉淀，当AgCl定量沉淀完全后，稍过量的Ag+与K2CrO4生成砖红色的Ag2CrO4沉淀。
主要反应式如下：终点前：Ag++Cl-=AgCl（白色）终点时：2Ag++CrO42-=Ag2CrO4（砖红色）铬酸钾溶液呈黄色，随着砖红色的Ag2CrO4沉淀生成，溶液变成略带桃红色的黄色时即到达滴定点。
1.3电位滴定法电位滴定法是通过对滴定过程中电池电势的变化进行测量，最终确定终点的滴定方法。
在滴定点前后，溶液中被测离子浓度通常会连续变化n个数量级，引起电位的突跃，由此时消耗的硝酸银量即可推算溶液中氯离子的含量。
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第40卷增刊(II)2010年11月 东南大学学报(自然科学版)JOURNALOFSOUTHEASTUNIVERSITY(NaturalScienceEdition) Vo.l40Sup(II)Nov.2010
混凝土模拟液中临界氯离子浓度影响因素分析张倩倩1孙 伟2刘加平1(1江苏省建筑科学研究院有限公司高性能土木工程材料国家重点实验室,南京211103)(2东南大学材料科学与工程学院,南京211189)
摘要:采用Ca(OH)2溶液作为混凝土模拟孔溶液,通过动电位极化曲线获取B值来计算腐蚀电流密度进而判断钢筋腐蚀开始的时间,研究了交流阻抗谱和线性极化2种电化学测试方法以及pH对模拟液中引起钢筋锈蚀的临界氯离子浓度的影响规律.研究结果表明:相同条件下线性极化法测得的临界氯离子浓度大于电化学阻抗谱测得的结果;以溶液中氯离子的摩尔浓度表示临界氯离子浓度时,其值随pH值的减小而减小;而以C(Cl-)/C(OH-)表示临界氯离子浓度时,其值随着pH值的减小而增大.关键词:混凝土模拟孔溶液;临界氯离子浓度;电化学测试方法;pH中图分类号:TU528 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2010)增刊(II)-0177-05
Analysisofsomefactorsaffectingchloridethresholdlevelinsimulatedconcreteporesolution
ZhangQianqian1SunWei2LiuJiaping1(1StateKeyLaboratoryofHighPerformanceCivilEngineeringMaterials,JiangsuAcademyofBuildingScienceCo.,Ltd.,Nanjing211103,China)(2SchoolofMaterialsScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing211189,China)
Abstract:Ca(OH)2solutionwasusedasakindofsimulatedconcreteporesolutioninthispaper.ThestartingpointofsteeldepassivationwasdeterminedbycorrosioncurrentdensitywhichcouldbecalculatedwhenBwasobtainedbypotentiodynamicpolarizationcurves.Theeffectsofelectrochem-icalmethodsandpHonthechloridethresholdlevelwereinvestigatedinthesimulatedconcreteporesolution.Theresultsshowthatthechloridethresholdlevelforthecorrosionofsteelreinforcementconcludedbylinearpolarizationishigherthanthatbyelectrochemicalimpedancespectroscopy.ThechloridethresholdlevelcharacterizedbythechlorideionconcentrationdecreaseswhenpHdecreases,whilethecriticalchloridelevelincreaseswithpHdecreasingwhencharacterizedbyC(Cl-)/C(OH-).Keywords:simulatedconcreteporesolution;chloridethresholdleve;lelectrochemicalmethods;pH
收稿日期:2010-08-21. 作者简介:张倩倩(1986)),女,硕士;孙伟(联系人),女,教授,中国工程院院士,sunwei@seu.edu.cn. 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2008AA030704)、国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2009CB623200).
一般情况下,处于混凝土中的钢筋表面都有一层钝化膜形成,且这层钝化膜在高碱性介质中是稳定的.当环境中存在的氯化物进入到混凝土中,特别是当钢筋周围的氯化物含量达到引起钢筋锈蚀的临界值时,将导致钢筋表面的钝化膜破坏,钢筋失去保护而导致锈蚀,最终因钢筋锈蚀膨胀而引起混凝土开裂.此临界值即为混凝土的临界氯离子浓度.研究引起钢筋锈蚀临界氯离子浓度的变化规律对钢筋混凝土结构的耐久性设计及耐久性检测、鉴定和维修具有重要的理论意义和实用价值.但是由于其取值受混凝土成分、组织及所处环境等诸多因素的影响,迄今为止关于氯离子临界值还没有达成共识[1-3].混凝土是一种多相多孔介质,其内部孔隙中含有胶凝材料在水化过程中产生的OH-,Ca2+,Na+,K+,SO2-4等多种离子,混凝土中钢筋处于多离子的碱性环境中.实际环境中,由于发生碳化也将导致混凝土孔隙液的pH值降低,对钢筋腐蚀也有影响.为了更好的了解混凝土中钢筋的腐蚀机理,目前大量的研究是在的模拟孔溶液中进行的,但是得到的结果并不一致[3-8].文献[6]得到的临界氯离子浓度[C(Cl-)]B[C(OH-)]是在015到0183之间,且随pH值的增大而增大.文献[7]的研究发现,[C(Cl-1)]B[C(OH-1)]在016到011之间,且随pH值的降低和升高.目前用于判定钢筋腐蚀状态的电化学方法很多,有半电池电位法、交流阻抗谱、恒电流脉冲法、线性极化法、极化曲线法、电化学噪声法等.不同的测试方法被认为是导致临界值离散性的一个重要因素.本文探讨了混凝土模拟液中不同的测试方法(线性极化法和交流阻抗谱)以及pH值对临界氯离子浓度的影响规律.
1 试验将直径16mm的普通碳钢线切割成4mm的片状,将其中一切割面用砂纸由粗至细打磨处理,然后抛光,使钢片表面光滑,无划痕.最后用酒精清洗除去表面污垢.本文试验所采用的腐蚀池如图1所示.腐蚀池的侧面有一个1cm2的孔,将钢筋片放在孔上,用侧面的螺丝固定,钢筋打磨面与池中溶液接触,将钢筋腐蚀面积固定为1cm2.电化学测试均由PrincetonAp-pliedResearch公司的PARSTAT2273型电化学工作站完成(见图2).以饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,铂电极为辅助电极.测量时,用泡沫板固定参比电极和辅助电极,而工作电极则接在用于固定钢筋片的螺丝上.
图1 模拟液腐蚀池 图2 PARSTAT2273型电化学工作站本文试验的模拟溶液选择Ca(OH)2溶液.首先配制1L的饱和Ca(OH)2溶液(pH=12155),溶液静置1d后,取清液放入烧杯中.将处理好的钢筋片放入饱和Ca(OH)2溶液中,浸泡7d(将形成完整的钝化膜[9]).取部分饱和Ca(OH)2溶液稀释,配制成pH值为12113和11103的溶液.将预钝化的钢片固定在腐蚀池上,加入不同pH值的Ca(OH)2溶液.氯离子由NaCl提供.采用阶梯逐级添加的方式,添加间隔为1d,每次添加pH值为12155和12113的溶液0101mol/L,pH值为11103的溶液01005mol/L,直至判定钢筋开始腐蚀为止.本文使用3种电化学测试方法,其中电化学阻抗谱和线性极化用于获得极化电阻Rp,动电位极化用于计算塔菲尔斜率[10].电化学阻抗谱 电化学阻抗谱的频率范围为10mHz~100kHz,阻抗测试信号为幅值10mV的正弦波,对数扫描取点30个.测试所得的数据由ZSimpWin软件进行等效电路拟合,可以获得极化电阻Rp,并由Stern-Geary方程式计算可得到腐蚀电流密度icorr,Stern-Geary方程式中的B值通过动电位极化测得.线性极化法 线性极化可直接得到Rp,Stern-Geary方程式中的B值通过动电位极化测得.本实验中施加的电位范围是相对于自然电位-10~+10mV,不会影响腐蚀体系.线性极化的扫描速率为011667mV/s.动电位极化 本试验采用动电位法的主要目的是获得塔菲尔斜率,进而得到Stern-Geary方程式中的常数B值.试验时,将在饱和Ca(OH)2溶液中浸泡7d的钢片放入腐蚀池中静置1000s,然后进行动电位扫描.扫描的范围是相对于自然电位-250~+1000mV,扫描速率为1mV/s.
178 东南大学学报(自然科学版) 第40卷2 试验结果与分析211 测试方法对临界氯离子浓度的影响21111 电化学阻抗谱图3为电化学阻抗谱测试所得到的Nyquist图随Cl-浓度的变化趋势图.图中可以看出Nyquist图均由一段容抗弧占主导地位,随着Cl-浓度的增加,弧线的半径逐渐减小.阻抗谱的高频区表征的是电解液和电极表面电阻的信息,低频区对应的是腐蚀过程中的电化学反应的电荷转移阻力的大小.得到Nyquist图后,通过ZSimpWin软件拟合电路,便可以得到极化电阻Rp.图4为拟合所得的等效电路.其中,Rs表征的是电解质电阻,即溶液的电阻;Cdl表示溶液/钢筋界面的双电层电容;Rp表示极化电阻.
图3 饱和Ca(OH)2溶液的Nyquist图随Cl-浓度的变化趋势图 图4 电化学阻抗谱拟合的等效电路
得到极化电阻Rp后,利用Stern-Geary方程式[1]计算腐蚀电流,即
Icorr=BRp(1)式中,Icorr为腐蚀电流.通常用腐蚀电流密度icorr来判断钢筋的腐蚀程度,icorr=Icorr/A,A为被测钢筋的暴露面积,本实验中A值为1cm2.为了获得腐蚀电流密度,必须先确定B值.一般当混凝土中钢筋处于钝化态时B=52mV,钢筋处于活化态时,B=26mV.由于本文中钢筋处于模拟液中,因此需要计算B值.B值的计算公式[1]为
B=babc21303(ba+bc)(2)
图5 动电位极化曲线式中,ba为阳极塔菲尔斜率;bc为阴极塔菲尔斜率,对于确定的腐蚀体系,ba和bc在腐蚀过程中基本不变,本文将通过动电位极化曲线计算B值.图5为所测动电位极化曲线的一部分.通过塔菲尔直线斜率求ba,bc时,取偏离腐蚀电位50mV以外的100个点进行线性拟合.拟合结果如下:阳极区 y=1124647+0129337x,R2=019924(3)阴极区 y=-1123927-0113987x,R2=019970(4)根据拟合结果得到ba=293mV,bc=140mV.计算可得B值=41mV.得到B值后,可计算腐蚀电流密度,结果见表1.
表1 电化学阻抗谱测得的Rp和icorr随Cl-添加量的变化C(Cl-)/(mol#L-1)Rp/(k8#cm2)icorr/(LA#cm-2)05340107701014430109201031570126101041160135301058101506