保护钢腐蚀混凝土组合成员的牺牲阳极和亚硝酸盐渗透

文摘

氯腐蚀钢筋的混凝土可以在近地表裂缝和剥落地区钢筋混凝土结构。在本文中,我们描述了钢筋腐蚀保护的基本概念和实践方法的组合电阳极(锌丝)和亚硝酸盐离子的渗透砂浆层包含大量的锂亚硝酸盐。

1。介绍

亚硝酸盐的有效性化合物作为掺合料,以防止钢筋腐蚀含氯离子在混凝土通常是有据可查的(1- - - - - -5]。然而,仍没有试图阻止钢筋的腐蚀渗透的亚硝酸盐离子从外部对硬化混凝土相对大量的氯离子,除了恩加拉et al。3)评估的效率钙亚硝酸盐作为抑制剂在表面处理使用时。

我们发现许多钢筋混凝土板的裂缝造成的外部供应chloride-induced钢筋的腐蚀。板部分的表面剥落了。在这些混凝土构件,钢筋被安排在近地表地区互相垂直。钢筋位于表面一侧严重腐蚀,但那些在内部方面不是那么明显受损。营缮工程这样的损坏RC成员,空间留下当混凝土与大量的氯的深度腐蚀钢筋被一直充满了足够数量的nitrite-containing迫击炮。修复方法是基于期望的亚硝酸盐离子迫击炮可以抑制腐蚀的钢筋位于内部的位置。然而,亚硝酸盐离子通过硬化混凝土的运动速度非常慢。因此,需要长时间足够大量的亚硝酸离子从旧混凝土的迫击炮。然后,我们提出了合并后的亚硝酸盐的防腐方法渗透和牺牲阳极。即在方法中,牺牲阳极过程应用于钢筋使用锌线直到足够大量的亚硝酸盐离子到达钢筋位于内部的位置。 This composite method has an advantage that we can economically apply it to reinforced concrete members with large amounts of chloride ions brought from the outside over long times. However, it should be noted that good workability was required for the mortars when mixed with large amounts of a corrosion inhibitor. From this point of view, we used lithium nitrite as a corrosion inhibitor. In this paper, various experimental results to give assurance for the realization of this method were provided. Moreover, the actual execution of works and the specific design method to be implemented for the application of this technical method are also described.

2。钢筋腐蚀发展的特征

2.1。桥梁板钢筋的腐蚀条件

钢筋的腐蚀在高速公路桥梁板是由氯除冰剂的渗透。图1显示与深度的氯离子浓度的变化从表面附近的下面对恶化的甲板的边缘钢筋混凝土桥。混凝土覆盖了部分脱落的地方。如这个图所示,氯离子浓度达到了最高的价值在钢筋在大多数桥石板。氯离子渗透条件的桥梁板,钢筋在混凝土受到严重的盐水大气甚至在内心的部分。然而,腐蚀集中在钢筋表面;仅略腐蚀的内在部分,如图2。

2.2。实验证实了宏单元的形成的钢筋

为了阐明机制之间的差异程度的腐蚀钢筋的表面和内部在近地表地区桥梁板,一个实验进行了模拟钢筋的实际情况在退化的过程中(6)(图3)。(水/水泥砂浆后标本率= 0.5)提交浸泡在氯化钠solution-drying重复,总通过钢筋的腐蚀电流密度的标本测量。

如上部在图所示3钢筋(13毫米直径)在纵向方向,然后嵌入减半砂浆标本(125×125×35毫米),垂直地彼此相交。在没有混凝土保护层。1,没有。2,没有。3没有标本5毫米厚。四是0毫米。为了生产的不同阶段钢筋的腐蚀程度,在没有。3标本,狭缝宽度是0.2毫米的混凝土保护层,在不。4标本,钢筋直接暴露于腐蚀性环境。面临在混凝土棱镜除了脸(125×125毫米)(图3)与环氧树脂密封,然后具体的棱镜进行了浸泡在氯化钠solution-drying重复3个月(在3%的氯化钠溶液浸泡3天,4天的暴露于大气相对湿度60% 20°C)。在一个星期后完成沉浸在氯化钠solution-drying重复,总在钢筋腐蚀电流密度之间的每个元素测量。

图4显示了最大值的腐蚀电流密度每一部分之间划分钢筋在不同腐蚀状态。从这个图中,进展的速度腐蚀钢筋的上半部分是不同于低一半。见图4在标本。4没有混凝土保护层和标本。三狭缝的混凝土保护层、腐蚀迅速进行钢筋位于表面上一边慢慢地却在另一部分(N H②, N①,②)。然而,大量的氯离子存在于围绕这些钢筋混凝土。这些结果表明,宏单元组成的钢筋表面一侧的一半作为阳极(H①),另一半和内部钢筋阴极(N H②, N①,②)形成。在桥梁板受到外部提供的氯,一半的钢铁酒吧坐落在表面应该成为阳极;另一半的钢筋和钢棒内层应该成为阴极。结果,一半的钢筋作为牺牲阳极表面位于侧严重腐蚀。即大量的氯离子渗透到深层部分桥梁板,但钢筋的腐蚀程度位于内部分是轻微的。

3所示。腐蚀抑制剂砂浆层的有效性

3.1。锂亚硝酸盐对钢筋的腐蚀的影响,没有任何的运动₂⁻离子从迫击炮到混凝土

为了合并后的腐蚀控制方法应用到实际混凝土结构受到钢铁腐蚀由于氯离子外部提供的,重要的是要确认是否提供外部亚硝酸离子在chloride-containing混凝土对钢筋腐蚀的影响。也是必要的定量研究的关键/ Cl⁻摩尔比抑制混凝土中钢筋的腐蚀。

在这项研究中,加速室内和室外暴露测试进行讨论这些主题(7]。如图5在前曝光的测试中,使用200×400×150毫米混凝土标本;在后者200×800×150毫米的氯化钠加入混凝土模拟外部提供chloride-containing混凝土。具体的标本(W / C= 63%,C= 210公斤/米³)两部分组成的低和高氯⁻离子含量为2.5公斤/米³和7公斤/米³(图5)。在两个接触的测试中,两种类型的标本和无腐蚀抑制剂(利诺₂)使用,另一个标本,一层砂浆层包含大量的漆布20毫米厚₂57.5公斤/米³应用于前脸的一半部分腐蚀inhibitor-free混凝土标本。的摩尔比/ Cl⁻在利诺₂和NaCl-containing混凝土是0.8。钢筋是嵌入在近地表区域顶部的面孔。

大型标本被暴露于户外环境的37个月;小的wetting-drying重复(在50%相对湿度干燥4天,润湿> 95%相对湿度在40°C)为3天在实验室了10个月。

图6显示的状态后的混凝土中钢筋腐蚀暴露测试。从这个图发现,在利诺₂包含具体的标本和大量的氯⁻离子(/ Cl⁻摩尔比0.8)(没有。2标本),钢筋的腐蚀是大大抑制比inhibitor-free标本。此外,比较之间的腐蚀。1,不。3样品在加速测试中清楚地表明,利诺₂抑制混凝土钢筋的腐蚀,甚至在与大量的Cl⁻离子。尤其应该注意的是,应用程序的一个细砂浆层与大量的漆布₂前面临的具体标本(没有。3标本)抑制钢筋的腐蚀。这一事实表明,从砂浆离子渗透到混凝土在相当大的程度上。事实上,从一个分布离子浓度在深度方向上测量。(图3样品暴露于户外环境7),我们可以证明离子的砂浆逐渐渗透到混凝土。

从上述试验结果,确定具体的替代迫击炮包含离子能抑制旧钢筋周围混凝土的腐蚀与大量的Cl⁻离子。此外,腐蚀抑制的大气将形成在钢筋混凝土构件在腐蚀性盐环境中当一层砂浆层与大量的漆布₂应用于表面。

3.2。渗透率的定量评价₂⁻离子

为了设计的维修工作由应用程序细砂浆层与大量的腐蚀抑制剂的表面硬化混凝土包括Cl⁻离子,有必要定量评估的渗透性离子从混凝土的迫击炮。

户外暴露试验进行了使用200×130×500毫米具体棱镜定量评估的普及率离子从利诺₂包含硬化混凝土砂浆层。如图8、混凝土与利诺棱镜₂包含砂浆层顶部20毫米厚脸暴露在自然环境中约5公里海岸37个月。使用的混凝土和砂浆的混合比例接触测试水/水泥比率为50%(单位水泥含量= 342公斤/米³)和45%(砂/灰比= 2.5),分别。钢筋直径为16毫米嵌入式模拟实际钢筋混凝土。两种类型的迫击炮含有氯和亚硝酸盐离子50公斤/米³被用于混凝土砂浆层顶部脸上棱镜的普及率比较吗和Cl⁻离子。实际上,如图820毫米厚,迫击炮层应用于半的顶面混凝土标本(200毫米×500毫米)。之后,其他五下的混凝土标本除了脸用环氧树脂密封。只有在面临具体的棱镜暴露在自然环境中37个月。图9显示和Cl⁻离子概要结束时接触测试。如这个图所示,两种离子在砂浆层逐渐侵入混凝土。它也发现从这个图离子的迫击炮比Cl迅速进入混凝土⁻离子。

的表观扩散系数值(D)是由有限差分法计算使用和Cl⁻离子含量具体测量不同深度的接触测试(37个月)。下五脸上除了面临被环氧树脂密封。因此,总数量的和Cl⁻离子在混凝土标本和即使在曝光测试期间并没有改变。D的值和Cl⁻离子计算使用概要文件的离子在混凝土棱镜(图9)4×10⁻⁸厘米²/秒和3.3×10⁻⁸厘米²分别/ s。因此,D的价值离子高于Cl⁻离子。因此,即使的扩散系数离子被认为是Cl的一样⁻离子渗透的预测离子从迫击炮层成具体的设计实践,假设是安全可靠的。

4所示。确认的有效性作为牺牲阳极锌丝

4.1。接触测试

如图10,假设混凝土构件的维修在盐水环境中,锌线作为牺牲阳极的标本被安排在钢筋暴露在加速暴露测试。的缓蚀效果锌电线被测量评估总通过钢筋腐蚀电流密度(8]。钢筋在混凝土标本(200×150×350毫米)在纵向方向上减半。两个钢筋(13毫米直径)位于暴露面一侧,另一个(19毫米直径)的部分被嵌入垂直地彼此相交。混凝土保护层的厚度的标本是0毫米。混凝土的氯离子含量13毫米的暴露面15公斤/米³;137毫米厚的部分10公斤/米³。五面除了在面对(200×350毫米)的暴露面在标本与环氧树脂密封,如图10。这三个标本受到wetting-drying重复(1周)(在水中浸泡3天、干燥的大气相对湿度50% 3天,润湿在90%相对湿度在40°C) 1天。完成后8 wetting-drying重复,混凝土样本被放置在一个气氛在40°C 1周,然后总腐蚀电流密度测量钢筋的每个元素之间。

一个标本是控制。其他两个混凝土棱镜用于看到漆布的影响₂包含砂浆层钢筋的防腐和电线作为牺牲阳极锌的有效性。即13毫米厚的钢筋混凝土部分嵌入,被移除,然后锌(ϕ2毫米)导线作为牺牲阳极被安排在钢筋的标本。3所示。此后,老混凝土所占据的空间(25毫米厚)充满了一个包含大量的漆布的砂浆₂(55公斤/米³)。这三个标本暴露在相同的加速wetting-drying重复测试8周的未经处理的原始混凝土标本。

在一个星期完成后接触测试,每个元素之间的总腐蚀电流密度测量钢筋。

图11显示了最大值的腐蚀电流密度之间的每个元素在钢筋标本之前和之后的漆布的应用₂包含砂浆层和电锌阳极。总腐蚀电流密度的最大值,这个数字指的是最大值的获得中每个元素划分部分的钢筋。在图11,看到非常大的价值总额的腐蚀电流密度测量的所有三个标本没有治疗完成后加速暴露测试(8周)。即,严重腐蚀钢筋嵌入到标本的进展。见图11,在完成第一个加速暴露测试8周,发现腐蚀积极进展上半部分内部钢筋(N②)。特别是,在不。1试样没有治疗(对照组)(图10),非常大的腐蚀电流密度测量的下半部分钢筋暴露面一侧(H①)完成后第一个和第二个加速暴露测试(16周)。图11表明,腐蚀电流密度上和下半部的钢筋暴露面(H①,②没有。2,没有。3标本)与利诺大大减少的治疗₂包含迫击炮和锌电线。这一结果表明,氯的去除⁻离子包含部分年底8周的第一个加速暴露试验建立了钢筋腐蚀的保护环境。此外,从图获得的另一个重要的指示11是腐蚀电流密度低一半的钢筋(N①)内侧后降低砂浆层的应用利诺₂。因此,它是确定的离子从砂浆层搬到旧的混凝土。

腐蚀电流密度的上半部分钢筋在没有内在的部分。2标本(N②)下降的价格相比标本没有治疗。但腐蚀电流密度的值本身是伟大的。据推测,足够的腐蚀钢筋周围保护环境尚未建立。另一方面,在标本。3附加锌丝,在钢筋腐蚀电流密度的上半部分和下半部分都一半的钢筋(N N①,②)小于那些标本没有内在的部分。2。特别是,腐蚀电流密度的值在上半部分钢筋在标本没有内在的部分。3 (N②)是第三个样品没有。2。 These results show that effects of a zinc wire as a galvanic anode appear at early stages.

在结论,证实锌线的排列沿钢筋作为牺牲阳极是有效保护钢筋腐蚀性盐环境中混凝土结构的腐蚀。

4.2。锌线条件作为牺牲阳极

表面钝化膜的形成锌线应避免作为牺牲阳极。它是一个必要条件,混凝土孔隙溶液的pH值在钢筋维持13.3以上(9]。锂亚硝酸盐作为缓蚀剂在目前的防腐方法。利诺的pH值在孔隙的解决方案₂包含具体的腐蚀抑制剂的含量增加而增加。从砂浆孔隙溶液提取圆柱体(ϕ50×100毫米)包含一个利诺₂55公斤/米³治好了24小时。图12显示之间的关系离子浓度和pH值在孔隙的解决方案。假设pH值成正比孔隙溶液中离子浓度在小范围,增加约40公斤/米³作为离子的迫击炮需要举行的pH值约为13.3。

它是保证腐蚀产物的形成过程在锌线不膨胀混凝土。

5。实践在复合防腐方法

5.1。方法的概述

通过使用锌线作为牺牲阳极,我们甚至可以防止钢筋腐蚀的混凝土结构暴露于腐蚀性盐环境自完成修复工作。因此,具体的要删除的程度可以限制裂缝的深度范围。

然而,电线用作电锌阳极溶解。因此,锌线的时间有效地作为牺牲阳极是有限的。另一方面,在防腐方法,腐蚀抑制剂的应用砂浆层,需要漫长的时间/ Cl⁻摩尔比钢筋周围大气高于0.8。因此,电镀阳极和亚硝酸盐渗透结合的方法的优点是基于概念的展览作为牺牲阳极后立即应用程序和钝化钢筋周围有大气的保证长期渗透的亚硝酸盐是总和。

设计在当前方法的流程图如图13。可以减少维修和更新成本总额。因此,这种方法可以应用于混凝土构件达到加速腐蚀或严重破坏阶段混凝土覆盖部分脱落。因此,即使我们这种方法适用于严重受损混凝土构件,钢筋混凝土长时间将钝化。

图14显示的照片一个模型为更好地理解综合防腐技术的细节。首先,锌线(2 ~ 4毫米直径)被安排在钢筋直径(10毫米),然后连接到内部钢筋上一侧的空间通过点焊125毫米到300毫米。之后,钢筋直径(19毫米)相交成直角是由大量的漆布₂包含砂浆层与15 ~ 20毫米厚。空间高于利诺₂包含砂浆层充满了平常的腐蚀inhibitor-free砂浆修复工作。相对于大量的漆布的使用₂包含砂浆,通过实验证实,迫击炮漆布₂70公斤/米的内容³可行的足以做实际适用于灌装部分移除损坏的混凝土构件。

5.2。细节的设计

如图13,首先,芯片,深度的缓蚀剂,腐蚀抑制剂砂浆层的厚度。其次,到大气层的形成的时间保证现有混凝土构件中钢筋的钝化估计。最后,我们判断当前方法的适用性受损混凝土构件通过验证锌丝是否能作为牺牲阳极的成就钢筋的钝化亚硝酸离子。

定程序如下。(1)的值C₀(表面氯离子浓度)和D(表观扩散系数)估计在混凝土氯离子浓度分布。(2)通过使用C₀和D值,Cl的运动⁻离子,仍在老混凝土部分,在大量的漆布离子₂包含砂浆层可以预测的有限差分方法。(3)可以估计当钢筋钝化的根据/ Cl⁻摩尔比。(4)有效期内的锌线作为牺牲阳极可以从减少锌的质量估计电线被腐蚀。(5)减少锌的质量线估计价值的钢筋腐蚀电流密度的修复治疗后使用法拉第电解定律(见(1)): 在哪里是单位面积腐蚀减肥(g / cm吗²),腐蚀电流密度(一个/厘米吗²),腐蚀时间,是锌的分子量(65.38克/摩尔),然后呢是法拉第常数(96500 C /摩尔)。(6)生活时间(l)的锌线计算的使用(2)。认为钢筋的钝化在有效期内。人们认为减肥年度腐蚀和腐蚀电流密度为零。一年一度的腐蚀电流密度和腐蚀减肥也认为按比例减少。应该考虑安全系数在实际计算: 在哪里Z是锌的质量(g),安全系数,作为钢筋的总表面面积(厘米吗²),是一年一度的减肥锌腐蚀电线后应用程序(g / cm吗²/年)。

如果是计算足够数量的确认离子可以穿透到旧混凝土有效期内的电线电阳极,锌腐蚀防护结合的方法将适用。

5.3。应用程序的一个案例研究

案例研究涉及一个退化的部分一个35岁的RC桥梁板损坏的喷洒除冰盐(图15)。名义设计强度和表观扩散系数(D)原混凝土24 N /毫米²和3.0×10⁻⁸厘米²分别/ s。

的细节部分中使用的钢筋被修复如下。

钢筋表面一侧脸下的板是25毫米直径和间距为125毫米;这些内部一侧32毫米直径和间距从100到200毫米;剪切钢筋直径16毫米,间距为125毫米。

混凝土保护层是35毫米厚。氯离子的浓度分布在近地表区域提供正面图16。从这个图发现,氯离子浓度在钢筋的位置约为7公斤/米³。

5.3.1。的细节修复

部分被修复的原理图如图17。55毫米厚混凝土恶化部分被删除。因此,钢筋内一侧脸下的披露。我们连接电线(直径3毫米)锌钢棒直径(10毫米),如图17。删除部分被应用利诺恢复₂包含砂浆层(利诺₂内容:70公斤/米³),20毫米厚,和普通砂浆层,35毫米厚。

5.3.2。预测的时间达到钝化条件

Cl的分布⁻和离子浓度后立即修复和预测的有限差分法在图提供16。扩散系数为0.2×10⁻⁸厘米²/ s的迫击炮用于两种类型的分析。

图18显示了Cl的变化⁻和离子含量,/ Cl⁻摩尔比率随时间的深度85毫米(内部钢筋的位置)。从这个图发现,实现的一个关键/ Cl⁻摩尔比为0.8的钝化钢筋是6.7年。

5.3.3。预测寿命的锌电线

锌丝,长1米的表面面积大约0.17米²钢筋的钝化。假设钢筋的腐蚀电流密度后立即修复是0.3μ一个/厘米²(低到中度的腐蚀电流密度),计算通过使用(1)给出了一个年度的锌腐蚀减肥0.0033克/厘米²·。锌丝的寿命l(年)的情况安排锌线直径3毫米(0.505克/厘米)可以计算使用(2)。假设安全系数是2,

如上所述,当时的气氛的形成钝化钢筋是6.7年。因此,合并后的防腐方法适用于桥梁板修复的恶化。

5.3.4。实际的修理

一个流程图的修复提供在图的实际工作19。裂缝和剥落部分被用手断路器。然而,为了防止混凝土钢筋周围受损,清除钢筋生锈,最好进行喷水的凿工作方法。凿一直进行,直到表面钢筋内一侧被披露。

提前、锌电线被绑定到钢筋直径10毫米每隔200毫米在工厂,然后安装在建筑工地。钢筋表面附着锌电线应该提前地面和抛光。我们放置一个锌丝沿钢筋的直和紧密地绑定使用低碳钢丝(表面之间的电阻:0Ω),直径约0.8毫米(图20.)。重要的是要确保绑定低碳钢线之间的电阻,钢筋,锌电线小于0.3Ω。

为了获得良好的动电锌丝和钢筋之间,两人都受点焊在相交的点。解决锌线在中央部分的腐蚀抑制剂containing-mortar层具有高离子浓度、锌线定位从5毫米至10毫米以上的钢筋在内部方面,然后对面锌丝焊接钢筋(见图21)。

6。摘要和结论

的适用性牺牲阳极的腐蚀防护方法的组合和亚硝酸盐渗透chloride-induced腐蚀钢筋混凝土构件损坏的钢筋进行了讨论。主要结果总结如下。(1)许多混凝土结构受到外部提供chloride-induced钢筋的腐蚀。在这些情况下,通过实验证明,腐蚀是由宏单元之间形成的半钢棒表面一侧(阳极),另一半和钢筋的部分(阴极)。(2)大量的漆布₂包含应用于混凝土表面砂浆层成员可以供应混凝土钢筋周围有足够数量的锌离子,防止腐蚀的有效期间的电线作为牺牲阳极。(3)在一个案例研究桥梁板受到外部提供的chloride-induced腐蚀钢筋,板的组合方法的适用性被计算的证明锌离子渗透在生活的电线。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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