由于钢筋锈蚀引起钢筋混凝土结构物的破坏已经成为世界性问题。造成钢筋锈蚀的主要原因是氯盐。氯盐一方面来自混凝土原材料,如拌和水、海砂、防冰盐、盐雾及氯盐 (或含氯盐) 外加剂等;另一方面来自使用环境,中国有相当多地下含氯盐环境,除沿海地区外,还有盐碱地、盐湖地区及盐污染的工业环境等。氯离子能透过混凝土到达钢筋表面,破坏钢筋表面氧化物钝化膜而使钢筋锈蚀。
铁转化成铁锈后,伴有体积的增加,其体积可增大到铁的 6 倍,致使混凝土保护层随钢筋膨胀而开裂、起鼓、剥落,钢筋完全失去保护,因此,钢筋的锈蚀速度会更快,锈蚀使钢筋断面受损,降低钢筋自身的力学性能,特别对处于高应力状态下的高强预应力钢筋,腐蚀敏感性更高,可能发生突然断裂和造成事故。
经过大量的调查研究和经济分析表明,在有氯盐存在的环境中建造钢筋混凝土构筑物,宜在混凝土中掺加适量的钢筋阻锈剂。
1氯离子对钢筋的锈蚀机理
在水泥水化过程中生成大量的 Ca(OH) 2 ,使混凝土孔隙中充满饱和的 Ca(OH) 2 溶液,其 pH 值大于 12。钢筋在碱性介质中,表面能生成一层稳定致密的氧化物钝化膜,使钢筋难以锈蚀。
但是,当混凝土存在 C1 — 且 C1 — /OH — 的摩尔比大于 0.6 时,即使 pH>12 ,钢筋表面的氧化物钝化膜也可能被破坏而遭受锈蚀,这是由于氯离子在这些条件下可以穿透或活化钢筋表面的氧化物保护膜,从而创造电化学腐蚀的条件。
氯离子穿透或活化氧化物保护膜,会使钢筋各部位的电极电位不同而形成局部电池,发生电化学反应:
Fe 2C 1 — → [FeCl 2 ] 2 —
[FeCl 2 ] 2 — - 2e → FeCl 2
FeCl 2 很容易进入溶液并发生电离:FeCl 2 → Fe 2 2Cl —
于是溶液中的 Fe 2 和 OH — 结合成 Fe(OH) 2。Fe (OH) 2 又和溶解在水中的氧作用生成 Fe(OH) 3 ,即:
4Fe(OH) 2 O 2 2H 2 O → 4Fe(OH) 3
而被腐蚀。而 Cl — 却可以重新在钢筋表面起作用,周而复始地促使铁的阳极氧化过程而自身并不消耗。所以氯离子对钢筋的腐蚀作用一旦发生,就会持续地无休止地进行下去,由此可见其危害性是相当巨大的。
另外,氯离子的存在还能造成钢筋表面的局部酸化,降低 pH 值,从而进一步促进铁的阳极氧化速度;在钢筋内部存在应力或有外界电流作用时,氯离子将加剧应力或电化学腐蚀。
综合上述研究分析结果,氯离子对混凝土中的钢筋有明显的破坏作用,为防患于未然,必须严格限制钢筋混凝土中的氯离子含量,否则,其危害作用将会带来严重后果。但是,当混凝土中的氯离子含量或外界渗入混凝土中的氯离子无法人为控制时,研究和实践证明,在混凝土中掺加阻锈剂是阻止或减缓钢筋锈蚀最经济最简便而有效的措施。
高性能钢筋阻锈剂的基本组成及其作用机理
高性能钢筋阻锈剂是由分散组分、阻锈组分、防腐组分以及其它功能组分经过合理匹配复合而成。
分散组分
分散组分为引气型高效减水剂。高效减水作用导致水泥浆体絮凝结构成为均匀的分散结构,释放出游离水,使混凝土拌合物达到规定稠度的用水量大大减少,因此硬化混凝土内部毛细孔隙减少,密实度提高,抗渗透能力显著增强。
由于高效减水剂能使水泥颗粒充分湿润,水泥水化充分,水化产物分布均匀,混凝土内部结构的连续性和均匀性增强,孔径细化,缺陷减少,从而使氯离子的渗透或扩散作用大大减弱,减缓了造成钢筋锈蚀的可能性。
引气成分吸附到气——液界面上以后,表面自由焓降低,即降低了溶液的表面张力,使混凝土拌合物在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡,气泡直径和间隔系数大多在 200μm 以下,从而提高了水泥的保水能力,使混凝土拌合物的泌水性能大为减少。由于气泡的阻隔,使混凝土拌合物中自由水的蒸发路线变得曲折、细小、分散,因而改变了毛细管的数量和特性,也使混凝土的抗渗性显著提高,由于气泡有较大的弹性变形能力,对由、水结冰所产生的冰晶应力有一定的缓冲作用,因而大幅度提高了混凝土的抗冻融破坏能力,使混凝土内部结构遭受损伤的可能性显著降低,因此可以避免外界氯离子乘虚而入。
阻锈组分
阻锈组分为钝化剂和氧化物保护膜修补剂,它能促使钢筋表面产生一层以 γ-Fe 2 O 3 或 Fe 3 O 4 为主要组成的氧化物钝化膜,该膜厚度约为 20