發布時間：2021-05-14所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：本文針對海水拌合再生骨料混凝土的耐久性問題，對比分析了阻銹劑在單摻和復摻下對海水拌和再生膠砂力學性能和鋼筋腐蝕行為的影響研究，并通過X射線衍射分析(XRD)、壓汞(MIP)等微觀實驗分析其影響機理。試驗結果表明海水拌和再生膠砂在不摻阻銹劑的情況
摘要：本文針對海水拌合再生骨料混凝土的耐久性問題，對比分析了阻銹劑在單摻和復摻下對海水拌和再生膠砂力學性能和鋼筋腐蝕行為的影響研究，并通過X射線衍射分析(XRD)、壓汞(MIP)等微觀實驗分析其影響機理。試驗結果表明海水拌和再生膠砂在不摻阻銹劑的情況下前期腐蝕速度較快，7d后腐蝕速度較慢，逐漸趨于鈍化;氨甲基丙醇對海水拌合再生膠砂力學性能和鋼筋銹蝕性能起不利影響，主要原因是其抑制了水泥水化進程，增加了孔隙數量;五水偏硅酸鈉能使海水拌和再生膠砂中的鋼筋發生鈍化，具有顯著阻銹作用，且其可促進C-S-H的形成，優化孔結構，對海水拌和再生膠砂力學性能影響較小。本文試驗結果有助于海水拌合再生骨料混凝土耐久性的改善和服役安全性的提升。
關鍵詞：阻銹劑;海水;再生膠砂;鋼筋銹蝕;力學性能
0引言
在海島或是遠離內陸的海邊地區的搶修搶險工程中，考慮到工期緊，淡水及河砂資源緊缺等問題，存在就地取材，利用既有建筑破碎后的再生骨料澆筑混凝土結構的現象。然而，直接采用含氯鹽較高的海水、海砂，以及既有建筑循環再生材料制成的混凝土，可能會給建筑結構帶來安全性與耐久性的重大隱患[1]。
海水混凝土結構失效的主要原因是海水中富含的游離氯離子會破壞鋼筋鈍化膜，銹蝕迅速發展，腐蝕產物膨脹對混凝土保護層產生拉應力使得混凝土開裂，最終使鋼筋混凝土結構失效[2-6]。針對這一問題，采用高效阻銹劑或多種緩蝕材料協同作用是提高海水混凝土中鋼筋耐蝕能力的重要途徑[7]。
傳統阻銹劑種類繁多，包括亞硝酸鹽、鉻酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、鋅鹽、鉬酸鹽等為主無機類阻銹劑，以有機羧酸、有機醛類、有機胺、醇類等為主有機類阻銹劑，殼聚糖類、纖維素類、淀粉基類等天然高分子基阻銹劑[8-11]。目前，針對適用于海水海砂混凝土的阻銹劑，國內外研究多集中于研制新型的復合型阻銹劑。張航[12-13]對適用于海水海砂混凝土的阻銹劑進行了研究，結果表明，緩蝕效果由強到弱為多組分阻銹劑>雙組分阻銹劑>單組分阻銹劑，多組分阻銹劑可以產生較好的協同作用。Xu等[14]研究制備的復合緩蝕劑能有效提高海水海砂混凝土的耐蝕性能，在420d內鋼筋完全不被腐蝕。周俊龍等[15]研究表明復摻20%偏高嶺土和1.5%三乙醇胺可以顯著提高海水海砂混凝土的護筋性。Pan等[16]研究發明了針對海水海砂混凝土中鋼筋的新型阻銹方法，結果表明摻入咪唑啉和三乙烯四胺緩蝕劑并結合雙向電遷移可以提高海水海砂混凝土中鋼筋的耐蝕性。由此可見，關于海水混凝土的阻銹劑研究數量還較少，領域也較為分散，缺乏阻銹劑的作用機理及其對海水混凝土性能的影響研究，同時關于海水拌和再生混凝土中的再生骨料對鋼筋銹蝕的影響還尚未有人提及。
因此，本文通過半電池電位法和極化電阻法探究了阻銹劑對海水拌和再生膠砂鋼筋腐蝕行為的影響，并通過宏微觀試驗探究阻銹劑對海水拌和再生膠砂力學性能、礦物組成及孔結構等方面的影響。
1實驗
1.1原材料(1)水泥：本試驗采用的水泥為強度等級42.5的普通硅酸鹽水泥，產自杭州富陽錢潮水泥有限公司。其主要化學組成及水泥熟料礦物組成分別見表1。
(3)再生細骨料：本試驗使用的再生細骨料為寧波廢棄建筑物碎塊經破碎所得，細度模數為3.31，飽和面干吸水率為6.53%，表觀密度為2128kg/m3，壓碎指標為22.7%。
(4)阻銹劑
本試驗選用的阻銹劑為五水偏硅酸鈉(Na2SiO3²5H2O)和氨甲基丙醇(C4H11NO)。
1.2試驗方法
1.2.1海水拌和再生膠砂的配合比和制備方法
將建筑用ϕ10mm鋼筋Q235截斷至約100mm左右的鋼筋段，依次用80目、240目、400目、600目、1000目的砂紙打磨拋光后，放入無水乙醇中并進行超聲清洗5min。在打磨好的鋼筋一邊焊接銅導線，然后用熱縮管將鋼筋兩端包裹，加入環氧樹脂進行密封，最后用硅橡膠將鋼筋與熱導管的接觸面密封，制成工作電極，如圖1(a)。
通過夾具與泡沫膠將工作電極和石墨固定在100mm³100mm³100mm的模具中。按照基準水泥：再生細骨料：模擬海水：阻銹劑=1：2.5：0.45：0.04的配比制備水泥膠砂，海水拌合再生膠砂配比如表4。將水泥砂漿分兩次裝入帶有鋼筋的模具中，分別在振動臺振實30s，拆除夾具，覆膜養護24h后拆模，制備成型海水拌和膠砂帶筋試件，如圖1(b)，后移入標準養護室(溫度為(20±2)℃，濕度≥95%)。
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另制備40mm³40mm³160mm的海水拌和膠砂試件用于測試膠砂抗折強度和抗壓強度，養護條件同上。
1.2.2海水拌和再生膠砂力學性
能取3d、7d、28d齡期的海水拌和再生膠砂試件進行抗折強度和抗壓強度測試。根據《水泥膠砂強度檢驗方法》(ISO法)(GB/T17671—1999)，抗折強度使用抗折試驗機測試，通過加荷圓柱以(50±10)N/s的速率均勻地將荷載垂直地加在棱柱體相對側面上，直至折斷。抗壓強度使用抗壓試驗機測試，將折斷后的半截棱柱體放在抗折夾具上，受壓面積為40mm³40mm，加荷過程以(2400±200)N/s的速率均勻地加荷直至破壞。根據測試荷載值，計算海水拌和再生膠砂試件的抗折強度和抗壓強度。
1.2.4X射線衍射分析(XRD)
取測試完抗壓強度后的膠砂試塊，破碎，放入到無水乙醇中終止水化。在試驗前將碎塊移入60℃干燥箱中烘24h，用研缽將碎塊中砂顆粒盡量剔除并磨成細粉，通過75μm的方孔篩后，采用X射線衍射儀對樣品粉末進行測試，分析不同齡期海水拌和再生膠砂的礦物組成。
1.2.5壓汞試驗(MIP)
取測試完抗壓強度后的膠砂試塊，破碎成粒徑0.5~1cm的樣品，放入到無水乙醇中終止水化。在試驗前將碎塊置于移入50℃真空干燥箱中烘干24h，采用AutoPoreⅣ9510全自動壓汞儀進行測試，分析不同齡期海水拌和再生膠砂的孔隙結構。
2結果與討論
2.1阻銹劑對海水拌和再生膠砂力學性能的影響
圖2為海水拌和再生膠砂3d、7d、28d的力學性能測試結果。由圖2可知，內摻氨甲基丙醇降低了海水拌和再生膠砂3d、7d、28d的抗壓強度和抗折強度，其中3d齡期時抗壓強度降低30.1%，抗折強度降低22.2%，其7d齡期時抗壓強度降低8.2%，抗折強度降低3.8%，其28d齡期時抗壓強度降低0.9%，抗折強度降低1.6%，說明氨甲基丙醇對海水拌和再生膠砂早期強度有較大的削減作用，對后期強度影響不大。內摻五水偏硅酸鈉略微提高了海水拌和再生膠砂的抗折強度，降低了混凝土早期抗壓強度，對后期抗壓強度影響不大。氨甲基丙醇和五水偏硅酸鈉復摻對其力學性能的影響中和了兩種阻銹劑單摻時的影響，表現為其降低了再生膠砂早期力學性能，對28d后力學性能的影響不大。
2.2阻銹劑對海水拌和再生膠砂鋼筋銹蝕行為的影響
圖3為海水拌和再生膠砂電化學參數測試結果。由圖所示，隨著齡期的增加，空白對照組的腐蝕電位不斷上升，腐蝕電流在0~3d內迅速下降，在3~28d內緩慢下降后趨于平穩，說明陰陽極之間的電位差逐漸縮小，即反應發生的熱力學趨勢逐漸縮小。可以推測，由于試件由海水拌制，鋼筋表面存在較高濃度的氯離子，超過了鋼筋的臨界氯離子濃度，鋼筋處于活躍狀態，銹蝕發生，隨著時間推移，腐蝕產物的堆積阻礙了后續腐蝕反應的進行，從而腐蝕速率下降。我們可以發現在7d齡期后空白對照組R-control的腐蝕電流小于0.1μA/cm2，表明海水拌和再生膠砂在不摻阻銹劑的情況下能在7d后趨于鈍化。與空白對照組相比，單摻氨甲基丙醇的試驗組腐蝕電位低于對照組，腐蝕電流高于對照組，說明氨甲基丙醇的摻入加速了海水拌合再生砂漿中鋼筋的銹蝕速率。結合強度發展數據，我們可以推測氨甲基丙醇不能發揮較好阻銹效果的原因可能是其影響了水泥水化進程。此外，單摻五水偏硅酸鈉的試驗組腐蝕電位大大高于對照組，腐蝕電流在1d時達0.1μA/cm2左右，后持續不斷下降，說明五水偏硅酸鈉能使海水拌和再生膠砂中的鋼筋發生鈍化，具有顯著阻銹作用。R-A1P2試驗組腐蝕電位始終高于對照組，腐蝕電流在3d后低于0.1μA/cm2左右，說明氨甲基丙醇和五水偏硅酸鈉復摻能使海水拌和再生膠砂中的鋼筋在3d內發生鈍化。
圖4為28d時海水拌和再生膠砂中鋼筋形貌，空白對照組和單摻氨甲基丙醇的試驗組鋼筋出現了明顯的點蝕銹坑，而單摻五水偏硅酸鈉試驗組和復摻試驗組的鋼筋表面光潔，并無銹蝕產物，這與前述的電化學分析結果一致。
2.4阻銹劑對海水拌和再生膠砂孔隙結構的影響
表6為海洋再生砂漿的總孔隙和平均孔徑的統計結果，圖6為海洋再生砂漿孔徑分布圖。整體來看，隨著齡期的增長，各試驗組的總孔隙降低，平均孔徑降低，孔分布有著中大孔向小孔轉化的趨勢，孔結構細化。單摻氨甲基丙醇會使試件總孔隙增大，孔隙分布和平均孔徑與對照組接近;單摻五水偏硅酸鈉降低了試件3d總孔隙，增大了28d總孔隙，平均孔徑減小，無害孔比例增加。
3結論
本文針對海水拌合再生骨料混凝土的耐久性問題，對比分析了不同種類阻銹劑在單摻復摻下對海水拌和再生膠砂力學性能和鋼筋腐蝕行為的影響研究，并通過XRD、MIP等微觀實驗分析其影響機理。結論如下：
(1)阻銹劑對海水拌和再生膠砂力學性能起不利影響。氨甲基丙醇對海水拌和再生膠砂早期強度有較大的削減作用，對后期強度影響不大。五水偏硅酸鈉略微提高了海水拌和再生膠砂的抗折強度，降低了混凝土早期抗壓強度，對后期抗壓強度影響不大。
(2)五水偏硅酸鈉可抑制海水拌和再生膠砂鋼筋銹蝕，氨甲基丙醇加速了鋼筋銹蝕速率。海水拌和再生膠砂在不摻阻銹劑的情況下前期(0~3d)腐蝕速度較快，7d后腐蝕速度較慢，逐漸趨于鈍化。摻入五水偏硅酸鈉能在1d內使海水拌和再生膠砂中的鋼筋發生鈍化，具有顯著阻銹作用，而氨甲基丙醇的摻入加速了海水拌合再生砂漿中鋼筋的銹蝕速率。
(3)五水偏硅酸鈉可以促進早期水泥水化，在水化后期可促進C-S-H的形成，同時使海水拌和再生膠砂平均孔徑減小，無害孔比例增加。而氨甲基丙醇對水泥水化起抑制作用，且增大了海水拌和再生膠砂的總孔隙，這也是其對海水拌合再生膠砂力學性能和鋼筋銹蝕性能起不利影響的主要原因。——論文作者：練松松，孟濤，趙羽習，盧予奇
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