混凝土钢筋阻锈剂实验研究

邢士波

（山东龙泉管道工程股份有限公司，山东 淄博 255000）

混凝土钢筋阻锈剂实验研究

邢士波

（山东龙泉管道工程股份有限公司，山东 淄博 255000）

文章运用半电池电位的方法研究了钼酸钠对混凝土中钢筋的阻锈作用，通过正交设计探讨了阻锈剂对钢筋混凝土中钢筋腐蚀影响，确定了复配的钢筋阻锈剂各成分的最佳配比，并通过实验验证表明此钢筋阻锈剂复配最佳配比的有效性。

钢筋混凝土；阻锈剂；钢筋腐蚀；正交设计；建筑结构

1 概述

钢筋混凝土结构是现代化生活中最常用的建筑结构。随着建筑业的发展日新月异，随之带来的问题也日益明显。由于设计施工以及碳化、环境污染等物理化学作用，大量混凝土构筑物因不能达到预期寿命而破坏。钢筋阻锈剂旨在改善和提高钢筋的防腐蚀能力。钢筋阻锈剂具有一次性使用而长期有效、使用范围广等优点，但其中有些阻锈剂如重铬酸钾会使得混凝土的抗压强度下降较多，有些阻锈剂如氯化亚锡的作用时间较短。此外，亚硝酸盐类出于环保的考虑，在瑞士、德国等已明令禁止使用。因此，近年来各国一致致力于开发高效、无毒的“绿色”钢筋阻锈剂。到了1998年，至少有5亿立方米的混凝土使用了钢筋阻锈剂。我国在研制、开发钢筋阻锈剂方面起步相对较晚，20世纪90年代初钢筋阻锈剂才开始取得了一定范围的应用。

随着我国大规模建设和众多老建筑物的修复工程，钢筋阻锈剂作为提高结构耐久性的有效措施之一，应该得到更大的发展。Kalman.D.G等人的试验论证了钼酸盐缓蚀剂的优越性能，也证实了钼酸盐较好的缓蚀作用。钼酸盐以其低毒、无公害、优异的抗氯离子点蚀能力，而成为当前研究的热点。但是钼酸盐价格较贵，单独使用时所需剂量大、成本高，本文研究了钼系复配阻锈剂，以减少钼酸盐的用量，进一步提高阻锈效果。主要以钼酸钠为主，另外选取二乙烯三胺、丙烯基硫脲、1-4丁炔二醇等进行复配，根据最优化设计来进行搭配形成更加有效的阻锈剂。

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

山东济南安家水泥厂生产硅酸盐325水泥；细骨料为黄河砂，中沙，细度模数2.7，级配良好；试验用水采用普通自来水；粗骨料为山东济南港沟石场碎石，5～20mm连续级配；复配阻锈剂的组成化学成分，钼酸钠（Na2MoO4·2H2O分析纯≥99%）、丙烯基硫脲（C4H8N2S分析纯≥98%）、二乙烯三胺（C4H13N3分析纯≥98%）、吡啶（C5H5N分析纯≥99.5%）、1.4-丁炔二醇（C4H6O2实验纯），阻锈剂按水泥重量的3%掺入；基准混凝土设计强度等级C30，水灰比0.45。每立方米混凝土水泥445kg、水200kg、砂子590kg、石子1190kg。钢筋为A3钢建筑用光圆钢筋直径0.8cm，长度9.8cm。

2.2 实验方法

试块为上底面直径50mm，下底面直径70mm、高80mm的圆台。钢筋定位板中定位半孔的直径尺寸8.0m。钢筋进行相应的除锈，依次用100、200、600目的碳化硅水砂纸打磨，水洗，脱脂，干燥。含钢筋的试块标准养护后放入3%氯化钠和3.6%硫酸钠混合溶液中。浸泡一周，干燥一天。循环16次，之后在自然环境下放置28周。对钢筋混凝土试块中的钢筋腐蚀前和腐蚀后除锈后用METTLER TOLEDO公司AB204-S型电子天平进行称重。半电池电位法，实验参照ASTM C876-91，以饱和甘汞电极作为参比电极（SCE）。测试时将饱水后的海绵放置于试样上，甘汞电极的前端与饱水海绵紧密接触。甘汞电极、工作电极上的导线与HDV-7C晶体管恒电位仪上相应导线相联接。静置1min，HDV-7C晶体管恒电位仪数据稳定后测数。

3 实验结果与分析

3.1 单独掺入钼酸钠对钢筋腐蚀的影响

将得到的实验数据可以算出缓蚀剂的缓蚀效率，添加0.1g/L钼酸钠时的缓蚀效率为99.749%，从图1中的缓释效率可以看出，钼酸钠对碳钢有比较明显的缓蚀作用。在一定的实验范围内，钼酸钠的浓度越大，缓蚀效率越高，其阻锈作用越强。表明钢筋形成了有一定的耐蚀性能的钝化膜，所以说钼酸钠对钢筋的腐蚀有较好的抑制作用。同时需要注意的是钼酸钠单独使用时，低浓度的MoO44-不足以在基体上形成具有保护作用的膜层，只有当浓度提高到一定的量级，具有保护作用的钝化膜才能形成，而建立完整有效的致密保护膜层，需要较高的浓度，较高的浓度从经济角度是不合适的，所以要进行复配使用，利用协同效应来达到缓蚀效果好成本又低的目的。

图1 钼酸钠掺量与缓蚀效率的关系

3.2 阻锈剂复配的正交设计

研究混凝土中钢筋抗腐蚀性能，电化学方法测半电池电位和钢筋的腐蚀失重都是较好的验证指标。一般来说，半电池电位越小，钢筋腐蚀失重越小，混凝土中钢筋的抗腐蚀性越好，这两个验证指标的测量也比较方便。因此，半电池电位和钢筋的腐蚀失重作为正交设计中的控制指标，研究各复配的单一阻锈剂成分对混凝土中钢筋抗腐蚀性的影响规律，选用三因素三水平正交实验，并进行分析。

从极差分析结果知，对钢筋抗腐蚀性的影响因素由大到小的顺序为：钼酸钠＞丙烯基硫脲＞1-4丁炔二醇＞二乙烯三胺。钼酸钠在钢筋混凝土中是作为最主要的复配成分，故其对钢筋抗腐蚀性的影响也是最大的，硫脲对钢筋抗腐蚀性的影响最小。总之，通过实验数据显示三因素在选定水平范围内，均能满足要求，从钢筋腐蚀失重的极差分析可知，影响钢筋腐蚀失重的因素由大到小的顺序为：钼酸钠＞二乙烯三胺＞丙烯基硫脲＞1-4丁炔二醇。仍然是钼酸钠对钢筋抗腐蚀性能的提高贡献最大。随着钼酸钠掺量的增加，混凝土中钢筋的抗腐蚀性能提高。由于钼酸钠掺量对钢筋抗腐蚀性能的影响最大，若钼酸钠掺量选择不当，对钢筋抗腐蚀性的影响比其他因素都大，故钼酸钠掺量的确定很重要。另外，1-4丁炔二醇和丙烯基硫脲对混凝土中钢筋抗腐蚀性的贡献主要来自其与钼酸钠配合的良好协同效应，提高了单独掺入钼酸钠在钢筋表面形成的吸附膜表面覆盖度或形成多分子层，吸附物相互作用提高了吸附层的稳定性。另外一个影响因素硫脲，由于复配中掺入硫脲，使得硫脲分子中存在的硫与原子Fe结合直接抑制了Fe的腐蚀，这样也会使得钢筋表面被覆盖的保护膜层面积增大，又能提高混凝土的密实度，减小腐蚀介质的渗透，从而通过这两个方面对钢筋起到保护作用，钢筋抗腐蚀性也会增强。从腐蚀失重的极差分析可知，其最优组合为A3B1C3D1。从性能和经济方面综合考虑，对各因素进行平衡分析，确定钼系阻锈剂复配配合比为钼酸钠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，剩余为水，复配后的钼系阻锈剂按水泥用量的3%添加。

4 结语

通过正交设计，进行钼系阻锈剂复配设计，影响钢筋混凝土中钢筋抗腐蚀性的重要因素是钼酸钠和1-4丁炔二醇掺量，同时二乙烯三胺和丙烯基硫脲也钼酸钠的协同作用也不可忽视。得到一个钼系最佳复配阻锈剂配合比钼酸钠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，可以预测钼酸盐系缓蚀剂随着研究的深入，将逐步扩大其在生产上的应用范围。

[1]洪乃丰．钢筋阻锈剂的发展与应用[J]．工业建筑，2005，35（6）.

[2]洪乃丰．氯盐腐蚀与钢筋阻锈剂[J]．混凝土，2004，171（1）.

[3]张小冬，周庆，陈烈．钢筋阻锈剂的应用发展概况[J]．施工技术，2004，33（6）.

（责任编辑：黄银芳）

TU528

1009-2374（2017）12-0026-02

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

邢士波（1981-），男，山东龙泉管道工程股份有限公司工程师，研究方向：材料腐蚀与防护。

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