CN115128215A - 一种快速验证阻锈剂在钢筋混凝土中阻锈效果的方法 - Google Patents

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CN115128215A CN202210728078.XA CN202210728078A CN115128215A CN 115128215 A CN115128215 A CN 115128215A CN 202210728078 A CN202210728078 A CN 202210728078A CN 115128215 A CN115128215 A CN 115128215A
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田晓航
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周天正
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Abstract

本发明提供一种快速验证阻锈剂在钢筋混凝土中阻锈效果的方法，包括以下步骤：首先，将混凝土试样置于真空条件下处理一定时间；其次，将混凝土试样置于复合溶液中，对复合溶液进行交替性的通电和断电操作，并在断电期间，对复合溶液进行超声处理；再次，将处理后的混凝土试样干燥并冷却至室温；最后，重复上述操作多次，直至完成规定的循环次数或混凝土试样中钢筋锈蚀面积率达到目标值时，终止试验，计算阻锈剂的阻锈率。该方法直接将阻锈剂作用在钢筋混凝土环境内，能够更加直观的验证阻锈剂在钢筋混凝土中的作用效果的优劣。该方法具有时间短、效率高、试验结果规律稳定等优势，填补了阻锈剂在钢筋混凝土环境中快速验证检测技术的空白。

Description

一种快速验证阻锈剂在钢筋混凝土中阻锈效果的方法
技术领域
本发明属于钢筋混凝土外加剂效果测试的技术领域，具体涉及一种快速验证阻锈剂在钢筋混凝土中阻锈效果的方法。
背景技术
混凝土因具有原料来源丰富，价格低廉，生产工艺简单成熟等特点，仍是当今主要建筑材料之一。通常情况下，混凝土对埋置于其中的钢筋是具有保护作用的，这是因为水泥水化产生的氢氧化钙以及钾、钠等离子的高碱性孔隙液会使钢筋表面钝化形成致密的氧化膜保护层。然而，由于混凝土碳化等因素容易造成pH降低或受氯化物侵蚀污染，极易破坏稳定钝化膜引起钢筋腐蚀发生。钢筋锈蚀是一种自发的进程，腐蚀量成指数规律递增，经济损失成倍增加。钢筋腐蚀产物不断积聚产生膨胀应力造成混凝土开裂和剥落，而复杂恶劣工程环境钢筋在混凝土中发生锈蚀对结构耐久性造成的危害非常严重。引入阻锈剂可以有效降低钢筋腐蚀速率，抑制钢筋恶化发展，是预防和减缓氯离子侵蚀混凝土较为实用而简便的方法。阻锈剂具有一次性使用长期有效、施工简单、不会改变混凝土自身性能等优点而被广泛应用于钢筋混凝土防腐工程中。
阻锈剂作为增加混凝土耐久性的一种外加剂，其作用效果显现的时间长久，难以在短时间判断其阻锈性能的好坏。现如今验证阻锈剂性能多数使用的是模拟混凝土孔溶液的方式并辅以电位变化来判断其性能好坏。但是阻锈剂作为一种与混凝土复合使用的外加剂，剥离混凝土大环境进行外加剂阻锈性能研究是不合理的，测试结果也与实际混凝土环境中下的阻锈性能数据存在一定的偏差。
JT/T 537-2018《钢筋混凝土阻锈剂》中盐水浸烘环境下混凝土中钢筋锈蚀面积百分比试验是在混凝土环境中观察钢筋锈蚀情况，可以相对更准确的反应出阻锈剂效果好坏。试验将规定型号的钢筋放置于100mm*100mm*46mm的混凝土中成型，次日脱模，用砂浆把裸露在外的钢筋进行成型剩余空间密封。标准养护至第7天，将试块放置到80℃的烘箱中烘干24h除去多余的水分后开始循环试验，在3.5％NaCl溶液浸泡96h，放置在60℃烘箱中烘干72h，完成一个循环试验，整个试验至少持续4个循环才可以看出阻锈剂效果，最快试验周期也长达36天之久，较长的试验周期直接影响阻锈剂筛选工作的效率。
基于此，提供一种能够更加快速、准确的验证阻锈剂在钢筋混凝土中的阻锈效果的方法，可加速建筑工程现场验证阻锈剂的作用效果，是亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种能够更加快速、准确的验证阻锈剂在钢筋混凝土中的阻锈效果的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：提供一种快速验证阻锈剂在钢筋混凝土中阻锈效果的方法，包括以下步骤：
S1、将钢筋加入混凝土中，经养护、烘干制得混凝土试样，所述混凝土试样包括不含阻锈剂的样品A和含有阻锈剂的样品B；
S2、将所述混凝土试样置于加速反应仪器中，于真空条件下保持2～4h；
S3、向所述加速反应仪器中注入质量浓度为5～15％的NaCl与MgSO4的复合溶液，使混凝土试样完全浸泡于所述复合溶液中2～6h；所述浸泡过程中，对复合溶液进行交替性的通电和断电操作；并在所述断电期间时，对复合溶液进行超声处理；
S4、将步骤S3处理后的混凝土试样取出，烘干，并冷却至室温；
S5、重复步骤S2～S4多次，直至完成规定的循环次数或混凝土试样中钢筋锈蚀面积率达到目标值时，终止试验，计算阻锈剂的阻锈率。
在本发明中，为了有效的缩短验证所需时间，发明人对影响检测过程中的诸多关键因素进行改进，以实现钢筋的加速锈蚀：
首先，利用加速反应仪器对混凝土试样进行真空处理，能够排出混凝土试样内部孔隙中的空气，使混凝土试样呈现一种负压状态，有助于后续吸附溶液；
其次，复合溶液注入加速反应仪器中，浸泡真空处理后的混凝土试样，对浸泡过程中的复合溶液进行交替性的通电和断电处理。在电场作用下，一方面，溶液中氯离子向阳极移动，加速氯离子进入混凝土试块；施加电场后体系电势能转化离子动能和热能，溶液中的氯离子热运动频率增加，加速通过毛细孔隙进入混凝土内部。另一方面，混凝土试件内金属钢筋在磁场作用下相对周边混凝土环境也形成微弱电场，吸引混凝土内部的自由氯离子加速向钢筋移动，随着外部溶液中氯离子不断进入逐渐在钢筋表面积累催化锈蚀反应进行。
同时，阴极在通电的情况下水被电解不断生成氧气，一部分溶解在水中增加水中含氧量，另一部分附着在试块的表面，或者外溢到空气中，为钢筋锈蚀反应提供必要条件。进一步的，反应容器通过阴极与阳极形成磁场，反应容器中的水分子被磁化减少了复合溶液中的水分子间团聚现象，以便更好通过吸附扩散方式进入混凝土内部，也为后期氯离子在试块中定向移动提供基础。
再次，在断电期间对复合溶液进行超声操作，能够将定向移动并富集于反应容器一侧的氯离子重新分散，确保整个反应容器内的氯离子均一稳定；此外，超声波振动产生的能量转化加速氯离子运动，促进锈蚀过程的快速进行。
最后，在随后的烘干阶段，水分蒸发使混凝土试样内部毛细孔变得通透，更多的氧气进入孔隙内，能够在下一轮重复操作中有效的加速混凝土中钢筋的锈蚀过程，进一步提高试验效率。
进一步的，所述步骤S1中，混凝土试样的具体制备方法包括：首先将钢筋置于固定夹内，将钢筋与固定夹整体移动到模具中，阻锈剂与原材料一起加入搅拌锅使用3％浓度的氯化钠溶液拌合。新鲜的混凝土放入模具中振捣密实，养护24h后将钢筋固定夹取出，裸露的钢筋使用富配比砂浆进行密封养护至第 7天，所述烘干的具体操作为：将养护好的混凝土试样放入80～120℃的鼓风干燥箱中，烘干20～28h以除去试样内毛细孔及表面多余水分。
所述步骤S2中，所述加速反应仪器内部设有腔体，腔体用于容纳复合溶液以及放置混凝土试样。腔体采用可密封结构，便于进行真空负压操作；腔体的顶部和底部分别固定有阳极板与阴极板，腔体周围设置有超声振动装置，两极板与超声装置的电源均由计时开关进行控制。
优选地，所述步骤S2中，真空条件的真空度为0.8～1.2MPa。
优选地，所述步骤S3中，复合溶液中NaCl与MgSO4的质量比为3:2。与常规的处理溶液相比(一般采用浓度为3.5wt％的NaCl溶液)，本发明采用的复合溶液具有协同作用加速破坏的特点，钢筋置于混凝土中，复合溶液中加入 MgSO4加速破坏混凝土稳定降低混凝土对钢筋的保护作用，提高NaCl的渗透深度，增加侵蚀作用，快速体现产品效果。
进一步的，所述步骤S3中，所述对复合溶液进行交替性的通电和断电操作包括：将阳极片与复合溶液上表面接触并固定，将阴极片设置于复合溶液底部，接通交流电，在加速反应仪器的上下两端形成电场。
优选地，两极板的制作材料选自耐腐蚀的惰性金属，包括但不限制铜、铂等。在具体操作中，根据腔体内部液面高度调节上部阳极板位置，以确保其与浸泡液面接触。
进一步的，所述超声处理的超声波频率为20000Hz～40000Hz。该频率的超声波能够产生高频振幅，高频率振幅会在液体中产生较小的真空气泡或空隙，这种机械应力的施加能使溶液中团聚的粒子分开。
优选地，所述通电时间为20～50min，所述断电时间为10～40min；所述超声处理在每次通电结束后开始工作，并在下一次通电前结束工作。
在一些较好的实施方式中，通电时间为20min，断电时间为40min，而后再通电20min，断电40min……交替通电断电操作共持续4h。在接通电源形成电场后20min后开启超声装置，设置超声装置的工作时间为40min，并在超声装置停止工作20min后继续工作，重复超声装置的工作及停止共持续4h。
进一步的，所述步骤S4中，擦干取出的混凝土试样表面残留的复合溶液，将其置于80～120℃的条件下烘干8～14h，再冷却至室温。
进一步的，所述步骤S5中，相邻的两次重复操作中，对混凝土试样成型面沿竖直方向的朝向进行调整。具体地，在上述循环操作过程中，可以采用循环次数为奇数时成型面向上放置，循环次数为偶数时成型面向下放置。这样处理的好处是，每次循环氯离子都电极作用下由下向上移动，试件朝向阴极片的一测氯离子浓度高于另一侧，调转方向是为了使氯离子在两侧均匀渗透。
在一些较好的实施方式中，为了便于试验操作，将步骤S5中的重复次数设置为6次(即总共完成7个循环)，当7次循环结束后，随机抽取混凝土试样样品A劈裂计算钢筋锈蚀面积。
进一步的，所述步骤S5中阻锈剂的阻锈率是指锈蚀面积降低百分率，其计算方法为：锈蚀面积降低百分率＝[(样品A钢筋锈蚀面积百分比-样品B钢筋锈蚀面积百分比)/样品A钢筋锈蚀面积百分比]×100％。
进一步的，所述快速验证阻锈剂在钢筋混凝土中阻锈效果的方法的总试验时间为11～16d。与常规检测方法相比，能够节约50％以上的试验时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的一种快速验证阻锈剂在钢筋混凝土中阻锈效果的方法，不使用混凝土环境模拟液，直接将阻锈剂作用在钢筋混凝土环境内，能够更加直观的验证阻锈剂在钢筋混凝土中的作用效果的优劣。
(2)本发明提供的一种快速验证阻锈剂在钢筋混凝土中阻锈效果的方法，该方法考虑了影响钢筋锈蚀的诸多因素，综合利用了真空、电磁场和超声波等操作处理方法，定向加速氯离子运动进入混凝土试样中，明显加快了混凝土试样内钢筋的锈蚀速率，对快速验证钢筋阻锈剂在混凝土中阻锈性能具有显著效果。该方法能够有效缩短试验时间、提高试验效率，试验结果规律稳定，填补了阻锈剂在钢筋混凝土环境中快速验证检测技术的空白。
附图说明
图1为本发明提供的一种快速验证阻锈剂在钢筋混凝土中阻锈效果的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1
分别制作不含阻锈剂的混凝土试块样品A和含有钢筋阻锈剂的混凝土试块样品B(阻锈剂选择武汉三源公司自产的SY-R型阻锈剂，加入量占胶凝材料总质量的5％)，具体试验方法如下：
按照规定成型混凝土试块，将表面除锈的钢筋置于混凝土试件中，成型养护至第7天；将成型养护好的混凝土试件由标养室取出放入105℃的鼓风干燥箱中，烘干24h除去试件内毛细孔内多余水分；由鼓风干燥箱中取出混凝土试块，室温环境下冷却1h后放入加速反应仪器中(循环次数为奇数时成型面向上放置，循环次数为偶数时成型面向下放置)，密封抽真空，保持真空负压1MPa 保持4h，将试块空隙中的空气排除，使得试块呈现一种负压状态，以便后期更好的吸附；真空负压一段时间后开启进水阀立即向反应仪器中注入5％浓度的复合溶液，直至腔体内的试块完全被淹没，再保持此浸泡状态6h；当溶液将试块完全浸泡后，固定阳极片使其浸泡溶液的上表面接触，反应容器上部阳极片与容器底部阴极片接通交流电，在反应容器上下两端形成电场，驱动溶液中的氯离子定向移动，并设置电源通电20min后停止，并在40min后继续工作，反复此程持续2h；接通电源形成电场后20min后开启超声装置(40000Hz)并设置工作40min后停止，并在20min后继续工作，反复此程持续4h；4h过后断开全部电源将反应池中的溶液收集起来，将试块取出并擦干试件表面。放入 105℃的鼓风干燥箱中保持8h；8h后取出试件放在室内降温1h此为完成一个循环，7个循环后随机取试件进行劈裂计算钢筋锈蚀面积。
实施例2
分别制作不含阻锈剂的混凝土试块样品A和含有钢筋阻锈剂的混凝土试块样品B(阻锈剂选择武汉三源公司自产的SY-R型阻锈剂，加入量占胶凝材料的5％)，具体试验方法如下：
按照规定成型混凝土试块，将表面除锈的钢筋置于混凝土试件中，成型养护至第7天；将成型养护好的混凝土试件由标养室取出放入105℃的鼓风干燥箱中，烘干24h除去试件内毛细孔内多余的水分；由鼓风干燥箱中取出混凝土试块，在室温环境下冷却1h后放入加速反应仪器中(循环次数为奇数时成型面向上放置，循环次数为偶数时成型面向下放置)，密封抽真空，保持真空负压 1MPa保持3.5h，将试块空隙中的空气排除，使得试块呈现一种负压状态，以便后期更好的吸附；真空负压一段时间后开启进水阀立即向反应仪器中注入8％浓度的复合溶液，直至腔体内的试块完全被淹没，再保持此浸泡状态4h；当溶液将试块完全浸泡后，固定阳极片使其浸泡溶液的上表面接触，反应容器上部阳极片与容器底部阴极片接通交流电，在反应容器上下两端形成电场，驱动溶液中的氯离子定向移动，并设置电源通电30min后停止，并在30min后继续工作，反复此程持续4h；接通电源形成电场后30min后开启超声装置(40000Hz) 并设置工作30min后停止，并在30min后继续工作，反复此程持续4h；4h过后断开全部电源将反应池中的溶液收集起来，将试块取出并擦干试件表面。放入95℃的鼓风干燥箱中保持12h；12h后取出试件放在室内降温1h此为完成一个循环，7个循环后随机取试件进行劈裂计算钢筋锈蚀面积。
实施例3
分别制作不含阻锈剂的混凝土试块样品A和含有钢筋阻锈剂的混凝土试块样品B(阻锈剂选择武汉三源公司自产的SY-R型阻锈剂，加入量占胶凝材料的5％)，具体试验方法如下：
按照规定成型混凝土试块，将表面除锈的钢筋置于混凝土试件中，成型养护至第7天；将成型养护好的混凝土试件由标养室取出放入100℃的鼓风干燥箱中，烘干24h除去试件内毛细孔内多余的水分；由鼓风干燥箱中取出混凝土试块，在室温环境下冷却1h后放入加速反应仪器中(循环次数为奇数时成型面向上放置，循环次数为偶数时成型面向下放置)，密封抽真空，保持真空负压 1MPa保持2.5h，目的是将试块空隙中的空气排除，使得试块呈现一种负压状态，以便后期更好的吸附；真空负压一段时间后开启进水阀立即向反应仪器中注入12％浓度的复合溶液，直至腔体内的试块完全被淹没，再保持此浸泡状态 3h；当溶液将试块完全浸泡后，固定阳极片使其浸泡溶液的上表面接触，反应容器上部阳极片与容器底部阴极片接通交流电，在反应容器上下两端形成电场，驱动溶液中的氯离子定向移动，并设置电源通电40min后停止，并在20min后继续工作，反复此程持续3h；接通电源形电场后40min后开启超声装置 (40000Hz)并设置工作20min后停止，并在40min后继续工作，反复此程持续3h；3h过后断开全部电源将反应池中的溶液收集起来，将试块取出并擦干试件表面。放入105℃的鼓风干燥箱中保持10h；10h后取出试件放在室内降温1h 此为完成一个循环，7个循环后随机取试件进行劈裂计算钢筋锈蚀面积。
实施例4
分别制作不含阻锈剂的混凝土试块样品A和含有钢筋阻锈剂的混凝土试块样品B(阻锈剂选择武汉三源公司自产的SY-R型阻锈剂，加入量占胶凝材料的5％)，具体试验方法如下：
按照规定成型混凝土试块，将表面除锈的钢筋置于混凝土试件中，成型养护至第7天；将成型养护好的混凝土试件由标养室取出放入100℃的鼓风干燥箱中，烘干24h除去试件内毛细孔内多余的水分；由鼓风干燥箱中取出混凝土试块，在室温环境下冷却1h后放入加速反应仪器中(循环次数为奇数时成型面向上放置，循环次数为偶数时成型面向下放置)，密封抽真空，保持真空负压 1MPa保持2h，目的是将试块空隙中的空气排除，使得试块呈现一种负压状态，以便后期更好的吸附；真空负压一段时间后开启进水阀立即向反应仪器中注入 15％浓度的复合溶液，直至腔体内的试块完全被淹没，再保持此浸泡状态2h；当溶液将试块完全浸泡后，固定阳极片使其浸泡溶液的上表面接触，反应容器上部阳极片与容器底部阴极片接通交流电，在反应容器上下两端形成电场，驱动溶液中的氯离子定向移动，并设置电源通电50min后停止，并在10min后继续工作，反复此程持续2h；接通电源形成电场后50min后开启超声装置 (40000Hz)并设置工作10min后停止，并在50min后继续工作，反复此程持续4h；4h过后断开全部电源将反应池中的溶液收集起来，将试块取出并擦干试件表面。放入120℃的鼓风干燥箱中保持8h；8h后取出试件放在室内降温1h 此为完成一个循环，7个循环后随机取试件进行劈裂计算钢筋锈蚀面积。
对比例
分别制作不含阻锈剂的混凝土试块样品A和含有钢筋阻锈剂的混凝土试块样品B(阻锈剂选择武汉三源公司自产的SY-R型阻锈剂，加入量占胶凝材料的5％)，将上述样品采用JT/T 537-2018《钢筋混凝土阻锈剂》的方法进行阻锈效果验证。
具体操作为：将打磨光亮无锈蚀的120mm钢筋置于固定夹内，左右两端各固定10mm，确保100mm长度的钢筋与混凝土接触。将钢筋与固定夹整体移动到模具中，样品A混凝土按照既定配合比在搅拌锅中使用3％浓度的氯化钠溶液拌合；样品B混凝土在搅拌时将阻锈剂与原材料一起加入搅拌锅使用3％浓度的氯化钠溶液拌合。A样和B样拌合好的混凝土放入模具中振捣密实，养护 24h后将钢筋固定夹取出，裸露的钢筋均使用富配比砂浆进行密封养护至第4d，拆模后养护至第7d，将试块放置到80℃的烘箱中烘干24h除去多余的水分后开始循环试验，在3.5％NaCl溶液浸泡96h，取出在60℃烘箱中烘干72h，完成一个循环试验，四个循环后劈裂一组样品A计算钢筋锈蚀面积，当样品A的锈蚀面积率不足15％时继续循环操作，直至钢筋锈蚀面积不低于15％时终止试验。
试验数据
计算实施例1-4以及对比例中样品A和样品B的钢筋锈蚀面积百分比，并根据上述数据计算阻锈剂的阻锈率(即锈蚀面积降低百分率)，并分别统计实施例1-4与对比例的总试验时长，相关数据见下表1：
表1
Figure BDA0003711457120000101
由上表可知，
采用本发明提供的快速验证阻锈剂在钢筋混凝土中阻锈效果的方法，获得的阻锈率(锈蚀面积降低百分率)数据与对比例采用标准方法测试的结果基本一致，最大误差在1.6％以内。同时，本发明实施例1-4总试验时长控制在16d 以内，相比于对比例，最多可节约72％的试验时间。
这充分说明了，本发明提供的一种快速验证阻锈剂在钢筋混凝土中阻锈效果的方法，能够显著加快混凝土试样内钢筋的锈蚀速率，具有试验时间短、效率高，试验结果规律稳定等优势，对快速验证钢筋阻锈剂在混凝土中阻锈性能具有显著效果。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种快速验证阻锈剂在钢筋混凝土中阻锈效果的方法，包括以下步骤：
S1、将钢筋加入混凝土中，经养护、烘干制得混凝土试样，所述混凝土试样包括不含阻锈剂的样品A和含有阻锈剂的样品B；
S2、将所述混凝土试样置于加速反应仪器中，于真空条件下保持2～4h；
S3、向所述加速反应仪器中注入质量浓度为5～15％的NaCl与MgSO4的复合溶液，使混凝土试样完全浸泡于所述复合溶液中2～6h；所述浸泡过程中，对复合溶液进行交替性的通电和断电操作；并在所述断电期间时，对复合溶液进行超声处理；
S4、将步骤S3处理后的混凝土试样取出，烘干并冷却至室温；
S5、重复步骤S2～S4多次，直至完成规定的循环次数或混凝土试样中钢筋锈蚀面积率达到目标值时，终止试验，计算阻锈剂的阻锈率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，养护的时间为7天，烘干的温度为80～120℃，烘干的时间为20～28h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，真空条件的真空度为0.8～1.2MPa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，复合溶液中NaCl与MgSO4的质量比为3:2。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对复合溶液进行交替性的通电和断电操作包括：将阳极片与复合溶液上表面接触并固定，将阴极片设置于复合溶液底部，接通交流电，在加速反应仪器的上下两端形成电场。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述超声处理的超声波频率为20000Hz～40000Hz。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通电时间为20～50min，所述断电时间为10～40min；所述超声处理在每次通电结束后开始工作，并在下一次通电前结束工作。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，擦干取出的混凝土试样表面残留的复合溶液，将其置于80～120℃的条件下烘干8～14h，再冷却至室温。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5中，相邻的两次重复操作中，对混凝土试样成型面沿竖直方向的朝向进行调整。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述快速验证阻锈剂在钢筋混凝土中阻锈效果的方法的总试验时间为11～16d。
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