不同Cl-/OH-比下钢筋锈蚀情况研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着建筑行业的高速发展，混凝土结构得到了越来越广泛的应用，其耐久性更是我们关注的另一个重点，而钢筋的锈蚀又是混凝土结构破坏的一大元凶，如今河沙资源逐渐枯竭，海砂因其良好的级配，广泛的来源和可观的经济性而悄无声息地成为了河沙的替代品，有些城市，比如厦门，虽然已经明令禁止使用海砂，但不能排除任然有使用海砂的情况，结果导致钢筋混凝土结构中由于氯离子的存在，而使得钢筋产生锈蚀，混凝土结构大量破坏。不仅如此，现下有大量的混凝土结构应用于海洋工程，盐碱地开发，即使是远离海洋的内陆地区也因其大量使用的“除冰盐”而造成钢筋混凝土结构的破坏，远远达不到其设计时的使用寿命。

钢筋混凝土结构的破坏除了氯离子的破坏之外，与混凝土的碱度也存在一定的联系，当混凝土因为碳化而造成碱度的下降时，据有关文献表明，当超过一定的临界值时，即使没有氯离子的存在，钢筋混凝土结构依然会发生破坏。

因此，我们必须从外界侵蚀环境和混凝土自身，这两个方面出发，研究氯离子对混凝土中钢筋的锈蚀影响，从锈蚀机理出发，通过电化学测定方法、原子力显微镜、x射线光电子能谱以及宏观失重率等，来界定临界氯离子浓度，并提出能有效延缓或者防止钢筋锈蚀的方法，从实际上来提高钢筋混凝土结构的耐久性，减少耗费在钢筋混凝土结构维护上的费用，除此之外，面对逐渐枯竭的河沙资源，也希望能够通过我们的研究，来控制海砂中的氯离子浓度，从而能将对海砂的利用提升到合法的范围，是我们的理论研究具有更大的实际意义。

2. 研究内容和预期目标

本课题的主要研究对象是带钝化膜的钢筋，研究在不同养护条件下形成的钝化膜在不同的cl^-/oh^-比下的锈蚀情况，以提出合理的防锈措施，提高钢筋混凝土结构的耐久性。主要研究内容如下：

（1）对成型混凝土的原材料进行分析，包括表观密度，含水率，细度模数，颗粒级配，以及最大粒径等。

（2）按c40成型混凝土试块，埋入钢筋，分别进行标准养护，蒸汽养护，压蒸养护，养护到规定龄期取出钢筋，分别放入配制好的不同ph值不同cl^-/oh^-比的溶液中进行锈蚀，运用电化学研究界定临界氯离子浓度

3. 研究的方法与步骤

3.1原材料基本物理性能的检测

对原材料物理性能的研究，主要从筛分试验、密度试验、含水率等方面来进行:

（1）筛分实验根据《普通混凝土用砂、石质量及检测方法标准》（JGJ 52-2006）中规定的试验方法进行实验，取500g烘干的河沙试样，置于标准筛内，上下震动筛分50次，称量每一层的分级筛余量，计算累计筛余量和细度模数，并绘制筛分曲线，测定河砂试样的细度模数和颗粒级配

（2）称取500g试样，放入烘箱中，在100摄氏度下进行烘干，7至8小时后取出，计算其含水率，平行测定三组，以减小误差

3.2钝化膜成型

表1混凝土配合比（kg/m³）

标养和蒸汽养护下成型：提前一个星期将打混凝土所需要的砂、石在光照充足的地方铺开，晒干，按照表1的配合比配制，成型36个大小为100*100*100的混凝土试块，共需12个三联模，先将混凝土装入模具中，放置于振动台上进行初步振实，然后将振动台关闭，准备好钢筋，然后再次打开振动台，同时在每个试块中垂直插入两根普通热轧光圆钢筋，直至钢筋全部没入混凝土中，并且在混凝土振捣密实的基础上，关闭振动台，此次成型共需72根钢筋。其中将6个试块进行标准养护28天，其余的6个试块进行蒸汽养护14天。

压蒸养护下成型：前往汤始建华管桩厂，同样需要成型18个尺寸为[100×100×100（mm³)]的混凝土试块，共需6个三联模铁模具，先将混凝土装入模具中，放置于振动台上进行初步振实，然后将振动台关闭，准备好所需的普通光圆热轧钢筋，然后再次打开振动台，同时在每个试块中垂直插入两根普通热轧光圆钢筋， 直至钢筋全部没入混凝土中，并且在混凝土振捣密实的基础上，关闭振动台，此次成型共需36根钢筋。采用二次养护工艺来对试块进行养护。

3.3不同PH值下，带钝化膜钢筋锈蚀的临界氯离子浓度的界定

表1不同PH值溶液

3.3.1 PH=13.4时，不同Cl-/OH-比的模拟孔隙液的配制及分布

（1）PH值为13.4的NaOH溶液的配制如表1：根据PH值的大小确定OH^-浓度为0.251mol/L ，则NaOH的量为为5.02 g，即以下所配制的溶液均是在PH值为13.4的溶液中，在此基数上，通过改变Cl^-/OH^-比，来确定该PH值下，Cl^-/OH^-的临界值，将5.02g NaOH置于容量瓶中，加水定容至500ml，得到PH值为13.4的NaOH溶液，并通过碱度测试方法来对溶液的PH进行精确

（2）将标准养护下成型钝化膜的12根钢筋置于Cl^-/OH^-比为0、0.4、0.5、0.6、0.63、0.66、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9以及蒸馏水中，5根置于0.6、0.63、0.66、0.7、0.75中作为平行试验组，1根留作电化学实验

（3）将蒸汽养护下成型钝化膜的12根钢筋置于Cl^-/OH^-比为0、0.4、0.5、0.6、0.64、0.68、0.73、0.78、0.83、0.88、0.93以及蒸馏水中，5根置于0.6、0.64、0.68、0.73中作为平行试验组，1根留作电化学实验

（4）将压蒸养护下成型钝化膜的12根钢筋置于Cl^-/OH^-比为0、0.4、0.5、0.6、0.64、0.68、0.73、0.78、0.83、0.88、0.93以及蒸馏水中，5根置于0.6、0.64、0.68、0.73、中作为平行试验组，1根留作电化学实验

3.3.2 PH=12.5时，不同Cl-/OH-比的模拟孔隙液的配制及分布

（1）PH=12.5的NaOH溶液配制与3.1相似（如表1）

（2）将蒸汽养护下成型钝化膜的12根钢筋置于Cl^-/OH^-比为0、0.4、0.5、0.6、0.64、0.68、0.73、0.78、0.83、0.88、0.93以及蒸馏水中，5根置于0.6、0.64、0.68、0.73中作为平行试验组，1根留作电化学实验

3.3.3 PH=11.7时，不同Cl-/OH-比的模拟孔隙液的配制及分布

（1）PH=11.7的NaOH溶液配制与3.1相似（如表1）

（2）将标准养护下成型钝化膜的12根钢筋置于Cl^-/OH^-比为0、0.4、0.5、0.6、0.63、0.66、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9以及蒸馏水中，5根置于0.6、0.63、0.66、0.7、0.75中作为平行试验组，1根留作电化学实验

（3）将压蒸养护下成型钝化膜的12根钢筋置于Cl^-/OH^-比为0、0.4、0.5、0.6、0.64、0.68、0.73、0.78、0.83、0.88、0.93以及蒸馏水中，5根置于0.6、0.64、0.68、0.73、中作为平行试验组，1根留作电化学实验

3.4 临界氯离子浓度

3.4.1线性极化法

（1）将钢筋从所有混凝土试块中取出后，分别取出3根三种养护方式下成型钝化膜的钢筋，全部置于PH值为13.4的NaOH溶液中，静置3天后，将钢筋接在主电极上，辅助电极为Pt电极，参比电极为饱和的甘汞电极，采用电化学工作站进行测试其对应的阻抗，腐蚀电位，腐蚀电流，此后以三天为一间隔，向PH值为13.4的NaOH溶液中加入NaCl，增加氯离子浓度，并用电化学工作站进行测试其对应的阻抗，腐蚀电位，腐蚀电流，进行监测，当加入的氯离子达到临界氯离子浓度时，钢筋的阻抗，腐蚀电位，腐蚀电流将发生突变，由此可以界定带钝化膜的钢筋在PH值为13.4的NaOH溶液中的临界氯离子浓度

（2）取出留下的另外三根钢筋，置于PH值为11.7的NaOH溶液中，用同样的电化学方法进行界定，以此来确定带钝化膜的钢筋在PH值为11.7的NaOH溶液中的临界氯离子浓度或者以此来得出结论：在PH值为11.7时，无论氯离子浓度为多少时，钢筋钝化膜都不可能稳定存在。

3.4.2AFM原子力显微镜观察微区形貌变化

（1）当钢筋在模拟孔隙溶液中放置60天后，将取出已经锈蚀并且Cl^-/OH^-比最小的钢筋，以及邻近的，还未锈蚀的两根钢筋，以及还有所保留的钢筋原样，切割成Φ6*3mm的圆形薄片

（2）运用原子力显微镜观察微区形貌变化，通过比较已锈蚀钢筋、未锈蚀钢筋以及带钝化膜钢筋三者钝化膜的微观形貌变化来确定临界Cl^-/OH^-比

3.4.3 运用XPS对比钝化膜表面Fe² 和Fe³ 含量的差别来确定临界值

（1）当钢筋在模拟孔隙溶液中放置60天后，取出已经锈蚀并且Cl^-/OH^-比最小的钢筋，以及邻近的，还未锈蚀的两根钢筋，还有所保留的钢筋原样，切割成Φ6*3mm的圆形薄片

（2）运用采用XPS（X射线光电子能谱）通过对比这四根钢筋钝化膜表面Fe² 和Fe³ 含量来确定临界值

3.4.4失重率以及表观锈蚀情况

（1）在将钢筋放入模拟孔隙液中之前，先称量每根钢筋的质量

（2）将钢筋在模拟孔隙液中泡制60天后取出，将钢筋表面的铁锈打磨掉后，称取其质量，计算失重率，从宏观上界定临界氯离子浓度

3.5钢筋钝化膜组成的测定与分析

（1）对所选取的钢筋试样进行切割，切割成Φ6*3mm的圆形薄片

（2）运用XPS对式样表面膜的化学组成进行分析，由于表层与空气接触，为减小实验误差，因对其表面深度5到10纳米的深度进行扫描分析，并根据初步得到的XPS结果，对特殊元素（有文献记载为Fe、O、C）进行窄区扫描，分析得到钝化膜的组成

4. 参考文献

[1]吴群，陈雯，杜荣归等. 钢筋钝化膜在含缓蚀剂的模拟混凝土孔隙液中的电 化学特性[j]. 功能材料，2008,39(5):764-766.

[2]施錦杰，孙伟，耿国庆. 模拟混凝土孔溶液对钢筋钝化的影响[j]. 建筑材料学报，2011,14(4):452-458.

[3]巴恒静，赵炜璇. 利用极化电阻测试混凝土模拟孔隙溶液中钢筋锈蚀临界氯离子浓度[j]. 混凝土，2010,(12):1-4.

5. 计划与进度安排

第1周（3月5日-3月12日）：收集课题相关文献资料，撰写文献综述，拟定研究方案，准备各种原材料和实验试剂，论文开题，写出开题报告

第2周（3月12日-3月19日）：测试河砂的细度模数和粒度分布及含水率，石子的最大粒径以及粒度分布，并且继续研读文献，完善文献综述

第3周（3月19日-3月26日）：阅读文献，开始寻找英文文献