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1、钢筋锈蚀综述一、钢筋的锈蚀机理向酸碱比对磷酸镁水泥基材料的钢筋锈蚀性能影响显著，在一定范围内镁水泥内碱度越高，磷酸镁水泥抗钢筋锈蚀性能越好。钢筋混凝土中钢筋锈蚀主要是电化学锈蚀。混凝土中的钢筋在水泥水化反应时所生成的强碱作用在钢筋表面形成一层致密的氧化层，即钝化膜，它能有效地隔绝钢筋与有害成分的相互接触，延缓或阻止钢筋的锈蚀。钝化膜形成原因是因为在混凝土空隙中的水分通常以饱和的氢氧化钙的溶液形式存在，其中还含有一些氢氧化钠和氢氧化钙,pH值为12.5。在这样的强碱性的环境中，钢筋表面形成钝化膜，它是厚度为2XICT6X10%的水化氧化物(nFemHQ),阻止钢筋进步腐蚀。因此，施工质量良好、没
2、有裂缝的钢筋混凝土结构，即使处在海洋环境中，钢筋基本上也能不发生腐蚀。但是，当钢筋表面的钝化膜受到破坏，成为活化态时，钢筋就容易腐蚀。呈活化态的钢筋表面所发生的腐蚀反应的电化学机理是，当钢筋表面有水分存在时，就发生铁电离的阳极反应和溶液态氧还原的阴极反应，相互以等速度进行，腐蚀过程的全反应是阳极反应和阴极反应的组合，在钢筋表面析出氢氧化铁。该化合物被溶解氧化后生成氢氧化铁Fe(OH)3,并进一步生成nFezOj-niHQ(红锈)，一部分氧化不完全的变成FeM(黑锈)，在钢筋表面形成锈层。空气中的CO?渗入,与孔隙中的Ca(OH)2反应,生成CaCO力使PH值下降。当PH值11.5时,钝化膜就开
3、始不稳定；当PH值降低到9左右时,钢筋表面的钝化膜遭到破坏,钢筋开始腐蚀。正常情况下，由于初始混凝土的高碱性,钝化膜形成后较为致密。认为随着环境介质的侵入,钝化膜逐渐遭到破坏,从而导致腐蚀的发生。力筋发生锈蚀需要三大基本要素:力筋表面钝化膜的破坏；充足氧的供应；适宜的湿度(RH=6080%)。当混凝土的碱性降低或碱性化合物碳化或CI侵入混凝土,钝化CI侵入混凝土,钝化膜将遭到膜将遭到破坏,在有水和氧气的条件下，就会发生锈蚀。具体表现为：钢筋钝化胶为双层结构,外层以T-FeOOH为主，内层主要为FeO;氯离子对膜的破坏过程可能是先在钝化膜表面吸附,然后穿透到膜中，在铁/氧化物界面即膜的内层形成F
4、CCI2,而使饨化膜局部溶解1一方面，C可能是随混凝土组成材料(水泥、砂、石、外加剂)进入的，如在冬季施工，为提高混凝土抗冻性而掺入氯盐、海砂拌制混凝土等；另一方面,CI-是在混凝土硬化后经其孔隙由外界渗入的，如遭受海水侵蚀的海岸混凝土构筑物，冬季在混凝土路面上喷洒盐水防止路面冰冻，游泳池用氯气消毒等。钢筋的锈蚀通常由两种作用引起：一种是混凝土碳化作用；一种是氯离子的侵蚀。认为二氧化碳和氯离子对混凝土本身都没有严重的破坏作用，但都是钢筋钝化膜破坏的最重要又最常遇到的环境介质：混凝土碳化使混凝土孔隙溶液中的Ca(OH)2含量逐渐减少,PH值逐渐下降,钝化膜逐渐变得不再稳定以至于完全被破坏,使钢筋
5、处于脱钝状态；周围环境中的氯离子从混凝土表面逐渐渗入到混凝土内部，当到达钢筋表面的混凝土孔溶液中的游离氯离子浓度超过一定值(临界浓度)时，即使混凝土碱度再高,pH值大于11.5值,CL也能破坏钝化膜,使钢筋锈蚀。氯盐引起钢筋锈蚀的发展速度很快,远比碳化锈蚀严重,这种情况常发生在近海或海洋环境以及冬季经常使用除冰盐的环境。氯离子的存在是影响钢筋锈蚀速度的重要因素。由于其离子半径相对很小，电负性较强，因而其吸附性和扩散穿透力极强，即使在PH值大于12的条件下，也能使钢筋钝化膜破坏。同时，研究表明，钢筋的锈蚀速度与氯离子含量成线性关系。氯离子引起钢筋的锈蚀包括四个阶段:锈蚀诱导阶段、锈蚀开展阶段、锈
6、蚀加速阶段和裸露锈蚀阶段（图2）o氯离子通过毛细吸附和扩散作用穿透混凝土保护层到达钢筋表面,当钢筋表面孔溶液中的氯离子浓度达到某临界值时，钢筋转入活化状态,开始锈蚀。图L混凝土中钢筋的锈蚀过程及影响因素随着锈蚀产物的增加，锈蚀产物体积膨胀（为钢筋体积的26倍,作用于周围混凝土,裂缝开始出现,钢筋的锈蚀速度明显加快,直到混凝土裂缝达到O.l0.5mm,甚至保护层剥落以致钢筋完全裸露,失去微电池腐蚀条件，钢筋锈蚀速度反而会有所降低。图2.混凝土中钢筋锈蚀速度的变化所以我们得出结论：(1)镁水泥内碱度越高，磷酸镁水泥抗钢筋锈蚀性能越好。(2)在普硅混凝土空隙存在饱和的氢氧化钙的溶液，其为PH值12.
7、5的强碱性的环境,钢筋表面形成由厚度为2X106X107的水化氧化物(nFe2O3mO)组成的钝化膜,阻止钢筋进一步腐蚀。(3)当混凝土的碱性降低，其PH值G1.5时,钝化膜就开始不稳定；当PH值降低到9左右时,钢筋表面的钝化膜遭到破坏。(4)碱性化合物碳化或Cl侵入混凝,Cl侵入混凝土,钝化膜将遭到破坏,在有水和氧气的条件下，就会发生锈蚀(5)外界氯离子从表渗入到混凝土内部,到达钢筋表面孔溶液游离氯离子浓度超过临界值时，即使混凝土碱度PH值大于11.5,Cl也能破坏钝化膜，使钢筋锈蚀。(6)混凝土中的钢筋锈蚀取决于C1TOH-(7)Cl-的去极化作用使得生成的Fe2+与CI一相遇生成FeCl
8、2,FeCl2在扩散时遇到OH-,生成Fe(OH)2沉淀，又进一步氧化成铁锈。，CI一在这个过中只是起到了“搬运”作用，它不被“消耗”。二、镁水泥的应用范围镁水泥对于冻土及深层油井固化处理特别适用，在一些寒冷地区(如美国的阿拉斯加、我国的西藏等地区)，地下有很深的冻土层，进行施工时，传统的硅酸盐水泥很难满足要求。MPC胶凝材料具有在低温下施工的特性，因此在冻土地区进行施工时，MPC材料可以用于冻土处理和加固。此外，对于深层油井固化处理方面，MPC胶凝材料也展现出了优异的性能。这些深层油井通常处于很深的冻土层或者高地热地区(油井温度150C),油井地下压力达到120MPa以上，传统的油井水泥无法
9、满足要求。美国Argonne和BrookhaVen国家实验室通过模拟深层油井施工环境开发出了MPC胶凝材料体系的油井水泥。可以根据油井下的温度和压力以及钻孔灌入时间，调节MPC胶凝材料各组份来实现深层油井的固化处理。MPC胶凝材料体系流阻小、孔隙率低，跟土层也能很好的粘结，而且快速硬化后可成为隔水屏障。三、普硅水泥内参氯盐固化能力实验本周同利做了的三组硅酸盐水泥净浆对于氯离子固化能力对比实验的结果已经鉴定，时间是3d。相对比与镁水泥净浆平均30%,普硅水泥净浆对于氯离子的固化率平均是70%左右。表2.磷酸镁水泥CI的固化率表L普通硅酸盐水泥Cl的固化率组别水灰比水水泥粉氯化钠总质量抗折Mpa抗
10、压Mpa固化率配方10.35420120014717673.4712.4970.37%配方20.25400160014021405.3721.8472.76%配方30.2320160011220665.7826.8468.35%注：表上的三个配方的区别在于用了三种不同的水灰比图L普硅水泥净浆照片组别水MgOP硼砂氯化钠抗折(MPa)抗压Mpa固化率4-124968068010809.872937.72%4-2249102034015808.621.521.27%4-3246113023017803.5724.37%4-42401190170188024.538.70%仪器显示测定结果-镁水泥仪
11、器显示测定结果-普硅水泥图2.氯离子快速测定仪测定结果显示结论：普硅水泥净浆的氯离子固化率高于镁水泥净浆，文献解释普通硅酸盐水泥水化产物中出现了明显的含氯元素的Friedel(弗里德耳)盐衍射峰，这是由于OPC熟料矿物中还含有一定量C3A,其水化产物与氯离子反应形成Friedel盐的缘故。OPC水化7d28d后Friedel盐衍射峰强度明显增加，这表明水泥石内部的Friedel盐数量在持续增多。而磷酸镁水泥并不高，水化产物对于氯离子可能是以物理吸附为主。参考文献：1汪鹰，史苑笏，魏宝明，林昌健.用XPS研究钢筋钝化膜和CL-对钝化膜的影响J.中国腐蚀与防护学报1998(02):107-112.2徐晓阳，刘保县.钢筋混凝土钢筋锈蚀研究综述J.四川工业学院学报.2004,22(3):83-85.3贾红梅，阎贵平，闫光杰.混凝土中钢筋锈蚀的研究J.中国安全科学学报.2005,15(5):56-59.4施锦杰，孙伟.混凝土中钢筋锈蚀研究现状与热点问题分析J.硅酸盐学报.2010,38(9):1753-1764.5耿健，丁庆军，孙家瑛，吴雄，杨文.3种不同类型水泥固化氯离子的特点J.水泥.2009(6):20-236濮兰天，马丹阳，毛玉昆.利用氧化镁水泥材料改善固井水泥石的抗冰冻特性J.青海石油,2014(03)
