超高强钢筋混凝土抗腐蚀性影响因素研究

超高强钢筋混凝土抗腐蚀性影响因素研究

成聪慧

台州台中轨道交通有限公司 浙江省台州市 318000

摘要：超高强混凝土在城市建设中的应用越来越广泛。本文通过钢筋锈蚀加速f试验评价了裂缝宽度、水胶比、氯离子含量、硅粉对超高强混凝土抗腐蚀性能的影响规律。结果表明：水胶比为12％的超高强混凝土与使用了防腐剂的水胶比为50％的普通混凝土拥有相同的抗腐蚀性。即使该超高强混凝土产生了宽度小于0.6ｍｍ的裂缝，其抗腐蚀性能依然与使用了防腐剂的水胶比为55％的普通混凝土相当。掺加硅粉后的超高强混凝土比普通混凝土具有更好的抗腐蚀性，其主要原因在于超高强混凝土致密的结构抑制了引发钢筋锈蚀物质的渗透。

关键词：超高强混凝土；加速腐蚀试验；抗渗性；裂缝影响

超高强混凝土作为一种新兴的水泥基材料，因其强度大、耐久性好等优点目前已在多个城市的高层建筑及大跨度桥梁中得到应用。大量实验研究表明，超高强混凝土的浆体结构紧密，其抗压强度远高于普通混凝土；超高强混凝土几乎密不透水，具有出色的抗外部腐蚀的能力；因其内部存在大量没有水化反应的水泥颗粒，使其在开裂状态下可以进行自我修复。其中，超高强混凝土的抗腐蚀能力越来越受到重视，抗腐蚀能力直接影响到建筑物长达几十年的运营成本。

1混凝土开裂对钢筋腐蚀的影响

通过加速锈蚀试验，研究超高强度混凝土的裂纹宽度对钢筋锈蚀的影响规律。

1.1混凝土及添加剂材料

该部分试验所用添加剂情况见表１所示，所用混凝土骨料见表2所示，混凝土配合料见表3所示。

表１　材料明细表

表2　混凝土骨料明细表

表3　混凝土配合比表

1.2裂缝宽度

试件裂缝的设置方法为：将0.1～0.6ｍｍ的不锈钢板嵌入样品中，混凝土固化后，将不锈钢板移出。以前文无裂缝试件作为对照组，本部分实验试件上的裂缝宽度分别设置为0.1、0.2ｍｍ和0.6ｍｍ。

1.3试验结果

带裂缝试件的钢筋锈蚀通常发生在裂缝附近，并且在所有试件中都观察到由水分和氧气引起的红锈。无论裂纹的宽度如何，试件的锈蚀面积率基本一致。N55组的氯化物含量为0.3ｋｇ／ 时，观察到轻微的生锈，而当氯化物含量为1.0ｋｇ／ 时，锈蚀面积率约为40％。当Ｎ55组试件氯化物含量为1.0ｋｇ／ 时，在试件中添加防锈剂，可使试件锈蚀面积率低于５％。当LSF12组超高强混凝土试件的氯化物含量为1.0ｋｇ／ 时，可观察到轻微的锈蚀，锈蚀程度与添加了防锈剂的N55组试件相当。因而，可以据此得出：超高强度混凝土在锈蚀因素富集的环境下也具有较高的耐腐蚀性。

2超高强钢筋混凝土的渗透性分析

超高强钢筋混凝土具有良好的耐腐蚀性，其主要原因为超高强混凝土的组织结构较为紧密，一定程度上抑制了腐蚀物透过混凝土保护层。为了更全面地了解超高强混凝土对锈蚀物的防护性能，针对其透水性、透气性以及氯离子抗性进行了实验研究。

3.1混凝土及添加剂材料

使用２种混凝土试件：①含17.5％硅粉的低热硅酸盐水泥，水胶比为12％（即前文LSF12组试件）：②水胶比为55％的普通硅酸盐水泥（记为Ｎ55）。试件调配方法及养护方案同前文一致。

3.2试验方法

①透水试验。试验混凝土的水渗透系数测试方法采用稳态渗流法，采用自动恒压水渗透仪加压。确保试件密闭性后，将水压力从０MPａ均匀加载到２MPａ，并一直保持水压为２MPａ。水压稳定后，读取水流量计算透水系数。②透气试验。混凝土试件的渗透系数等气密性能按照TB10120－2002《铁路瓦斯隧道技术规范》中的下进气方法进行测试。为了保障试件的密封性，避免漏气影响试验结果，使用乳胶圈、石蜡和黄油加水泥等方式进行密封。

③氯离子扩散试验。试件浸泡在浓度为５％的NaCl溶液的水箱中，侵蚀期间，每周更换一次NaCl溶液，以保证氯离子浓度恒定。

3.3试验结果

关于水、空气和氯离子渗透性试验的结果在表4中列出。

表4腐蚀物质渗透性试验结果

根据透水性试验的结果，即使水压施加时间约3000小时，也没有观测到混凝土试件有表面渗透，因此将１ｍｍ的水的渗透深度作为计算扩散系数的基准值。另外，将透气测试装置可测定的最小值作为透气系数基准值。LSF12组超高强混凝土的抗透水性、抗透气性和氯离子的抗渗性为Ｎ55组混凝土的100～500倍。

当硅粉掺量愈多，愈会堵塞透水通道，降低水工混凝土内部水流活跃性，此实质上与硅质物理化学性质有关，当硅质与混凝土胶凝材料结合，不仅仅会降低混凝土孔隙度，也会降低混凝土内部细小颗粒的流动性，增大颗粒骨架整体对水流通道的“抵抗性”，故表现透水系数较低的现象。因此，在使用硅粉的超高强度钢筋混凝土中，透过混凝土保护层的锈蚀物显著降低，从而可以得出结论：使用硅粉的超高强混凝土不仅对于外来锈蚀物的抗性高，对于内生的氯化物等物质也具备良好的耐锈蚀性。

结语：

①掺加了硅粉的水胶比为12％的超高强混凝土，其抗锈蚀性能与使用了防腐剂的水胶比为60％的混凝土相当。即使出现了0.6ｍｍ以下的裂缝，使用了防腐剂后，水胶比为55％的混凝土试件依然具备同等水平的抗锈蚀性。②掺加硅粉的超高强混凝土的抗透水性，抗透气性和氯离子抗渗性比水胶比为55％的混凝土高100～500倍。③掺加了硅粉的超高强混凝土的抗锈蚀机理与普通混凝土使用防腐剂的机理不同，其本身致密的结构发挥了至关重要的作用。④带裂缝试件的钢筋锈蚀通常发生在裂缝附近。对于超高强混凝土而言，裂缝宽度相较于环境氯离子含量，其对试件的锈蚀面积率影响并不明显。

参考文献：

[1]梁天霄，郑元勋．超高强混凝土的研究综述[J]．科技展望，2016，26（36）：19－20．

[2]王德辉，史才军，吴林妹．超高强混凝土在中国的研究和应用[J]．硅酸盐通报，2016，35（01）：141－149．

[3]王德辉，史才军，吴林妹．超高强混凝土在中国的研究和应用[J]．硅酸盐通报，2016，35（01）：141－149．