[摘要]:含氯化钙与亚硝酸钙混凝土中通过加速试验肉眼观察确定了腐蚀等级，并结合电极电位、腐蚀面积率和失重率等确定了抑制钢筋腐蚀所需临界摩尔浓度NO2―/Cl―比。实验结果表明，随着氯离子含量的增加，抑制钢筋腐蚀所需临界摩尔浓度越高。在氯离子含量小于4kg/m3范围内，NO2―/Cl―摩尔比大于1.2时完全抑制混凝土中钢筋腐蚀。
关键词：钢筋腐蚀；亚硝酸盐；阻锈效果；临界摩尔浓度
1 前言
钢筋锈蚀引起的结构物破坏，是我国乃至世界各国土木工程领域普遍关注的热点问题。它的危害主要有以下三个方面：一是降低结构的承载能力，减小安全储备；二是降低结构的刚度，增大变形，甚至使混凝土保护层剥落，影响正常使用；三是降低结构的延性，甚至改变其破坏形态，从而导致结构的失效后果更加严重[1]。引起钢筋腐蚀的因素虽然是多方面的，但就大量钢筋混凝土结构破坏的事例表明 ，主要源于氯离子。近年来由于二氧化碳浓度的剧增，劣质混凝土的加速碳化也是导致钢筋腐蚀的重要原因。欲提高钢筋混凝土的耐久性寿命，还需要解决钢筋的再钝化问题，而解决再钝化问题最简便和有效的方法是使用阻锈剂。钢筋阻锈剂能起到两方面的作用：一方面推迟了钢筋开始生锈的时间；另一方面减缓了钢筋腐蚀发展的速度[2-4]。J.A.Gonzalez等通过对市场上畅销的磷酸盐、铬盐、胺与链烯胺、硼酸盐、钼酸盐、氧化锌、葡萄糖酸盐、乌洛托品、间苯二酚、间苯三酚、亚硝酸盐等阻锈剂用于钢筋混凝土中测定腐蚀程度后认为亚硝酸盐类阻锈剂效果最为明显[5]。
本文通过高温高湿和低温低湿循环的方法加速含亚硝酸钙和氯化钙混凝土中钢筋腐蚀，通过肉眼观察结合电极电位、腐蚀面积率及失重率，探讨亚硝酸盐抑制氯盐引起的钢筋腐蚀效果。
2 试验概述
2.1 原材料及试件
水泥采用42.5普通硅酸盐水泥；河砂，细度模数2.7；碎石，最大粒径20mm；混凝土配合比如表1所示，试剂氯化钙和亚硝酸钙，掺量如表2。所使用的钢筋为长390mm，直径13mm的光圆钢筋。埋入混凝土前用砂纸除去钢筋表面的钝化膜，用丙酮处理后固定在尺寸为100×100×400mm的试模内，试模两端装有固定钢筋的塑料模，经浇注混合料，脱模后成为如图1所示长方体试件，试件的两端部用环氧树脂涂抹以防止端部产生腐蚀。
2.2 试件的养护
混凝土试件成型后1天脱模， 用薄的塑料薄膜包裹表面并在标准条件下养护至28天后放入温湿箱进行如图2的加速养护30次。
2.3 试验方法
经过30次干湿循环后的混凝土试件，劈裂后取出钢筋，通过肉眼观察， 结合自然电极电位、腐蚀面积率及失重率探讨亚硝酸盐抑制氯盐引起的钢筋腐蚀效果。肉眼观察的评价标准如表3，自然电极电位的测定根据ASTMC876—91进行，腐蚀面积率和失重率参照JCI—SC1进行。
3 试验结果与分析
3.1 钢筋腐蚀等级的评价
混凝土中含有氯离子含量1～4Kg/m3时，NO2―/Cl―摩尔比为0、0.4、0.8、1.2的含钢筋混凝土试件经过30次干湿循环后，劈裂混凝土试件取出的钢筋表面腐蚀等级的结果分别如图3～图6 所示。从图中可以看出，氯离子含量一定时，随着NO2―/Cl―摩尔比增加抑制钢筋腐蚀效果越明显；
同样在NO2―/Cl―摩尔比一定时随着氯离子含量增
加，抑制钢筋腐蚀效果越差。当NO2―/Cl―摩尔比为1.2时，不管氯离子含量多少，钢筋表面几乎未产生钢筋腐蚀，甚至氯离子含量为1Kg/m3时的钢筋表面钝化膜，比原来处理之前的钢筋表面钝化膜还清晰可见，说明亚硝酸根的抑制钢筋腐蚀效果一直到干湿循环30次时很明显。NO2―/Cl―摩尔比为0的钢筋，不管氯离子含量大小，其内部的钢筋均产生了断面减少的坑蚀。摩尔比为0.4的混凝土中钢筋，当氯离子含量大于3 Kg/m3时表面也产生了坑蚀。同时有些钢筋，摩尔比为0与0.4的各部分腐蚀程度不一样，这可能是由于混凝土中含有较多量的氯离子产生宏电池腐蚀引起的。从而可以看出当NO2―/Cl―摩尔比小于0.4时混凝土中钢筋难以完全抑制坑蚀，反而由于亚硝酸根含量较低时会产生负作用，加速坑腐蚀。当NO2―/Cl―摩尔比为0.8时较小的氯离子含量范围内未产生坑蚀，只有均匀腐蚀，而随着氯离子含量的增加腐蚀程度增加，即从氯离子含量为1Kg/m3时未被腐蚀，而4Kg/m3时较多腐蚀生成物存在。说明随着氯离子含量的增加抑制钢筋腐蚀所需临界NO2―/Cl―摩尔比越大[6]。
3.2 钢筋腐蚀程度的评价
图7和图8分别为经过30次干湿循环以后电极电位和腐蚀面积率的测定结果， 从图中同样可以看出，氯离子在混凝土中含量小于3kg/m3时，抑制钢筋腐蚀的NO2―/Cl―摩尔比随氯离子含量逐渐增加；当氯离子含量大于3 kg/m3时，等高线图的界面曲线几乎平行于横坐标意味着氯离子浓度增加时抑制钢筋腐蚀的NO2―/Cl―摩尔比变化不大。氯离子含量4kg/m3的混凝土，当抑制钢筋腐蚀的NO2―/Cl―摩尔比分别大于0.5和1.1时，钢筋腐蚀的自然电位分别超过ASTMC876的界线-350mv和-200mv,200mv，小到67%和18%，说明NO2―/Cl―摩尔比越大，抑制钢筋腐蚀的效果越好，但即便自然电位大于-200mv也会使钢筋表面产生微小腐蚀，因此钢筋腐蚀的评价指标显得非常重要。失重率的测定结果却表现出与自然电位、腐蚀面积率有所不同，如图9所示。对照腐蚀面积率可以看出，氯离子含量较大时在钢筋表面可能产生了坑蚀，从劈裂试件以后钢筋的肉眼观察中也证明了这一点。当NO2―/Cl―摩尔比为0.5时，含氯离子4 kg/m3的混凝土中钢筋的失重率从未掺亚硝酸盐的7.8%降为2.4%，说明亚硝酸盐虽有明显的抑制腐蚀的效果但不足以完全抑制钢筋的腐蚀；而当NO2―/Cl―摩尔比为1.2时，含氯离子4 kg/m3的混凝土中钢筋的失重率只有0.1%，几乎完全抑制了钢筋腐蚀。图10为失重率/腐蚀面积率之比随氯离子含量变化曲线。失重率/腐蚀表面率之比表示坑蚀大小。图6中可以看出，氯离子含量越多，NO2―/Cl―摩尔比越小，产生坑腐蚀的可能性越大。 此时相对应的腐蚀面积率分别从未掺亚硝酸盐时的100%减
4 结论
1.亚硝酸盐对氯离子引起的钢筋腐蚀具有明显的抑制作用，NO2―/Cl―摩尔比越大，抑制钢筋腐蚀效果越好。
2.NO2―/Cl―摩尔比为小于0.4时抑制钢筋腐蚀的效果不明显，有时导致宏电池腐蚀；而当摩尔比为0.8时基本上消除了坑蚀，但是不足以完全抑制钢筋腐蚀。
3.当混凝土中氯离子含量小于3kg/m3时钢筋表面产生的腐蚀主要表现为均匀腐蚀，而氯离子含量超过3kg/m3时钢筋表面易产生坑腐蚀。
4.当混凝土中氯离子含量不大于4kg/m3时，完全抑制钢筋腐蚀所需NO2―/Cl―摩尔比约为1.2。
5.采用的腐蚀程度评价指标不同，临界NO2―/Cl―摩尔比会有一些差别，因此确定临界摩尔比要综合考虑各项指标。
