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四川双流​混凝土切割中钢筋锈蚀的机理

四川双流混凝土切割中钢筋锈蚀的机理

1.混凝土中钢筋钝化膜破坏的机理

混凝土孔隙中是碱度很高的Ca(OH)2饱和溶液,pH值在12.5左右,由于混凝土中还含有少量NaOH,KOH等,实际pH值可达13。在这样的高碱性环境中,钢筋表面被氧化,形成一层厚仅20~60A的水化氧化膜mFe。O;·nH2O。这层膜很致密,牢固地吸附在钢筋表面,使钢筋处于钝化状态,即使在有水分和氧气的条件下钢筋也不会发生锈蚀,故称“钝化膜”。在无杂散电流的环境中,有两个因素可以导致钢筋钝化膜破坏:混凝土中性化(主要形式是碳化)使钢筋位置的pH值降低,或足够浓度的自由Cl-扩散到钢筋表面。

碳化(或H2SO,等引起的其他中性化)使孔溶液中的Ca(OH)。含量逐渐减少,pH值逐渐下降。当pH值下降到11.5左右时,钝化膜不再稳定,当pH值降至9~10时,钝化膜的作用完全被破坏,钢筋处于脱钝状态,锈蚀就有条件发生了。由于部分碳化区的存在,钢筋经历了从钝化状态经逐步脱钝转化为完全脱钝状态的过程。

当钢筋表面的混凝土孔溶液中的自由Cl-浓度超过一定值时,即使在碱度较高,pH值大于11.5时,CI厂也能破坏钝化膜,从而使钢筋发生锈蚀。因为CI-的半径小、活性大,容易吸附在位错区、晶界区等氧化膜有缺陷的地方。Cl有很强的穿透氧化膜的能力,在氧化物内层(铁与氧化物界面)形成易溶的FeCl2,使氧化膜局部溶解,形成坑蚀现象。如果CI厂在钢筋表面分布比较均匀,这种坑蚀现象便会广泛地发生,点蚀坑扩大、合并,发生大面积腐蚀。

2.混凝土中钢筋锈蚀的电化学机理

部位的电极电位不同形成腐蚀电池,因此,上述条件①总是存在和满足的。

当钢筋表面的钝化膜遭到破坏时,钢筋处于活化状态,在水和氧气得到满足的情况下,钢筋发生电化学腐蚀,电化学腐蚀包括下述四个基本过程:

1)阳极反应过程

阳极区铁原子离开晶格转变为表面吸附原子,然后越过双电层放电转变为阳离子(Fe2+),并释放电子,这个过程称为阳极反应,其方程式为Fe→Fe2++2e(12-18)

2)电子传输过程

即阳极区释放的电子通过钢筋向阴极区传送。

3)阴极反应过程

阴极区由周围环境通过混凝土孔隙吸附、渗透、扩散作用进来并溶解于孔隙水中的O。吸收阳极区传来的电子,发生还原反应:

O2+2H20+4e→40H(12-19)

4)腐蚀产物生成过程

阳极区生成的Fe2+向周围水溶液深处扩散、迁移,阴极区生成的OH一通过混凝土孔隙和钢筋与混凝土间界面的空隙中的电解质扩散到阳极区,与阳极附近的Fee+反应生成Fe

(OH)2,Fe(OH)2被进一步氧化成Fe(OH)3,Fe(OH)。脱水后变成疏松、多孔、非共格的红锈Fe2O3;在少氧条件下,Fe(OH)2氧化不很完全,部分形成黑锈FesO,。

Fe2++20H→Fe(OH)2(12-20)

4Fe(OH)2+O2+2H20→4Fe(OH)3(12-21)

2Fe(OH)3→Fe2O,+3H20(12-22)

6Fe(OH)2+O2→2FeaO,+6H2O(12-23)

最终的锈蚀产物取决于供氧情况。从式(12-21)、式(12-23)还可以看出,周围环境中氧气扩散到钢筋附近,除参与阴极区的还原反应外,还参与锈蚀产物的次生反应。上述钢筋锈蚀的电化学原理见图12-8所示。

图12-8混凝土中钢筋锈蚀过程

图12-8混凝土中钢筋锈蚀过程

的电化学原理示意图


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