摘要：為研究凍融損傷環境下引氣混凝土內部鋼筋銹蝕規律和機理，同時考慮混凝土保護層厚度對內部鋼筋銹蝕的影響,試驗設計了不同保護層厚度的配筋普通混凝土和引氣混凝土試件，分別利用半電池電位法和線性極化法測定了不同凍融循環次數下，試件內部鋼筋的半電池電位值和腐蝕電流密度值。試驗結果表明，隨著凍融循環次數的增加，混凝土試件內部鋼筋的半電池電位絕對值和腐蝕電流密度值均有顯著增加，試件的抗銹蝕能力降低;但在相同凍融循環次數下，引氣混凝土較普通混凝土具有更好的抗鋼筋銹蝕性能;增加保護層厚度可以明顯提高配筋混凝土的抗鋼筋銹蝕能力。

　　關鍵詞：凍融損傷;引氣混凝土;鋼筋銹蝕;電化學方法;保護層厚度

　　混凝土方向論文范文：高薄碾壓混凝土拱壩設計創新與實踐

　　摘要:碾壓混凝土拱壩具有施工快、材料省、開挖小等優點，是適合高山峽谷地區的優秀壩型。但由于采用薄層碾壓施工，層間強度低于本體、層面滲流問題突出，具有顯著的各向異性的特性;且高碾壓混凝土拱壩在一個枯水期難以澆筑完成，汛期需要臨時成拱擋水度汛;碾壓層面滲流問題較突出，壩體排水要求高。上述這些設計、施工難點成為制約該壩型進一步發展、推廣的關鍵因素，需要有所突破。

　　0前言

　　混凝土結構耐久性是影響混凝土結構服役壽命的主要原因，在極端環境下，混凝土耐久性劣化更加明顯，例如在Cl-侵蝕環境、鋼筋銹蝕環境以及凍融損傷環境[1-5]。在Cl-侵蝕環境下，隨著Cl-侵入混凝土內部，加速了混凝土內部鋼筋鈍化膜的破壞，增加了混凝土內部鋼筋的銹蝕速率。由于鋼筋銹蝕后腐蝕產物體積急劇增加，導致混凝土膨脹開裂，加劇了混凝土結構的提前破壞[6-8]。根據以往學者研究，向混凝土中摻入引氣劑，可有效提高混凝土的工作性和抗凍性能，從而延長混凝土耐久性[9-10]。

　　引氣混凝土已廣泛應用于建筑工程中，以其優異的抗凍性能，在嚴寒地區混凝土結構中得到更加廣泛的應用。學者劉曙光對引氣混凝土和非引氣混凝土在凍融環境下裂縫開展進行了研究，發現在同樣的凍融損傷度下,引氣混凝土基體微裂紋的密度要低于非引氣混凝土，引氣混凝土的抗凍性優于普通混凝土[11]。國內外對于引氣混凝土性能的研究，往往集中于其工作性、抗凍性能和力學性能[12-14]。但實際工程中的引氣混凝土均是配筋引氣混凝土結構，對于凍融環境下引氣混凝土的抗鋼筋銹蝕性能還未曾研究。基于上述原因考慮，本文開展引氣混凝土在凍融環境下抗鋼筋銹蝕試驗，研究凍融損傷對引氣混凝土內部鋼筋銹蝕的影響，為引氣混凝土的工程應用、結構和耐久性設計提供理論依據。

　　1原材料與配合比

　　水泥：日照中聯港中水泥有限公司生產P·O42.5級水泥;天然細骨料：青島平度砂場砂，其堆積密度為1460kg/m3;符合JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》要求，級配良好，細度模數為2.9;天然粗骨料：產自青島即墨，堆積密度1450kg/m3;玄武巖骨料連續級配5~25mm;引氣劑為三萜系粉末狀引氣劑，呈淺黃色，具有降低溶液的表面張力，形成的氣泡數量多，氣泡間距小，穩泡時間長等特點。考慮混凝土保護層對混凝土抗鋼筋銹蝕的影響，試件保護層厚度分別為15mm和30mm;同時，制備尺寸為100mm×100mm×100mm的凍融循環試驗試件，測定普通混凝土和引起混凝土在不同凍融循環次數下的相對動彈性模量，以評價其抗凍性能。待試件硬化成型后置于標準養護室中，養護齡期為28d。

　　2試驗內容與試驗方法

　　待試件達到標準養護齡期時，將試件置于清水中浸泡4d，試件內部飽水后，按GB50476—2008《混凝土結構耐久性設計規范》進行快速凍融循環試驗，試驗用凍融循環設備滿足國家標準規定，凍融循環次數分別為0、10、25、50、75、100次。測不同凍融循環次數下普通混凝土和引氣混凝土試件的相對動彈性模量;對經過不同凍融循環次數下配筋普通混凝土試件和引氣混凝土試件進行Cl-加速銹蝕試驗，利用半電池電位法和線性極化法測定不同侵蝕齡期下混凝土內部鋼筋的半電池電位值和腐蝕電流密度。

　　3試驗結果與分析

　　3.1抗凍性試驗結果與分析

　　為研究普通混凝土與引氣混凝土在凍融環境下的耐久性劣化行為，給出了不同混凝土試件經過不同凍融循環次數后的相對動彈模量。隨著凍融循環次數的增加，普通混凝土和引氣混凝土的相對動彈模量均呈下降趨勢，說明凍融損傷加劇了混凝土的結構破壞。當凍融循環次數為100次時，普通混凝土試件與引氣混凝土試件的相對動彈性模量分別降低了80%和4.8%。

　　進一步給出了不同凍融循環次數下混凝土的空隙結構分析。隨著凍融循環次數的增加，混凝土的孔隙率，特別是有害孔和多害孔的數量顯著提高，這些空隙為混凝土中侵蝕性介質的侵入和傳輸提供了路徑，所以凍融損傷增加了混凝土的滲透性。分析其原因是由于隨著凍融循環次數的增加，在混凝土內部反復凍融膨脹應力作用下，混凝土內部的裂縫開展和損傷點增加，從而試件的整體性能和耐久性能均降低。

　　但是，在相同凍融損傷環境下，引氣混凝土較普通混凝土具有更高的相對動彈模量，說明引氣混凝土具有更好的抗凍性能;這是因為隨著引氣劑的摻入，混凝土內部有更多獨立且閉合的微小氣泡，可以有效減緩凍融膨脹應力引起的凍融損傷，從而使引氣混凝土具有更好的抗凍性能。可以明顯地看到引氣混凝土中分布著大量且獨立的封閉圓孔，這些圓孔可以較好地抵抗凍融循環應力作用，提高混凝土的抗凍性。

　　3.2保護層厚度為15mm時，混凝土的鋼筋銹蝕為保護層厚度為15mm時，配筋普通混凝土在不同凍融循環次數、不同Cl-加速銹蝕齡期下的電化學試驗測試結果，分別利用半電池電位法和線性極化法測試鋼筋的銹蝕速率。為半電池電位法測定試驗結果，當Cl-加速銹蝕齡期為200d時，經過0、10和50次凍融循環次數后試件的半電池點位值分別為：-324mV、-343mV和-560mV。由圖中數據可知，隨著凍融循環次數的增加，測得的半電池電位絕對值隨著加速銹蝕齡期的增加而增加;在相同銹蝕齡期下，半電池電位絕對值隨著凍融循環次數的增加而增加，說明凍融循環損傷加速了混凝土內部鋼筋的銹蝕速率，尤其在較高的凍融循環次數下，鋼筋銹蝕的風險急劇增加。

　　為線性極化法測定試驗結果，當Cl-加速銹蝕齡期為200d時，經0、50、100次凍融循環次數后，腐蝕電流密度分別為0.312μA/cm2、0.423μA/cm2、1.14μA/cm2，判定標準得鋼筋銹蝕狀態分別為中銹蝕速率、中銹蝕速率和高銹蝕速率。可知本文采用的兩種不同電化學試驗方法具有非常好的一致性，可以有效的反映凍融損傷后混凝土內部鋼筋的銹蝕情況。

　　特別當凍融循環次數為100次時，配筋混凝土試件在加速Cl-侵蝕的最初階段便有較高的半電池電位絕對值和腐蝕電流密度值，說明當配筋混凝土試件經過較高的凍融循環次數后，配筋混凝土試件在Cl-加速銹蝕環境下很快達到嚴重銹蝕狀態。分析其原因是由于隨著凍融損傷的增加，混凝土內部新生成更多的裂縫和損傷點，在加速Cl-侵蝕環境下，Cl-沿著混凝土內部的孔隙和裂縫迅速侵入到鋼筋表面，從而增加了鋼筋的銹蝕風險和銹蝕速率，并且鋼筋的銹蝕風險和速率均隨著凍融損傷的增加而增加。為保護層厚度為15mm時，配筋引氣混凝土在不同凍融循環次數、不同Cl-加速銹蝕齡期下的電化學試驗測試結果。

　　當速銹蝕齡期為200d，凍融循環次數為0、10、50、100次時，配筋引氣混凝土試件的腐蝕電流密度值均在0.1～0.5μA/cm2之間，鋼筋銹蝕狀態均處在中銹蝕速率。在相同凍融循環次數和加速銹蝕齡期下，引氣混凝土較普通混凝土具有更低的半電池電位絕對值和腐蝕電流密度值，尤其在較高的凍融循環次數下，這種下降趨勢更加明顯。對于配筋引氣混凝土試件，即使在經過100凍融循環次數后，測定的半電池電位值和腐蝕電流密度值也沒有較大的變化。說明在凍融損傷環境下，摻入引氣劑的混凝土較普通混凝土具有更好的抗鋼筋銹蝕性能。

　　分析其原因，是由于隨著引氣劑的摻入，改變了引氣混凝土內部的孔隙結構，閉合的孔隙結構可以有效降低混凝土凍融損傷，從而提高混凝土抗凍性;相同凍融損傷環境下，引氣混凝土內部的裂縫和損傷點遠小于普通混凝土，侵入混凝土內部的Cl-也明顯減少，所以，與普通混凝土相比引氣混凝土具有更小的Cl-侵入量和更好的抗鋼筋銹蝕能力。在實際存在凍融循環破壞的環境下，應向混凝土內部摻入引氣劑，以提高配筋混凝土的抗凍性能和抗鋼筋銹蝕性能。

　　3.3保護層厚度為30mm時，混凝土的鋼筋銹蝕分別為當保護層厚度為30mm時，普通鋼筋混凝土和引氣鋼筋混凝土在不同凍融損傷、不同Cl-加速銹蝕齡期下的電化學試驗測試結果。當加速銹蝕齡期為200d時，經過0、50和100次凍融循環次數后，配筋普通混凝土內部鋼筋銹蝕狀態分別為低度銹蝕、嚴重銹蝕和嚴重銹蝕;當加速銹蝕齡期為200d時，經過0、50和100次凍融循環次數后，配筋引氣混凝土內部鋼筋銹蝕狀態分別為低銹蝕狀態、低銹蝕狀態和高銹蝕狀態。

　　測定的腐蝕電流密度同樣有類似的結論。在相同凍融循環次數和Cl-加速銹蝕齡期下，配筋引氣混凝土試件比配筋普通混凝土試件具有更低的半電池電位絕對值，說明在凍融循環環境下配筋引氣混凝土具有更高的抗鋼筋銹蝕能力。在相同的凍融循環次數下，保護層為30mm的混凝土試件的半電池電位絕對值和腐蝕電流密度值遠小于保護層為15mm的混凝土試件，所以，較厚保護層厚度試件具有更低的內部鋼筋銹蝕風險，且具有更好的抗鋼筋銹蝕能力。在實際凍融環境下，增加保護層厚度可以有效提高配筋混凝土結構的抗鋼筋銹蝕能力，應該在結構和耐久性設計中適當增加配筋混凝土的保護層厚度。

　　4結論

　　(1)凍融循環環境下，普通混凝土和引氣混凝土試件的相對動彈性模量均隨著凍融循環次數的增加而降低，但是在相同凍融循環次數下，引氣混凝土較普通混凝土試件具有更高的相對動彈性模量，引氣混凝土具有更優異的抗凍性。

　　(2)凍融損傷對混凝土內部鋼筋銹蝕有明顯影響。普通混凝土試件和引氣混凝土試件內部鋼筋的銹蝕速率隨著Cl-加速銹蝕齡期和凍融循環次數的增加而增加;尤其在較高的凍融循環次數下，鋼筋的銹蝕的風險急劇增加。本文所用的半電池電位法和線性極化法測定結果具有較好的一致性，可以準確反映混凝土內部鋼筋的銹蝕情況。

　　(3)相同Cl-加速銹蝕齡期和凍融循環次數下，引氣配筋混凝土比普通配筋混凝土試件具有更低的半電池電位絕對值和腐蝕電流密度值。隨著引氣劑的摻入，明顯提高了混凝土的抗鋼筋銹蝕能力。

　　(4)在凍融循環環境下，對于普通鋼筋混凝土和引氣鋼筋混凝土試件，隨著保護層厚度的增加，試件的半電池電位絕對值和腐蝕電流密度值均明顯降低。增加混凝土的保護層厚度可有效提高混凝土的抗鋼筋銹蝕性能。

　　參考文獻：

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