寒区盐碱地环境下混凝土防腐涂层试验研究

许振海 张立群 戎虎仁 贾辰辰

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

寒区盐碱地环境下混凝土防腐涂层试验研究

许振海 张立群 戎虎仁 贾辰辰

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

在氯离子侵蚀和冻融循环耦合作用下，研究了3种不同混凝土：裸混凝土、涂有防腐涂层混凝土、涂有防腐剂和防水剂的双涂层混凝土，检测其氯离子扩散系数、混凝土外观状况及质量损失百分比等参数.实验结果表明：冻融循环促进了氯离子的扩散，加剧了混凝土的劣化；涂有防腐剂和防水剂的双涂层混凝土各项性能均优于其它2种混凝土；涂有防腐剂和防水剂的双涂层混凝土能为北方寒冷地区盐碱地环境下混凝土防腐蚀提供理论依据和试验参考.

寒冷地区；防腐涂层；氯离子侵蚀；冻融循环

0 引 言

在京津冀交通一体化的推动下，河北交通网络日趋完善，再加上北京和张家口申奥成功，省内的交通建设变得尤为重要，也能为地区经济发展服务.河北省盐碱地区分布相对比较广泛，对在役钢筋混凝土桥梁已经造成了严重的腐蚀，对人们日常生活和交通安全已经造成了严重的威胁，影响交通建设的重要因素之一就是混凝土耐久性[1].由于河北部分地区气象条件和土壤腐蚀成分相对较为复杂，在各种因素的共同作用下，钢筋混凝土基础的损伤和破坏相对复杂、漫长.因此，对于进一步研究河北盐碱地地区钢筋混凝土桥梁的腐蚀破坏过程和失效机理，探索和总结适用于河北省盐碱地地区桥梁的腐蚀防护方法，延长其使用寿命和提高运行安全性，具有十分重要的意义.

1 主要原料及试验设备

1.1 主要原料

表1 部分主要原料

“渗透型高效防水剂”是混凝土表面涂层材料.它以高分子成膜为基本材料，具有较强的耐水性，经过纳米和不同化学物质的改性后，具有了很高的附着力、抗紫外线能力和抗污染能力.涂层凝结后，形成无色透明光滑的防水涂层.混凝土涂刷该涂层后，具有较好的耐久性、透气性、憎水性等性能，能彻底封闭混凝土表层，能有效保护钢筋混凝土结构的表层及内部免遭污水、除冰盐、盐渍土以及严酷环境下的的腐蚀破坏[2].“普通混凝土防腐涂料”属于集封闭、防腐、防尘透气和长效耐久功能于一身[3]的混凝土表面防护材料.

应用JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》中的体积方法进行混凝土配合比的设计.

表2 混凝土配比参数

1.2 试验仪器选择

试验主要仪器：

(1)混凝土冻融循环试验机及其智能控制装置.

(2)多功能混凝土耐久性综合实验仪.

(3)电通量测定仪.

2 试验研究

2.1 试验内容

为了研究冻融循环与氯离子侵蚀的耦合效应，混凝土按表2所示配合比搅拌后振动成型，直径100 mm，高度50 mm的圆柱试模，共18块，用来做冻融及氯离子侵蚀试验.试验分为两组，每组分为三个试块：

(1)裸混凝土；

(2)将防腐涂层均匀涂刷在试件表面上的试块(0.25 kg/m2)；

(3)先将防水剂均匀涂刷在试件表面上，再将防腐涂层均匀涂刷在试件表面上的试块(0.25 kg/m2).

与“渗透型高效防水剂”配合使用，可预先将防水剂渗透进混凝土表层，在混凝土表层涂有防水层的基础上，再实施防护涂层处理，形成双涂层混凝土，这样可以有效提高混凝土的耐久性，从而起到更好的防护作用.

第1组试验条件为氯离子侵蚀作用下圆柱试模氯离子扩散速度，共9块；

第2组试验条件为氯离子侵蚀和冻融循环耦合作用下圆柱试模氯离子扩散速度，共9块.

以上2组试验，每种对应3个试块，实验结果求平均值.所有试件成型1天后拆模即放入标准养护室养护28天，在80 ℃环境中干燥24 h，取出后冷却至室温.按照GBJ 82—85《普通混凝土长期性能和耐久性性能试验方法》进行冻融试验.

2.2 评价参数

(1)用混凝土石块的质量损失率来评价混凝土的抗盐冻性能，同时考虑到试块表层的剥落状况.质量损失率按公式计算[4-7]：

其中：mn为质量损失百分比(kg/m2)；mb为第n次循环剥落量(kg)；mt为试块质量(kg).

(2)通过电通量描述氯离子扩散速度，电通量越大氯离子扩散速度越快.通过时间与电流的关系曲线，将曲线中各试验数据点相连接，对曲线进行面积积分，得到电通量试验的结果.取同一个试验组的3个试块的电通量平均值作为实际试验数值.如果3组数据中，任意两个试块的数据结果相差超过15%，那么取两个试块的电通量平均值作为该组的结果.如有两个试块的试验数值与两试快的中值的差值都超过中值的15%，则取中值作为该组的试验结果.

3 试验结果及讨论

3.1 电通量对比分析

L、J、X分别代表裸混凝土、只涂有防水剂的混凝土、先将防水剂均匀涂刷在试件表面上再将防腐涂层均匀涂刷在试件表面上的混凝土.

由折线图1可知，在氯离子和冻融循环耦合作用下，随着冻融循环次数的增加，混凝土的氯离子扩散系数不断增加，裸混凝土电通量达到最大为3864.3 C.只涂有防水剂的次之最大为1553.6 C，随着冻融循环次数的增加，氯离子的扩散系数随之增大.涂有双层涂料的电通量最大为1158.5 C，相比之双层涂料保护作用下，电通量相比裸混凝土降低了70%，比只涂有防水剂的混凝土降低了25%.说明双层涂层能有效降低氯离子侵蚀，且效果好于其他两种混凝土.

图1 3种混凝土冻融后的电通量

3.2 质量损失百分比对比分析

由试验可知，未涂刷防腐涂层的混凝土经盐冻后表面剥蚀严重，粗、细骨料暴露严重，混凝土表面出现一部分微小裂纹.涂刷防腐涂层和防水涂层的混凝土虽然同样经历了循环盐冻，但表面平整，并无明显剥落迹象.因此，涂层能显著降低混凝土的质量损失率，提高混凝土的耐久性和抗腐蚀性能，可以作为避免混凝土盐冻损伤的有效途径.

由折线图2可知，在氯离子侵蚀和冻融循环耦合作用下，混凝土的质量损失率随着冻融循环次数的增加，裸混凝土的质量损失率相对于其它两种混凝土损失率比较大，只涂有防腐剂的次之，双涂层混凝土的质量损失最少.在冻融循环56次作用后，相比之下双涂层保护作用下，更能有效降低混凝土的质量损率，最大能降低3.8%.随着冻融循环次数的增加，涂有双层涂层的混凝土质量损失率相比裸混凝土有所降低.

图2 3种混凝土冻融后的质量损失率

3.3 理论分析

氯离子在混凝土中的主要作用形式为渗透和扩散，氯离子侵蚀与冻融循环的复合作用下，氯离子能提高混凝土的渗水吸水效果，使得混凝土内部的饱和水增多，并且降低了混凝土的吸水时间.混凝土内部饱和水增多，经过冻融循环作用后，冻水增多冻胀力增大.随着冻融循环次数的增多，在反复应力作用下的混凝土，使得其内部承受反复的应力，通过氯离子和冻融循环的耦合效果，进一步加剧了混凝土的破坏，与试验所得结果相对应[8].

4 结 论

(1)混凝土的质量损失和氯离子扩散系数(电通量)随冻融循环次数的增加而增大，涂有双层涂料的电通量最大为1158.5 C，相比之双层涂料保护作用下，电通量相比裸混凝土降低了70%，比只涂有防水剂的混凝土降低了25%.说明双层涂层能有效降低氯离子侵蚀，且效果好于其他两种混凝土.

(2)冻融循环作用下，涂有防腐涂层和防水涂层的混凝土的抗冻性能比只涂防腐涂层的混凝土好.经过56次盐冻后，涂刷该涂料混凝土比普通混凝土质量损失降低了3.8%以上，混凝土表面无明显剥蚀痕迹，显著地提高了混凝土的抗盐冻性能.

[1]张丽敏.严寒地区桥梁在盐冻环境下的耐久性技术研究[J].北方交通,2013(12):29～30

[2]刘国明.针对高速公路桥梁盐蚀、碱蚀病害的防腐防护[J].中国水运,2015,7(15):233～236

[3]贾永昌.河北省高速公路桥梁盐碱蚀病害的现状分析及防治措施[J].北方交通,2014(10):26～30

[4]乔琪.化冰盐环境下钢筋混凝土构件耐久性研究与设计[D].甘肃:兰州理工大学,2010

[5]Du YG,Clark LA,Chan AHC.Residual capacity of corrodedreinforcing bars[J]．Mag Concr Res,2005,57(3):135～47

[6]刘辉.提高高寒盐渍土地区混凝土耐久性的措施及对策研究[J].甘肃科技,2015,31(7):110～112

[7]周纲,李少荣,王掌军,王冲锋.盐渍土地区混凝土腐蚀状况调查分析[J].建筑科学与工程学报,2011,28(4):121～127

[8]李莲欣.氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀对桥梁下部结构耐久性影响的研究[D].上海:同济大学,2009

Experimental Study on Concrete Anti-Corrosive Coatings in Experimental Study on Concrete Anti-Corrosive Coatings in Saline-Alkaline Environment in Cold Region

XUZhen-hai,ZHANGLi-qun,RONGHu-ren,JIAChen-chen

(Hebei University of Architecture,Zhangjiakou 075000,China)

Three kinds of concrete,namely,bare concrete,anti-corrosive coating concrete,double-coated concrete with anti-corrosion agent and water-proofing agent,are studied under the condition of coupling of chloride ion attack and freezing-thawing cycle,in which the chloride diffusion coefficient,the appearance of concrete and the percentage of mass loss are measured.Experimental results show that freeze-thaw cycle promotes the diffusion of chloride ions,which aggravates the deterioration of concrete.The performance of double-coated concrete with preservative and waterproofing agent is better than that of the other two kinds of concrete.The double-coated concrete provides theoretical basis and experimental reference for anti-corrosion of concrete under saline-alkaline environment in northern cold regions.

cold region;anti-corrosive coating;chloride ion erosion;freeze-thaw cycle

2016-11-12

河北建筑工程学院创新基金项目(XB201603)；河北省科技厅科技计划项目(15275420);张家口市科技计划财政资助项目(1611061A)

许振海(1991-)，男，硕士研究生在读.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.01.010

TU 5

A