问题：钢筋混泥土阻锈剂的研究
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时间：2010-03-27 14:52:03 编辑加入/取消收藏订制/取消短消息举报该贴

我现在正在做关于钢筋混泥土阻锈剂的研究，我想知道的是阻锈剂配方中的助剂一般都可以用些什么呢？助剂主要是用于增加吸附性能以及分散性能和溶解性方面的。希望知道的朋友帮忙

回复人：wmh109,▲▲▲ (我是一名化工行业的小学生) 时间：2010-05-08 14:28:00 编辑

1楼

钢筋阻锈剂 Inhibitor of steel in concrete
　　掺入混凝土中以阻止或减缓钢筋锈蚀的外加剂。
　　钢筋阻锈剂是指加入混凝土中或涂刷在混凝土表面，能阻止或减缓钢筋腐蚀的化学物质。一些能改善混凝土对钢筋防护性能的添加剂或外涂保护剂（如硅灰、硅烷浸渍剂等）不属于钢筋阻锈剂范畴，钢筋阻锈剂必须能直接阻止或延缓钢筋锈蚀。目前市场上的阻锈剂主要有以下几种分类：
　　1．按使用方式和应用对象分
　　掺入型（DCI）：掺加到混凝土中，主要用于新建工程也可用于修复工程。
　　渗透型（MCI）：喷涂于混凝土外表面，主要用于已建工程的修复。
　　2．按形态分
　　水剂型：国外产品主要是水剂型。
　　粉剂型：国内产品主要是粉剂型。
　　3．按化学成份分
　　无机型：成份主要由无机化学物质组成
　　有机型：成份主要由有机化学物质组成
　　混合型：由有机和无机化学物质组成
　　4．按作用原理分
　　阳极型：混凝土中钢筋腐蚀通常是一个电化学过程。凡能够阻止或减缓阳极过程的物质被称作阳极型阻锈剂。典型的化学物质有铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐等。它们能在钢筋表面形成“钝化膜”。早期常用亚硝酸盐来做钢筋阻锈剂的主要成份。此类阻锈剂的缺点是在氯离子浓度大到一定程度时会产生局部腐蚀和加速腐蚀，被称作“危险性”阻锈剂。另外该类阻锈剂还有致癌、引起碱骨料反应、影响坍落度等劣点，因此现已很少作为阻锈剂使用。
　　阴极型：通过吸附成膜，能够阻止或减缓阴极过程的物质。如锌酸盐、某些磷酸盐以及一些有机化合物等。这类物质虽然没有危险性，但单独作用时，其效能不如阳极型明显。
　　混合型：将阴极型、阳极型、提高电阻型、降低氧化等多种物质合理搭配而成的综合型阻锈剂。
　　5．按产品分类
　　 含有亚硝酸盐类的阻锈剂（Calcium Nitrite; Sodium Nitrite， etc.）如DCI系列、Postrite系列等
　　 含有氨基醇类的阻锈剂（Aminoalcohols; Dimethylamino-ethanol, etc. ）如MuCis mia 200、MuCis ad 19L/D等
　　 含有氨基羧酸类阻锈剂（Aminocarboxylates）如MCI2020型、 MCI2006NS型等
　　 含有氨基酯类阻锈剂（Aminoester）如Rheocrete系列
　　 含有有机硅氧烷及特殊抑制剂组合（Silanes and Corrosion Inhibitors）如Protectosil CIT
　　
　　钢筋阻锈剂检验依据：YB/T9231－98《钢筋阻锈剂使用技术规程》
　　一、特点
　　钢筋阻锈剂是一种高效钢筋阻锈剂，掺入混凝土中可以阻止或延缓钢筋锈蚀，从而延长结构寿命，在国际分类中，属于“掺入型”。该产品适用于普硅和矿渣水泥配制的混凝土，对粉煤灰、矿渣粉、硅灰和常用的减水剂有较好的相容性。本产品对引气剂有选择性；在25℃以上使用时，有明显早强，促凝作用，并有坍落度损失方面的影响，必要时可采取缓凝措施。它在钢筋表面形成致密的保护层，当有害离子（如cl-）侵入混凝土结构中，它能有效的抑制、阻止和延缓钢筋锈蚀的电化学反应过程，从而延长钢筋混凝土结构的使用寿命。
　　二、主要技术指标
　　性能试验项目标准指标实测值
防锈性 1、盐水浸蚀试验无锈电位0～-250mV 无锈电位-179mV
2、干湿冷热（60次）无锈无锈
3、电化学位移试验合格合格
对混凝土性能影响试验 1、抗压强度不降低 125%（对比基准组）
2、抗渗性不降低 110%（对比基准组）
3、初凝时间/min -60～+120（对比基准组） -50（对比基准组）

　　注：检验依据：YB/T9231－98《钢筋阻锈剂使用技术规程》。
　　按《钢筋阻锈剂使用技术标准》（YB/T9231－98）和其它设计规范要求执行。本品主要用于以氯盐为主的腐蚀环境，如海工与沿海工程、使用海砂以及有氯盐腐蚀的工业建筑等。
　　四、混凝土性能指标
　　含气量 ≤4%
　　泌水率之比 ≤100%
　　凝结时间差（初、终凝） -90～+120min
　　抗压强度比 ≥100%
　　28d收缩率比 ≤135%
　　五、钢筋阻锈性能检验符合国家行业标准
　　试验项目规定指标
1、盐水浸渍项目无锈蚀
2、干湿冷热循环试验（60次）无锈蚀（空白明显锈蚀）
3、钢筋锈蚀电化学试验无锈蚀

　　六、使用说明
　　1、推荐掺量为：
　　（1）一般工业民用建筑、桥梁等轻微腐蚀环境，推荐掺量建议为4～8㎏/m3。
　　（2）海港工程、沿海建筑等重度腐蚀环境，推荐掺量建议为8～12㎏/ m3。2、将本品与水泥、集料同时加入搅拌机内进行干搅，搅拌均匀后再加水进行搅拌，并适当延长搅拌时间，确保混凝土搅拌均匀。
　　（3）、与其它外加剂复合使用时，应先做混凝土试配，以确定其适应性；不得使用引气型减水剂。配制混凝土所用原料应符合《建筑用卵石、碎石》GB/T14685－2001和《建筑用砂》GB/T14684－2001。
　　（4）、本品为25公斤袋装，储存期一年，如有轻微吸潮结块可溶于水中使用，在运输、储存过程中应避免雨淋、受潮，阴凉通风保存，远离易燃易爆物，严禁明火；操作人员宜佩带口罩、橡皮手套。
　　七、注意事项
　　1、一般采用干掺法，也可溶于拌合水中（包括部分不溶物）。一定要搅拌均匀，可适当延长搅拌时间。本品略有减水作用，可在保持原流动度的情况下适当减水。
　　2、在与其他外加剂共用时，应先行掺加本品，待与水泥（混凝土）均匀混合后再加入其他外加剂。
　　3、本品在高质量混凝土中才能更有效地发挥作用，必须遵守相关规范和设计规定，先做混凝土配合比试验，确保混凝土质量与密实性。
　　4、纳入钢筋阻锈剂的相关规程、规范：《工业建筑防腐蚀设计规范》、《海工混凝土结构设计规范》、《盐渍土建筑规程》、《公路工程外加剂规范》等。
　　碳化造成的锈蚀
　　阳极　混凝土孔隙液作为电解质　阴极
　　氯离子造成的锈蚀
　　阳极　混凝土孔隙液作为电解质　阴极
　　钢筋锈蚀的示意
　　阻锈剂保护膜
　　对阴、阳两极同时进行保护
　　应用实例
　　由于钢筋锈蚀引起钢筋混凝土结构物的破坏已经成为世界性问题。造成钢筋锈蚀的主要原因是氯盐。氯盐一方面来自混凝土原材料，如拌和水、海砂、防冰盐、盐雾及氯盐 ( 或含氯盐 ) 外加剂等；另一方面来自使用环境，我国有相当多地下含氯盐环境，除沿海地区外，还有盐碱地、盐湖地区及盐污染的工业环境等。氯离子能透过混凝土到达钢筋表面，破坏钢筋表面氧化物钝化膜而使钢筋锈蚀。
　　铁转化成铁锈后，伴有体积的增加，其体积可增大到铁的 6 倍，致使混凝土保护层随钢筋膨胀而开裂、起鼓、剥落，钢筋完全失去保护，因此，钢筋的锈蚀速度会更快，锈蚀使钢筋断面受损，降低钢筋自身的力学性能，特别对处于高应力状态下的高强预应力钢筋，腐蚀敏感性更高，可能发生突然断裂和造成事故。
　　经过大量的调查研究和经济分析表明，在有氯盐存在的环境中建造钢筋混凝土构筑物，宜在混凝土中掺加适量的钢筋阻锈剂。
　　1 、氯离子对钢筋的锈蚀机理
　　在水泥水化过程中生成大量的 Ca(OH) 2 ，使混凝土孔隙中充满饱和的 Ca(OH) 2 溶液，其 pH 值大于 12 。钢筋在碱性介质中，表面能生成一层稳定致密的氧化物钝化膜，使钢筋难以锈蚀。
　　但是，当混凝土存在 C1 — 且 C1 — /OH — 的摩尔比大于 0.6 时，即使 pH>12 ，钢筋表面的氧化物钝化膜也可能被破坏而遭受锈蚀，这是由于氯离子在这些条件下可以穿透或活化钢筋表面的氧化物保护膜，从而创造电化学腐蚀的条件。
　　氯离子穿透或活化氧化物保护膜，会使钢筋各部位的电极电位不同而形成局部电池，发生电化学反应：
　　Fe+ 2C 1 — → [FeCl 2 ] 2 —
　　[FeCl 2 ] 2 — － 2e → FeCl 2
　　FeCl 2 很容易进入溶液并发生电离： FeCl 2 → Fe 2 + ＋ 2Cl —
　　于是溶液中的 Fe 2 ＋和 OH — 结合成 Fe(OH) 2 。 Fe (OH) 2 又和溶解在水中的氧作用生成 Fe(OH) 3 ，即：
　　4Fe(OH) 2 +O 2 +2H 2 O → 4Fe(OH) 3
　　而被腐蚀。而 Cl — 却可以重新在钢筋表面起作用，周而复始地促使铁的阳极氧化过程而自身并不消耗。所以氯离子对钢筋的腐蚀作用一旦发生，就会持续地无休止地进行下去，由此可见其危害性是相当巨大的。
　　另外，氯离子的存在还能造成钢筋表面的局部酸化，降低 pH 值，从而进一步促进铁的阳极氧化速度；在钢筋内部存在应力或有外界电流作用时，氯离子将加剧应力或电化学腐蚀。
　　综合上述研究分析结果，氯离子对混凝土中的钢筋有明显的破坏作用，为防患于未然，必须严格限制钢筋混凝土中的氯离子含量，否则，其危害作用将会带来严重后果。但是，当混凝土中的氯离子含量或外界渗入混凝土中的氯离子无法人为控制时，研究和实践证明，在混凝土中掺加阻锈剂是阻止或减缓钢筋锈蚀最经济最简便而有效的措施。
　　2 、高性能钢筋阻锈剂的基本组成及其作用机理
　　高性能钢筋阻锈剂是由分散组分、阻锈组分、防腐组分以及其它功能组分经过合理匹配复合而成。
　　2 ．1 分散组分
　　分散组分为引气型高效减水剂。高效减水作用导致水泥浆体絮凝结构成为均匀的分散结构，释放出游离水，使混凝土拌合物达到规定稠度的用水量大大减少，因此硬化混凝土内部毛细孔隙减少，密实度提高，抗渗透能力显著增强。
　　由于高效减水剂能使水泥颗粒充分湿润，水泥水化充分，水化产物分布均匀，混凝土内部结构的连续性和均匀性增强，孔径细化，缺陷减少，从而使氯离子的渗透或扩散作用大大减弱，减缓了造成钢筋锈蚀的可能性。
　　引气成分吸附到气——液界面上以后，表面自由焓降低，即降低了溶液的表面张力，使混凝土拌合物在搅拌过程中极易产生许多微小的封闭气泡，气泡直径和间隔系数大多在 200μm 以下，从而提高了水泥的保水能力，使混凝土拌合物的泌水性能大为减少。由于气泡的阻隔，使混凝土拌合物中自由水的蒸发路线变得曲折、细小、分散，因而改变了毛细管的数量和特性，也使混凝土的抗渗性显著提高，由于气泡有较大的弹性变形能力，对由、水结冰所产生的冰晶应力有一定的缓冲作用，因而大幅度提高了混凝土的抗冻融破坏能力，使混凝土内部结构遭受损伤的可能性显著降低，因此可以避免外界氯离子乘虚而入。
　　2 ．2 阻锈组分
　　阻锈组分为钝化剂和氧化物保护膜修补剂，它能促使钢筋表面产生一层以 γ-Fe 2 O 3 或 Fe 3 O 4 为主要组成的氧化物钝化膜，该膜厚度约为 20? ～ 100? ，并修补钢筋表面的缺陷，使整个钢筋被一层氧化物钝化膜所包裹，致密性稳定性很好，能阻止氯离子穿透，降低铁离子的游离速度，从而达到防锈目的。
　　2 ．3 防腐组分
　　由于钢筋混凝土结构外部的介质首先腐蚀混凝土，然后通过混凝土影响钢筋。事实上对钢筋而言，混凝土即是决定钢筋性能的一种介质。所以，提高混凝土自身的防腐能力是确保钢筋免于锈蚀的基本条件。可造成混凝土腐蚀的外部介质有酸性土壤及土壤或地下水中所含 CO 2 、 HCO 、 SO 、 C1 — 、 Mg 2+ 、NH 等，其中， Cl — 直接锈蚀钢筋，其余的则先腐蚀混凝土，最终导致钢筋锈蚀。
　　在混凝土中掺加防腐剂，能提高混凝土自身的防腐能力，从而减缓对钢筋的腐蚀。这是由于防腐剂可与有害物质化合成不溶性盐类或络合物，并借助于扩散作用从混凝土中浸出。另外，防腐剂还能抑制 Cl —的活化作用或加速 Cl — 化合成难溶的水合氯铝酸钙，从而减缓其对钢筋的直接影响。
　　混凝土中钢筋阻锈剂的应用
　　1 、世人注目的钢筋腐蚀危害
　　以往有资料报道，美国腐蚀损失的 40 ％与混凝土中钢筋腐蚀相关。近期，美国腐蚀工程师学会 (NACE) 发布的数据表明，美国每年的总腐蚀损失已达 3000 亿美元，占国民生产总值 (GDP) 的 4.2 ％。另有报道指明，以基础设施为主的钢筋腐蚀破坏，其年经济损失达 1500 亿美元 ( 占总腐蚀损失的 50 ％、占 GDP 的 2 ％ ) 。单就桥梁而言，美国 60 万座桥中，已经有 40 ％承载力不足，年修复费高达 2000 亿美元。美国技术评估委员会确认，为维持一座桥， 40 年内总的修复费，已经相当于四座桥的初建费用 !
　　美国因钢筋腐蚀破坏所造成的损失，已经成为一个重大经济问题，引起朝野的震惊和高度重视。另外，英国每年基础设施的修复费为 55 亿英镑，澳大利亚的年腐蚀损失为 250 亿美元，特别指明主要部分是钢筋腐蚀造成的。欧洲、亚洲、中东等地区，有大量钢筋腐蚀破坏的报道。实际上，钢筋腐蚀破坏已经成为世界性问题。在混凝土耐久性国际会议上，在众多影响混凝土耐久性的因素之中，钢筋腐蚀被排在第一位。在经济损失方面，一些国家也确实吃了大亏。这是我们的一面镜子。
　　引起钢筋腐蚀的因素虽然是多方面的，但就世界大量钢筋混凝土结构破坏的事例表明，氯盐可称作为主要“元凶”。氯盐主要来源于道路化冰盐和海洋环境。凡是冬季大量使用化冰盐和海岸线长的国家和地区，以基础设施为主的钢筋腐蚀破坏就特别突出。
　　我国是海岸线长的国家，内陆还有大范围的盐碱地，更值得注意的是，我国广大北方地区正在大量使用氯盐作为化冰盐。此外，我国工业建筑中的钢筋腐蚀比国外明显严重。基础设施是国家的经济命脉，又与人民生活休戚相关。在我国，以基础设施为主的钢筋腐蚀破坏，已经造成很大的危害，而未来潜在的威胁更是不可低估的。就“撒盐”的危害而言，我国北方地区，一方面“撒盐”逐年大幅度增加，另一方面又不采取防护措施，以北京为例， 1991 年撤盐 400 吨， 2001 年撒盐约 3000 吨，但桥梁设计规范中却没有防盐腐蚀措施的规定。使用不满 20 年的西直门立交桥，钢筋腐蚀破坏严重 ( 已重建 ) ，东直门桥钢筋腐蚀明显 ( 已修复加固 ) ，三元桥等也有钢筋腐蚀迹象。据悉，天津等市内立交桥也有同类情况发生。就海洋环境腐蚀而言，我国的海港码头、滨海设施、水工工程，更是有大量钢筋腐蚀破坏的事例，大多达不到设计寿命的要求。大量修复工程已经或正在进行，可惜没有经济损失的统计数据。参照国外资料，按占 GDP 的 1 ～ 2 ％计算，我国与钢筋腐蚀有关的经济损失 (2000 年计 ) ，约为 900 ～ 1800 亿元 ( 此推算数据仅供参考 ) ，这应该是个惊人的数字。我国正在进行大规模的基础设施建设，在钢筋腐蚀危害方面，我们自己的经验教训应该认真总结，国外的经验教训更值得认真吸取，避免重走“吃大亏”的老路。
　　对于以基础设施为主的钢筋腐蚀破坏，美国在总结经验教训的基础上，提出了“以防为主”的战略，即在腐蚀环境中的建设工程，必须采取防腐蚀措施。另外，在工程建设中，全面实施“全寿命经济分析”法，一方面明确“寿命期”内的经济责任，另一方面在保证设计寿命的基础上，初建费加维护费要做到技术、经济合理 ( 用四座桥的费用维护一座桥显然是极不合理的 ) 。“全寿命经济分析”法曾有如以下例举：氯盐环境，钢筋混凝土桥设计寿命为 40 年，采用加钢筋阻锈剂作为预先防护措施，其附加费用为每平米 5 ． 40 美元。若前期不采取防护措施，则 15 年开始修复，寿命周期 40 年内累积费用达每平米为 108 ～ 161 美元 (20 多倍 ) 。可见主张前期采取防护措施，具有十分重大的意义和长远的经济效益。
　　为保证工程质量和结构物的耐久性，我国发布了《建设工程质量管理条例》 ( 即国务院 279 号令 ) 。规定设计单位要“注名工程合理使用年限”，工程承包单位，对于基础设施的保修期限为“该工程的合理使用年限”。我国首次用政令确立工程质量与使用寿命的“责任制”。其意义是重大而深远的。势必也对钢筋腐蚀危害的治理起到巨大推动作用。
　　防止钢筋腐蚀的技术措施有许多种，可归纳为两大类。其一是提高混凝土自身的防护能力，如高性能混凝土；其二被称作“附加措施”，主要包括：混凝土外涂层、特种钢筋 ( 如环氧涂层钢筋、不锈钢钢筋等 ) 、阴极保护及钢筋阻锈剂。作为耐久性措施，美国混凝土学会 (ACI) 确认，涂层以外的上述三种措施，能达到长期有效的防护目的。此三种措施各有特点与利弊，而在提高混凝土密实性的基础上，掺用钢筋阻锈剂，是最通常使用的方法，而且是最简单、经济和效果好的技术措施。因此，钢筋阻锈剂的研究与工程应用，得到了十分迅速的发展。有统计表明， 1993 年，全世界约有 2000 万 m 3 的混凝土使用了钢筋阻锈剂，而到了 1998 年，至少有 5 亿 m 3 的混凝土使用了钢筋阻锈剂 (5 年增长 20 多倍 !) ，可见发展趋势之迅猛。以下介绍钢筋阻锈剂的性能、工程应用等情况。

回复人：神化,▲ (知识永无止境，永远处于学习当中，向各位老师学习取经来了。) 时间：2010-05-31 08:16:26 编辑	2楼
谢谢，又多学习一项技术

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