磷酸钾镁水泥中的钢筋锈蚀研究.docx

《磷酸钾镁水泥中的钢筋锈蚀研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磷酸钾镁水泥中的钢筋锈蚀研究.docx（7页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、磷酸钾镁水泥中的钢筋锈蚀研究磷酸镁水泥(MagneSiUmPhoSPhateCement,MKPC)是一种新型的环保型胶凝材料，由氧化镁和可溶性磷酸盐、缓凝剂按照一定比例，通过酸碱中和反应生成的以磷酸盐水化物为黏结相的新型无机胶凝材料，近几年受到越来越多的关注。MKPC是以Mgo和KH2PO4作为基本原料，其主要水化产物是MgKPO46H2O,水化过程的反应方程式可用下面的式子表示U4MgO+KH2PO4+5H2O=MgKPO46H2O由于其特有的性能，如凝结硬化快、抗酸碱盐侵蚀能力好、强度和体积稳定性高、粘结性强、耐久性好、抗盐冻性能高，耐磨性高等，引起工程界的广泛关注，博得建筑业和施工单位

2、的欢迎。磷酸镁水泥将来在配筋结构工程中有着巨大的发展潜力；MKPC水化机理和水泥原料的特殊性，磷酸钾镁水泥中的钢筋锈蚀机理有待进一步揭示。1原材料及试验方法1.1 试验材料1.1.1 普通硅酸盐水泥:采用福建炼石牌水泥有限公司生产的PO425普通混凝土硅酸盐水泥,比表面积361m2kg,烧失量1.07%。1.1.2 氧化镁粉(MgO,缩写成M)：采用辽宁省海城市群利矿业有限公司生产的烧结氧化镁粉，颜色为棕黄色，MgO含量290%,平均粒径d为33.292m,并经过高温炉900的条件下煨烧1.5h而成。1.1.3 磷酸二氢钾(KH2PO4,缩写成P)：工业级，KH2PO4含量298%,由福州台江

3、区品杰实验仪器有限公司提供。1.1.4 硼砂，化学式：Na2B4O7-IOH2O,工业级，Na2B4O71OH2O含量295%,由福州台江区品杰试验仪器有限公司生产。本试验为有足够搅拌MKPC的缓凝时间，默认在配料中掺入5%于MgO质量的硼砂。1.1.5 水：取自福建同利建材厂的自来水，满足JGJ63-2006混凝土用水标准的要求。1.1.6 钢筋：本试验采用两种钢筋，分别是普通碳素钢筋和304不锈钢筋，分别用作电化学测试的工作电极和辅助电极。1.2 配合比磷酸钾镁水泥砂浆是由氧化镁粉、磷酸二氢钾、掺合料、和水按一定比例拌合而成，本试验通过往磷酸钾镁水泥砂浆中内掺硅灰、粉煤灰，研究其粘结机理，

4、具体配合比见表。按照表5的配合比制作成70mm义70mmX70mm的试件，室内养护Ih脱模，然后置于温度为(202)C,相对湿度70%以下的养护室养护至相应龄期测试强度。表1-1试验配合比Tab1e1-1ExperimentdesignP/MW/C普通硅酸盐水泥(OPe)0.30磷酸钾镁水泥(MKPC)1/30.16注：P/M为KH2PO1质量与Mgo质量之比，；W/C为用水质量与(Mgo+KH2P0i)二者之和的比值：OPC项目来源：国家自然科学基金项目生物硫酸与氯离子耦合作用下人工鱼礁混凝土中钢筋锈蚀机理(51479036)通讯作者：林旭健(1969-),教授，xj1in为普通硅酸盐水泥，

5、OPC没有PM,OPC的W/C为用水质量与硅酸盐水泥熟料质量的比值。对钢筋试样酸洗：将钢筋泡入酸洗液，待表面的锈斑完全溶解溶后取出，放入含有饱和碳酸钠的缓冲溶液浸泡，然后取出用水冲洗，放入烘箱加热105摄氏度，试件持续5min,至此酸洗完毕，接着使用砂布将钢筋表面摩擦至光亮。将切割好的钢筋用固体胶水竖直粘固在试模底边中心，钢筋保护层厚度取32mm,布置如图所示，每组3块；按照配方称取氧化镁、磷酸二氢钾，倒入搅拌机加水快速搅拌，将搅拌完毕的混合物倒入70mm70mm70mm的三联试模；(c)试件顶端(d)试件底面图1-1试件的制作FigureI-IThepreparationoftests2试验

6、方法按照GBT50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准向方法，测定各配合比在规定龄期的抗压强度(100mm100mm100mm)和劈裂抗拉强度(IOOmmX1OOmmX1Oomm),测试的龄期为3d、7d、28d。试块立方体抗压强度和劈拉强度操作如图23所示。2.1 PH值测试方法用ASTMC311的取出溶出法测定自然养护条件下养护的水泥试块在1d、3d、7d、14d和28d时的孔隙液PH值。达到规定龄期后，劈裂试件；用钻孔机钻出沿劈裂面9IOmm深处的粉末，每次收集的粉末质量为1g：然后加入10倍质量的蒸储水。之后用搅拌器每5min搅拌一次，持续1h；之后滤出滤液，采用上述的数显P

7、H值测定仪测定滤液的PH值。2.2 钢筋的腐蚀电流密度测试方法钢筋的腐蚀电流密度和腐蚀电位测定：采用线性极化法测定钢筋埋在磷酸镁水泥中的极化曲线，它是混凝土中钢筋腐蚀的一种快速电化学试验方法。使用极化曲线能够评价钢筋瞬时的锈蚀倾向。线性极化法测得的极化曲线可同时测试得到两种评价钢筋锈蚀的指标：腐蚀电位Ewr和腐蚀电流密度/皿T。如图4-5所示。图1-3中的Emr是腐蚀电位，而Igic是腐蚀电流密度ICorr以IO为底的对数值，EtWr和1w的数值分别对应竖，横坐标轴上的数值。小和瓦分别代表钢筋极化时的阳极塔菲尔斜率和阴极塔菲尔斜率，用于Stem-Geary公式计算腐蚀电流密度见式2-1。混凝土

8、内置钢筋露出端部施加动电位，保证足够小的扰动电位且电压与电流为线性关系的前提下，计算出混凝土内置钢筋的极化电阻。最后，依据Stem-Geary公式四计算钢筋的腐蚀电流密度。(2-1)2.303包+幻(她式中：Icorr钢筋的腐蚀电流密度，Acm2ba阳极塔菲尔斜率，mVbt阴极塔菲尔斜率，mVRp极化电阻，cm2腐蚀电流密度可松为定量研究混凝土内钢筋锈蚀速率最简易的指标。腐蚀电位是用来测定钢筋锈蚀状态的一种方法。通过测定钢筋与硫酸铜参比电极之间电位差的大小，评定混凝土中锈蚀活化程度。根据文献Ut)1腐蚀电位越负，锈蚀概率越高。表2-1钢筋锈蚀电位的判定标准”Tab1e2-1Determinat

9、ioncriteriaforcorrosionpotentia1ofstee1评定标定值电位水平（mV）钢筋状态10-200钢筋锈蚀的概率10%2-200-350有锈蚀活动性，但锈蚀状态不确定5Acm2)EWf(mV)CMmm/年)3884.8317.7471.338-360.180.015738OPC7297.1147.2450.64158-319.060.007546314193.6319.2240.45193-278.010.005315628135.44234.960.48381-251.250.569063273.7945.15924.53-7690.28852MKPC7162.19

10、10.5818.236-653.010.2144914339.76148.6812.417-489.370.1460528104.3996.6027.0753-498.990.08322注：80阳极塔菲尔斜率，Bc阴极塔菲尔斜率，Ewr为腐蚀电位，心腐蚀电流密度，0?为腐蚀速率。图3可以看出MKPC中的钢筋发生锈蚀，钢筋在MKPC中的腐蚀速率较局。3d的腐蚀电流密度达到了25.2Acm2,腐蚀电位为-769mV-350mV。此刻钢筋在快速锈蚀，在7d时MKPC的钢筋的腐蚀电流密度也较大，为18.3Acm2,腐蚀电位为-653mV-350mV,锈蚀较为活跃。14d时MKPC的钢筋腐蚀电流也居高不

11、下为12.417Acm2,而28d时为7Acm2而OPC在3d的腐蚀电流密度为1I3Acm2,保持到28d的腐蚀电流密度为0.48Acm2也十分的微小。OPC的钢筋腐蚀速率远远小于MKPCoSEM-EDS分析根据SEM-EDS扫描得知,在交界面处发现密实的磷酸钾镁结构,将界面区域放大20000倍，对界面处进行能谱分析，在该界面表面有大量的水化产物六水合磷酸钾镁，且结晶体发育整齐。继续将界面区域放大至50000倍观察近距离范围内的微观结构如图6-7(d)所示,可以看界面的结构致密而连续。且同时发现，在交界表面，通过EDS分析可检测到少量的铁元素，钢筋在水泥中早期轻微锈蚀，铁的化合物溶出。4机理及

12、分析磷酸钾镁水泥与普通硅酸盐水泥相比液相碱度梢微偏低，普通硅酸盐水泥水化液相具有很高的值水化28天后PH值达12.6,而且很少存在腐蚀钢筋的活化离子，在这种情况下，液相中较高的PH值发挥了它特有的对钢筋的保护作用，钢筋在这种介质中能生成比较稳定的钝化膜，有效地阻挡了几十离子的溶解，这就是普通硅酸盐水泥不易产生锈蚀的原因。而磷酸镁水泥的情况发生了变化，磷酸镁水泥的PH值约在10.3左右。显然，与普通硅酸盐水泥相比,磷酸镁水泥的PH值较低。早期在MKPC中有溶解的氧气和残留的水分,同时MKPC的水化液相的PH值较低，使得钢筋的腐蚀电流密度较大，因此钢筋有较为严重的锈蚀。5结论根据本文试验研究结果，可以得出以下结论：1、早期MKPC中的钢筋发生锈蚀，其腐蚀电流密度远远大于OPC,钢筋的锈蚀较为强烈。2、根据SEM-EDS扫描得知，在钢筋-水泥交界面处存在大量的水化产物MKPO4-H2O,致密而连续。通过ED