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RI型钢筋阻锈剂
rebar inhibitor

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”(DCI)。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》。
三、使用范围
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
1、《钢筋阻锈剂使用技术规程》(YB/T9231-98)。
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
2、《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTJ275-2000)。
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 1]

  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。

2 . 4 功能组分
   功能组分能使混凝土具有特殊的性能,以适应各种混凝土工程施工及硬化混凝土的具体需要。
   上述各种组分协同作用,互相促进,相得益彰,使阻锈剂的技术性能趋于完善。

3 、高性能钢筋阻锈剂的防锈性能试验

3 . 1 盐水浸渍试验
   用水溶液模拟水泥的化学成分和 pH 值,分别掺入 6 %的氯化钠和 3 %的高性能钢筋阻锈剂,然后将经过车光及清洁处理的 Q235 — A · F 钢筋、冷拔低碳钢丝和 20MnSi 钢筋浸泡其中,观察钢筋随时间的变化。观察结果见表 1 。

表 1 钢筋浸泡试验

溶液化学成分

钢筋种类

钢筋持续浸泡若干时间 ( 月 ) 后锈蚀情况

6

12

18

24

30

36

42

阻锈剂

Q235 — A · F

3 %+ NaCl 6%

冷拔低碳钢丝

+Ca(OH) 2

20MnSi

3 . 2 冷热干湿循环试验
   采用水灰比 0.5 ,灰砂比 1 : 2.5 ,掺入水泥重 3 %的高性能钢筋阻锈剂配制砂浆,制作试块时埋入钢筋,标准养护 7 天后将试块放入 3 % NaCl 溶液浸泡 16 小时,捞出放入 75C 的烘干箱中烘 4 小时,再取出置于室温下停放 4 小时, 24 小时为一循环,分别连续进行 15 , 30 , 60 次循环,然后进行破型检查,检查结果见表 2 。

表 2 冷热干湿循环试验

砂浆配合比

钢筋种类

冷热干湿循环 ( 次 ) 试验后钢筋锈蚀情况

C:S:W: 阻锈剂

15

30

60

1:2.5:0.5:0.03

Q235 — A · F

冷拔低碳钢丝

20MnSi

3 . 3 电化学综合试验
   电化学综合试验能快速检验腐蚀因素的潜在危险和对耐久性方面的影响,能体现平行试验的一致性、重复试验的重现性和与实际的相符性。

3 . 3 . 1 试件制备
   空白砂浆试样采用标准水泥、标准砂、自来水 (C1 — < 200mg/L) ,水灰比为 0.5 ,灰砂比为 1 : 2.5 。
   受检砂浆与空白砂浆完全相同,只是外掺水泥重 3 %的 NaCl 和高性能钢筋阻锈剂。
   砂浆拌和均匀后制成试件,在规定的条件下养护到规定龄期后进行电化学综合试验。

3 . 3 . 2 自然电位测量
   将空白试件与受检试件接入 SCA — 0.2 —Ⅱ 型钢筋锈蚀评定仪上,转动电位选择,逐个测量记录每个试件的自然电位。实测结果见表 3 。

表 3 钢筋自然电位实测结果

自然电位指标范围 /mV

判断

自然电位实测结果 / mV

空白

NaCl 3 %

NaCl 3 %十阻锈剂 3 %

0 ~ -250

无锈蚀

-487

-565

-163

-25 0 ~ -400

不确定

<-400

锈蚀

  从表 3 的试验结果可以看出,空白试件和掺加 3 % NaCl 的受检试件中的钢筋均有锈蚀的危险,而同时掺入 3 % NaCl 和 3 %高性能钢筋阻锈剂的受检试件中的钢筋不会生锈。

3 . 4 混凝土耐介质腐蚀性
   模拟腐蚀介质的化学成分配制成腐蚀溶液,其化学成分为: NH 120mg/L , Mg 2+ 3000mg/L , SO 6000 mg/L , C l — 6000mg/L , pH ≤ 4.0 。
   配制混凝土所用原材料:硅酸盐水泥 P · I42.5R , C 3 A 含量 13.65 %;沽河中砂,含泥量 1.4 %;花岗岩碎石 5mm ~ 31.5mm ,含泥量 0.36 %;自来水。
   混凝土配合比为: C : S : G=1 : 2.1 : 4.07 ,加水量控制坍落度 (6 ± 1)cm 。
   试验计划:每种混凝土各制作两组试件,标准养护 28 天后,将其中一组试件放入静止的清水中,另一组放入腐蚀溶澈中,浸泡 180 天后,作抗压强度试验,计算耐腐蚀系数。试验结果列于表 4 。

表 4 掺 RI 系高性能钢筋阻锈剂混凝土的耐蚀性

序号

阻锈剂掺量 / ( C × % )

抗压强度 /MPa

耐蚀系数

28 天标准养护

28 天标养后水中 180 天

28 天标养后腐蚀溶液中 180 天

1

0

35.1

49.8

36.7

0.73

2

3

41.2

59.7

57.9

0.96

  表 4 的试验结果说明,在混凝土中掺入高性能钢筋阻锈剂能明显提高混凝土的耐腐蚀性,亦即混凝土对钢筋具有良好的保护作用。
   综合上述试验结果证明,高性能钢筋阻锈剂具有优良的防腐阻锈性能,适合于可造成混凝土腐蚀和钢筋腐蚀的环境下使用。

4 、应用
  
曾先后在青岛海关边检大柚地下工程、青岛农业银行大楼地下工程、海尔工业园、青岛渔业公司、莱州金矿、滨州热电厂及代庄煤矿等工程中大量使用,保证了工程的使用寿命,取得了非常显著的技术经济效益。

[ 应用实例 2]

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。

2 、钢筋阻锈剂的性质、分类与作用原理

2 . 1 定义
   钢筋阻锈剂 (Rrebar Inhibitor 或 RI) 加入混凝土中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矿物添加料 ( 如硅灰等 ) ,不作为钢筋阻锈剂。通常的混凝土外加剂旨在改善混凝土自身的性能,而钢筋阻锈剂旨在改善和提高钢筋的防腐蚀能力,但都是加入到混凝土中使用的。因此,大多数国家将钢筋阻锈剂归入“混凝土外加剂”,也有一些国家作为独立的钢筋防锈产品。我国将最终归类为“混凝土外加剂”中的一个种类。

2 . 2 分类
2 . 2 . 1 按使用方式和应用对象分
(1) 掺入型 (Darex Corrosion Inhibitor)(DGI) :掺加到混凝土中,主要用于新建工程也可用于修复工程。
(2) 渗透型 (Migrating Corrosion Inhibitor)(MCI) :涂到混凝土表面,渗透到混凝土内并到达钢筋周围,主要用于老工程的修复。

2 . 2 . 2 按形态分
(1)水剂型:约含 70 %的水,国外主要是水剂型。
(2) 粉剂型:固体粉状物,大多溶于水。国内目前主要是粉剂型

2 . 2 . 3 按化学成分分
(1) 无机型:成分主要由无机化学物质组成。
(2) 有机型:成分主要由有机化学物质组成。
(3) 混合型:由有机和无机化学物质组成。

2 . 2 . 4 按作用机理划分
(1) 阴极型; (2) 阳极型; (3) 混合型。

2 . 3 作用原理
(1) 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。它们能够在钢铁表面形成“钝化膜”。常用作钢筋阻锈剂成分的是亚硝酸盐。此类阻锈剂的缺点是会产生局部腐蚀和加速腐蚀,被称作“危险性”阻锈剂。因此要与其他种类的阻锈成分联合使用,以克服这种“危险性”。此外,亚硝酸的钠盐,可能引起“碱集料反应”和对混凝土性能有不利影响,现已很少作为阻锈剂使用。
(2) 阴极型:通过吸附或成膜,能够阻止或减缓阳极过程的物质。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”,但单独使用时,其效能不如阳极型明显。
(3) 混合型;将阴极型、阳极型、提高电阻型、降低氧的作用等的多种物质合理配搭而成的阻锈剂。如冶金建筑研究总院研制的 RI 系列即属于综合性、混合型钢筋阻锈剂。
   混凝土中钢筋腐蚀破坏,大大缩短了结构物的使用寿命,或者说需要花费很多的钱来维持方能达到设计寿命。加入钢筋阻锈剂能起到两方面的作用:一方面推迟了钢筋开始生锈的时间,另一方面,减缓了钢筋腐蚀发展的速度 ( 如图 1 所示 ) 。在严酷的腐蚀环境中 ( 海洋或撒盐等 ) 一般 5 ~ 15 年内可出现钢筋腐蚀造成的顺钢筋裂缝,若不及时修复,将很快达到破坏极限;而掺用钢筋阻锈剂后,将能期望达到设计年限的要求 ( 美国以 75 年为钢筋阻锈剂可以达到的目标年限 ) 。

图 1 钢筋阻锈剂提高结构物耐久性示意图

3 、钢筋阻锈剂的应用与相关规程、规范

3 . 1 一般情况
   美国国家公路研究项目“混凝土中钢筋阻锈剂的评定方法”业已完成。在 1998 年的报告中称“近 15 年来,钢筋阻锈剂成为通用措施。主要用于普通混凝土和预应力混凝土结构的桥梁及其他建筑物的长期防护”。钢筋阻锈剂使用的相关规定及做法,已经分别纳入美国公路联合会编制的《钢筋混凝土桥梁防腐蚀手册》、《混凝土外加剂标准》 (AASHTOMl94) 、美国混凝土学会编制的《混凝土手册》以及美国腐蚀工程师学会编制的《混凝土中钢筋防腐蚀设计规范》等。日本、加拿大、澳大利亚、韩国及我国台湾省,均有相关钢筋阻锈剂的标准与规范,但其产品大多来自美国和日本。美、日产品也已经进入中国大陆市场。
   我国早期,曾用亚硝酸钠作为钢筋阻锈剂使用于少量工程,由于单一亚硝酸钠有明显问题,没有得到推广应用。八十年代初,冶金工业部为在渤海湾南岸开发建设金矿,须解决海水、海洋环境对钢筋混凝土建筑物的腐蚀问题,于是列题研究了 RI 综合型钢筋阻锈剂。 1985 年,在山东三山岛金矿首次大量使用,这也是我国成功应用 16 年的大型工程实例。本研究成果于 1987 年通过部级鉴定,于 1991 年颁布了国家行业标准, 1998 年修标 [ 即《钢筋阻锈剂使用技术规范》 (YB/T9231 — 98)] 《工业建筑防腐蚀设计规范》 (GB50046 — 95) 、《海工混凝土结构技术规范》、《海工混凝土防腐蚀规范》、《盐渍土建筑规范》和正在编制中的《公路外加剂规范》等,都纳入了相关钢筋阻锈剂的内容。国内已有百余工程使用了 RI 系列钢筋阻锈剂 ( 如今 RI 阻锈剂已经发展到第三代产品 ) 。随着钢筋阻锈剂越来越被人们认识和巨大的市场潜力,国内各省市不断有钢筋阻锈剂的品种出现,国外产品也不断涌入国内市场。这样竞争的局面,必将大大促进钢筋阻锈剂在我国的应用,对提高我国钢筋混凝土建筑的耐久性是很有利的。

3 . 2 《钢筋阻锈剂使用技术规范》 (YB/T9231 — 98) 部分内容介绍
3 . 2 . 1 使用钢筋阻锈剂的环境和条件
(1) 海洋环境:海水侵蚀区、潮汐区、浪溅区及海洋大气区;
(2) 使用海砂作为混凝土用砂,施工用水含氯盐超出标准要求;
(3) 采用化冰 ( 雪 ) 盐的钢筋混凝土桥梁等;
(4) 以氯盐腐蚀为主的工业与民用建筑;
(5) 已有钢筋混凝土工程的修复;
(6) 盐渍土、盐碱地工程;
(7) 采用低碱度水泥或能降低混凝土碱度的掺合料;
(8) 预埋件或钢制品在混凝土中需要加强防护的场合。

3 . 2 . 2 关于用量的规定
   钢筋混凝土的用量取决于设计寿命期内腐蚀介质进入混凝土中的量,在氯盐为主的情况下,阻锈剂掺量符合下列比例要求:对于粉剂型 RI/Cl — ≥ 1.2 ,对于水剂型的比例为, RI/Cl — ≥ 3( 均为重量比 ) 。
   对于在设计寿命期内进入混凝土中的介质量尚不明确时,可按照 ( 规程 ) 中的推荐用量表执行。以粉剂为例,可在 5 ~ 15kg /m 3 范围内选择。

3 . 3 关于 RI 钢筋阻锈剂使用说明
(1) 一般采用干掺法,也可溶于拌和水中 ( 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) 本品适应于普硅水泥、矿渣水泥、粉煤灰及硅灰掺合料等,与常用减水剂有较好的相容性。
(3) 本品对引气剂有一定选择性,有的可能稍微降低含气量,可选择引气剂品种或适当调整掺量解决。
(4) 本品在有明显早强、促凝作用 ( 特别是在 25 ℃ 以上使用时 ) ,并有塌落度损失方面的影响,必要时需采取缓凝措施。
(5) 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。
(6) 采用本品的重要工程,必须事先做配比试验。
(7) 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,确保混凝土质量与密实性。

4 、 RI 阻锈剂的典型工程应用事例
  全国已经有上百个工程使用了 RI 钢筋阻锈剂。仅举以下典型事例:

(1) 山东三山岛金矿工程:国家重点工程,始建于 1985 年,约 10000m 3 混凝土使用了 RI 阻锈剂。不仅解决了使用海砂、施工用水含盐超标等现实问题,而且在海洋环境中,使用 RI 钢筋阻锈剂确实起到了十分良好的防护作用 ( 已经由 16 年的实际考验所证明 ) 。本工程也是我国首次大量使用海砂的建筑群体,证明使用钢筋阻锈剂可以使海砂“变废为宝”,为海砂资源的开发利用提供了成功先例。
(2) 天津、青岛、上海、宁波、厦门、深圳、湛江等沿海城市和地区的海工、水工及使用海砂 ( 如宁波 ) 的民用建筑,都已经或正在使用钢筋阻锈剂。
(3) 北京地区的桥梁建设 ( 三环部分桥、四环众多桥 ) ,已经按设计要求,使用了 RI 型钢筋阻锈剂,以阻止或减缓化冰盐的腐蚀危害。正在建设中的五环和北京外延的高速公路桥,也正在按设计要求使用钢筋阻锈剂。
(4) 南疆铁路跨越盐碱地的区段桥梁等,已经采用了钢筋阻锈剂。是铁路部门大量使用钢筋阻锈剂的典,型工程之一。
(5) 大量工业厂房的修复工程使用了 RI 型钢筋阻锈剂。包括冶金、化工、医药、纺织以及部分海工水工的修复工程等。
(6) 部分出口到非洲,用于海工工程和使用海砂。

5 、简要结语

(1) 当今世界,钢筋腐蚀成为影响钢筋混凝土结构耐久性的主导因素。以基础设施为主体的大量结构破坏与修复工程,已经造成巨大经济损失。在我国更应引起高度重视。
(2) 在众多腐蚀因素中,氯盐是引起大范围钢筋腐蚀破坏的最重要因素。我国存在着广泛的氯盐环境,特别是正在进行的大规模的基础设施建设,应着重加强对氯盐腐蚀的防护工作。
(3) 防止钢筋锈蚀有多种措施。但最重要的是提高对钢筋锈蚀危害的认识,确立“以防为主”的思想,在此基础上才能合理选用防护措施。这需要设计、施工、管理、维护人员的共同努力。
(4) 对于钢筋防护而言,在任何情况下混凝土质量都是最重要的。在高质量混凝土的基础上掺加钢筋阻锈剂,被认为是长期保护钢筋不发生腐蚀破坏、实现设计寿命的最简单、最经济和效果良好的技术措施。因此,近些年来在国际上得到迅速发展,在国内以 RI 为代表的钢筋阻锈剂产品,已经有十多年的应用实践和、上百个工程应用事例。随着我国大规模建设和众多老建筑物的修复工程,钢筋阻锈剂作为提高结构耐久性的有效措施之一,应该得到更大的发展。
(5) 钢筋阻锈剂是钢筋防护措施之一,还有一些其他方法可供选择。应该依据实际情况和需要,多方面综合考虑,以选择技术可行、经济合理的防护方法。

[ 应用实例 3]

钢筋阻锈剂的应用

1 、概

  钢筋腐蚀成为当今世界影响混凝土耐久性的主要因素,特别在氯盐环境中,钢筋腐蚀是首要因素。为此,人们研究开发了一系列防护措施,其中钢筋阻锈剂是重要技术之一。在防止金属腐蚀的方法中,“缓蚀剂”是常用方法之一。缓蚀剂的应用已经有上百年的历史,钢筋阻锈剂是缓蚀剂在混凝土中的应用,是一种既古老又新型的技术。
   世界上钢筋阻锈剂的研究与使用已经历了很长的时期。日本作为一个岛国,由于缺乏建筑用河砂,不得不开发利用海砂。因此,既要解决海洋环境中氯盐钢筋腐蚀问题,又要设法防止海砂中氯盐对钢筋的侵害。 1973 年在冲绳发电站建设工程中,大量使用了钢筋阻锈剂。此后用量猛增,到 1980 年,每年有 160 万 m 3 混凝土使用了钢筋阻锈剂 ( 钢筋阻锈剂年均用量约为 1 ~ 1.5 万 t) 。 1982 年日本制订了《钢筋混凝土用防锈剂》 (JISA 6205) 工业标准,建设部还发布指令文件 (597 号文、 142 号文等 ) ,要求使用海砂或环境氯盐可能超标时,必须使用钢筋阻锈剂。
   原苏联也是很早使用钢筋阻锈剂的国家之一。于 1985 年出版了《混凝土中钢筋阻锈剂》专著,并在国标《建筑防腐蚀设计规范》中纳入钢筋阻锈剂内容。
   美国于 20 世纪 70 年代初开始研究、开发、使用钢筋阻锈剂 ( 与环氧涂层钢筋同时 ) 。早期美国比较重视环氧涂层钢筋的有效性,在最近 20 年,钢筋阻锈剂才得到迅速发展。经过了较长时间的试验研究和工程应用,美国混凝土学会 (ACI) 肯定了钢筋阻锈剂的效果,并确认其“是长期有效的防钢筋锈蚀的措施”; 1992 年美国公路运输联合会 (AASHTO) 等 3 个单位编制并颁布的《钢筋混凝土桥梁的防腐蚀手册》,将钢筋阻锈剂定为桥梁防腐蚀的重要措施之一;美国海军工程服务中心 (NFESC) 、美国航天局肯尼迪太空中心 (NASA KSC) 等军工部门,都在大力研究、开发和积极采用钢筋阻锈剂。 199 5 ~ 1998 年,美国曾将其列为国家级研究课题,制订统一的钢筋阻锈剂的评价方法和使用标准。该研究报告指出:“ 15 年来,钢筋阻锈剂应用日趋普遍,它能长期保护钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土结构,如公路桥及其他结构等…,本研究结果将被美国公路运输联合会 (AASHTO) 采纳,并推荐纳入《混凝土外加剂标准》 (AASHTO M194) 。同时纳入美国混凝土学会 (ACI) 编制的《混凝土手册》,明确推荐在桥梁及其他结构上使用”。 1999 年,美国成立了钢筋阻锈剂联合会 (CCIA) 在北美,乃至全世界推广应用钢筋阻锈剂。
   除美国、日本之外,加拿大、欧洲各国、澳大利亚、印度等,都在积极开发和应用钢筋阻锈剂;中东国家、韩国、东南亚各国 ( 包括我国台湾省 ) 等国家、地区也在使用引进的钢筋阻锈剂产品。据悉, 1993 年之前,全世界有 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,可见其发展趋势之迅猛。钢筋阻锈剂作为提高混凝土耐久性的重要方法之一,已经成为一项世界性通用技术。

2 、我国钢筋阻锈剂的研究与发展
  
我国在研制、开发钢筋阻锈剂方面起步较早, 20 世纪 60 年代就有人利用亚硝酸钠作为钢筋阻锈的成分,试用于混凝土中,并取得一定经验。但是,单纯亚硝酸钠虽有阻锈作用,同时也存在一定问题,因而没有被推广使用。
   1985 年起,在山东三山岛金矿大量使了钢筋阻锈剂,这是我国阻锈剂产品在全国大型重点工程中的首次应用。虽然比日本、美国等国家晚了近 10 年,但我国仍是世界上较早将阻锈剂应用于大型工程的少数国家之一。  在那个时期,国外 ( 特别是美国 ) 钢筋阻锈剂的研制和发展十分迅速。相对而言,国内发展缓慢。是由于国内在此时期之前对混凝土耐久性、钢筋腐蚀危害等认识不足和重视不够,旨在提高耐久性的项目一时难以开展,包括钢筋阻锈剂在内的相关技术和产品很难打开市场。曾有一段时期,国内很少有单位进行钢筋阻锈剂的研制与开发。
   近几年来我国钢筋阻锈剂事业发生了明显的变化,钢筋阻锈剂逐步得到一定程度的重视,社会已经开始重新认识和接纳这一技术措施,市场走向也看好,多本规程、规范也已经将其纳入;不仅国内已经有数种钢筋阻锈剂产品问世,而且已有几家国外产品进入我国市场。我国现正处于大规模的基础设施建设时期,国家对重要工程的使用年限 ( 耐久性 ) 越来越重视,并提出明确的要求。 2000 年国务院发布了《建设工程质量管理条理》 ( 中华人民共和国国务院第 279 号令 ) ,实际上是贯彻实施基础设施工程的“全寿命责任制”,其意义是重大而深远的。国内对于混凝土耐久性、钢筋腐蚀危害的认识的提高,是促进钢筋阻锈剂发展、扩大应用的动力。然而,市场开拓仍然是有难度的,因为钢筋阻锈剂仅仅是钢筋防腐蚀、提高耐久性的技术措施之一,是高性能混凝土的“附加措施”,不是单靠钢筋阻锈剂就能够解决一切问题。在国内,包括技术、学术界对钢筋阻锈剂的评价与定位、使用范围与必要性等方面,尚有一个研讨过程。此外,对其阻锈效能的试验检验方法、有效年限等,也需要通过工程实例和时间的考验。
   另外应该注意的是,随着钢筋阻锈剂市场的发展,国内外钢筋阻锈剂的品种也将不断增加,会出现“真伪难辨”的情况,会对市场的形成与发展带来负面影响。

3 、钢筋阻锈剂的分类与作用原理
  
钢筋阻锈剂是对钢筋起作用的化学物质,其较小的剂量就能达到阻止或减缓钢筋锈蚀的目的。一些矿物掺合料 ( 如硅灰 ) 等虽然也能提高对钢筋的保护能力,但不属于钢筋阻锈剂范畴。
   目前国际上对钢筋阻锈剂还没有统一的分类标准。其化学成分复杂,有无机型、有机型和混合型 ( 由有机和无机化学物质组成 ) ;按作用机理可划分为阴极型、阳极型、混合型等。为了便于使用者区分,通常按使用方式和工程对象分为掺入型与渗透型两大类。

3 . 1 掺入型 (Darex Corrosion Inhibitor 简称 DCI)
   掺入型是研究开发早、技术比较成熟的阻锈剂种类,即将阻锈剂掺加到混凝土中使用,主要用于新建工程 ( 也可用于修复工程 ) 。在美国、日本和原苏联等国,已经有 30 多年的应用历史,我国也有 20 多年大型工程应用历史。虽然作用原理复杂并说法不尽一致,但“成膜理论”是主要论点。以亚硝酸盐为例,它在钢筋发生作用的表达式:

F e ++ + OH — + NO =NO + γFeOOH (1)

  亚硝酸根 (NO ) 促使铁离子 (F e ++ ) 生成具有保护作用的钝化膜 (γFeOOH) 。当有氯盐存在时,氯盐离子 (Cl — ) 的破坏作用与亚硝酸钠的成膜修补作用竞争进行,当“修补”作用大于“破坏”作用时,钢筋锈蚀便会停止。  混凝土中掺入钢筋阻锈剂能起到两方面的作用:一方面推迟钢筋开始生锈的时间;另一方面,减缓了钢筋腐蚀发展的速度。混凝土越密实,掺用钢筋阻锈剂后的效果就越好。使用得当将能期望达到设计年限的要求。

3 . 2 渗透型 (Migrating Corrosion Inhibitor 简称 MCI)
   渗透型阻锈剂是近些年国外发展起来的新型阻锈剂类型,即将阻锈剂涂到混凝土表面,使其渗透到混凝土内并到达钢筋周围。主要用于老工程的修复。该种阻锈剂已经进入我国市场,我国也有单位在研制开发。该类阻锈剂的主要成分是有机物 ( 脂肪酸、胺、醇、酯等 ) ,它们具有挥发、渗透的特点,能够渗透到混凝土内部;这些物质可通过“吸附”、“成膜”等原理保护钢筋,有些品种还具有使混凝土增加密实的功能。
   当前,中国是世界建筑规模最宏大的国家 ( 占世界水泥用量的 55 % ) ,而一些发达国家新建工程很少,目前主要是老工程的修复工作。国外劳务费高,“破损型”修复费用大,因此,非破损型修复得到重视和发展。于是,渗透型阻锈剂便应运而生。国外腐蚀监控、检测技术应用较普遍,当发现混凝土中钢筋开始“脱钝”,或氯离子浓度将达到“临界值”的时候,在混凝土表面 ( 非破坏 ) 涂刷渗透型阻锈剂,期望达到阻止、减缓钢筋锈蚀的目的,同时也是省工、省力、节俭的方法。如果钢筋已经严重破坏、混凝土开裂、剥落,此时“渗透型”方式的优越性就难以突现了。修复时,在混凝土中掺人钢筋阻锈剂更为适合。
   渗透型阻锈剂的效能、检验方法、长期有效性等,仍是各国研究探讨的课题,主要是在渗透深度、药剂挥发与留存时间、作用检验指标等,还有一些不尽相同的认识,对不同品种、型号的产品,国外也存在不尽一致的评价结果。

4 、相关规程、规范及 RI 系列钢筋阻锈剂的工程应用

4 . 1 相关规程、规范
   目前,世界上还没有一致公认的钢筋阻锈剂标准、规范。一些国家有产品标准,如日本的《混凝土用防腐剂》 (JISA6025) 、美国的《混凝土阻蚀剂》 (10 号 Memorandum) 和《阻锈剂产品技术规定》 (Grace 03315) ;一些国家有使用技术规定,如美国《亚钙基阻锈剂使用规定》 (E102 — 004) 和《阻蚀剂》 (BDC99S — 021) 、我国《钢筋阻锈剂使用技术规范》 (YB/T 9231 — 98) 。
   大多数情况是在其他规程、规范中纳入了钢筋阻锈剂内容,如美国混凝土学会编制的《金属在混凝土中的腐蚀》 (ACI222R — 1) 、公路联合会编制的《钢筋混凝土桥梁防腐蚀手册》、《混凝土外加剂标准》 (AASHTOMl94) 、美国混凝土学会编制的《混凝土手册》以及美国腐蚀工程师协会编制的《混凝土中钢筋防腐蚀设计规范》等,均将钢筋阻锈剂及其应用做出规定。
   我国已将其纳入的规范包括:《工业建筑防腐蚀设计规范》 (GB 50046 — 95) 、《海工混凝土结构技术规范》、《海工混凝土防腐蚀规范》 (JTJ275 — 2000) 、《盐渍土建筑规范》和《公路外加剂规范》等。最近出版的《混凝土结构耐久性设计与施工指南》 ( 中国工程院项目 ) 也把钢筋阻锈剂作为防腐蚀措施的组成部分纳入其中。
   关于钢筋阻锈剂的适用范围,国外规定用于腐蚀环境 ( 以氯盐为主 ) 中的钢筋混凝土、预应力混凝土、后张应力灌注砂浆等。我国相关规范 (YB/T 9231 — 98) 对使用钢筋阻锈剂的环境和条件作了如下规定:

1) 海洋环境:海水侵蚀区、潮汐区、浪溅区及海洋大气区;
2) 使用海砂作为混凝土用砂,施工用水含氯盐超出标准要求;
3) 采用化冰 ( 雪 ) 盐的钢筋混凝土桥梁等;
4) 以氯盐腐蚀为主的工业与民用建筑;
5) 已有钢筋混凝土工程的修复;
6) 盐渍土、盐碱地工程;
7) 采用低碱度水泥或能降低混凝土碱度的掺合料;
8) 预埋件或钢制品在混凝土中需要加强防护的场合。
   总体说来,钢筋阻锈剂已经成为一项通用技术,但由于发展快、品种多、成分复杂等,国内外检验方法、质量控制及规程、规范的研究、编制等,仍然是一项艰巨的任务。

4 . 2 RI 系列钢筋阻锈的工程应用
   RI 钢筋阻锈剂是国内开发最早、工程应用最广的产品, 20 年来经历了坎坷的发展历程,为国内出现阻锈剂良好发展势头,起到一定带动作用。 RI 钢筋阻锈剂已经在数百个工程应用,并部分出口用于海外工程。以下是在海洋环境、北方撤盐环境、西部盐渍土环境中的典型工程应用实例。

1) 山东三岛金矿工程:国家重点工程,始建于 1985 年,大量混凝土使用了 RI 阻锈剂。不仅解决了使用海砂、施工用水含盐超标等现实问题,而且在海洋环境中,使用 RI 钢筋阻锈剂确实起到了十分良好的防护作用 (20 年的实际考验所证明 ) 。本工程也是我国首次大量使用海砂的建筑群体,证明使用钢筋阻锈剂可以使海砂“变废为宝”,为海砂资源的开发利用提供了成功先例。
2) 天津、青岛、上海、宁波、厦门、深圳、湛江等沿海城市和地区的海工、水工及使用海砂 ( 如宁波 ) 的民用建筑,都已经或正在使用钢筋阻锈剂。近期,广东佛山高速公路桥、粤海铁路枢纽立交桥桥梁、海南三亚等工程和建设中的青岛海滨公路工程等,已经或正在使用 RI 型画钢筋阻锈剂。
3) 北京地区的桥梁建设:四环、五环、六环以及北京外沿的高速公路中,数百座桥已经和正在使用 RI 型钢筋阻锈剂 ( 以阻止或减缓化冰盐的腐蚀危害 ) 。鉴于北京地区桥梁遭破坏的经验教训 ( 如西直门桥等 ) ,市政、公路部门的设计单位,参照国内外规范的要求和规定对化冰盐环境中的桥梁进行防护。
4) 南疆铁路跨越盐碱地的区段桥梁等均采用了钢筋阻锈剂。是铁路部门大量使用钢筋阻锈剂的典型工程之一。
5) 杭州湾大桥是我国最大的跨海桥工程,该桥也使用 RI 型钢筋阻锈剂。
6) 大量冶金、化工、医药、纺织工业厂房的修复工程以及部分海工、水工的修复工程等,均使用了 RI 型钢筋阻锈剂。
7) 部分出口到非洲、中东地区,海工工程和使用海砂的工程也采用了 RI 钢筋阻锈剂。

5 、小

1) 当今世界,钢筋腐蚀成为影响钢筋混凝土结构耐久性的主导因素。以基础设施为主体的大量结构的破坏以及其修复工程,已造成巨大的经济损失。在众多腐蚀因素中,氯盐是引起大范围钢筋腐蚀破坏的最主要因素。我国存在着广泛的氯盐环境,特别是正在进行的大规模的基础设施建设,应加强氯盐腐蚀的防护工作。
2) 防止钢筋锈蚀有多种措施。在任何情况下混凝土质量都是最重要的,在高质量混凝土的基础上掺加钢筋阻锈剂,被认为是长期保护钢筋不发生腐蚀破坏、实现设计寿命的最简单、最经济和效果良好的技术措施。国外已经有 30 年使用钢筋阻锈剂的经验,近些年来,钢筋阻锈剂在国际上得到更迅速地发展。在国内以 RI 为代表的钢筋阻锈剂产品也已有近 20 多年的应用实践。随着我国大规模建设和面对众多老建筑物的修复工程,钢筋阻锈剂作为提高结构耐久性的有效措施之一,还将得到更大的发展。
3) 钢筋阻锈剂只是提高混凝土耐久性的技术措施之一,仍有待发展和提高。目前国内出现良好发展势头,但由于品种繁多、品质不一,业界应该正确引导和培育良好的市场氛围。工程应用者应该了解、分析国内外发展应用情况及相关规程、规范的内容,综合考虑、合理选用,以使钢筋阻锈剂正确发挥其效能。

 

钢筋阻锈剂使用技术规程 YB/T923 1 — 1998

1 总则

1 . 0 . 1 为在钢筋混凝土工程的设计与施工中合理选择和正确使用钢筋阻锈剂,特制定本规程。
1 . 0 . 2 本规程适用于钢簪混凝土工程及钢筋混凝土工程的修复。
1 . 0 . 3 为确保钢筋混凝土质量,执行本规程时,尚应遵守国家现行有关标准的规定。在使用钢筋阻锈剂时不得降低对混凝土质量的要求。

2 钢筋阻锈剂的分类及质量标准

2 . 0 . 1 钢筋阻锈剂分为粉剂型和水剂型两类,其质量应任命表 2 . 0 . 1 的规定:

表 2 . 0 . 1 钢筋阻锈剂分类及质量要求

类型

性能

粉剂型

水剂型

外观

灰色粉末

微黄透明液体

pH

中性

7 ~ 9

密度

≥ 1.23

细度 ①

≥ 20%

①细度指筛孔净空 0.24mm 筛余百分率。

2 . 0 . 2 钢筋阻锈基本性能应符合表 2 . 0 . 2 的规定:

表 2 . 0 . 2 钢筋阻锈剂的基本性能

性能

试验项目

规定指标

粉剂型

水剂型

防锈性

1. 盐水浸渍试验

无锈
电位 0 ~ -250mV

无锈
电位 0 ~ -250mV

2. 干湿冷热 (60 次 )

无锈

无锈

3. 电化学综合试验

合格

合格

对混凝土性能影响试验

1. 抗压强度

不降低

不降低

2. 抗渗性

不降低

不降低

3. 初终凝时间 /min

-6 0 ~ +120( 对比基准组 )

-6 0 ~ +120( 对比基准组 )

注:试验方法附录。

3 使用钢筋阻锈剂的环境条件及用量

3 . 0 . 1 使用钢筋阻锈剂的环境和条件:

1 .海洋环境:海水浸蚀区、潮汐区、浪溅区及海洋大气区;
2 .使用海砂作为混凝土用砂,施工用水含氯盐超出标准要求;
3 .采用化冰 ( 雪 ) 盐的钢筋混凝土桥梁;
4 .以氯盐腐蚀为主的工业与民用建筑;
5 .已有钢筋混凝土工程的修复;
6 .采用低碱度水泥或能降低混凝土碱度的掺合料;
7 .预埋件或钢制品在混凝土中需加强防护的场合。
3 . 0 . 2 钢筋阻锈剂的用量取决于设计寿命期内腐蚀介质进入混凝土中的量,在氯盐为主的情况下,阻锈剂掺量应符合下列比例要求:对于粉剂型, RI/C1 -≥ 1.2 ;对于水剂型的比例为, RI/C1 -≥ 3( 均为重量比 ) 。

3 . 0 . 3 对于在设计寿命期内进入混凝土中的盐量尚不明确时,可按表 3 . 0 . 3 确定阻锈剂掺量。

表 3 . 0 . 3 每立方米混凝土的钢筋阻锈剂掺量 ( ㎏ /m 3 )

环境条件

类型

粉剂型

水剂型

R I — 1N

R I — 1C 2

R I — 103

R I — 105

R I — CW

使用海砂 ( 非海洋环境 )

2 ~ 3

2 ~ 3

3 ~ 5

 

 

海洋环境

 

 

 

 

 

浪溅区

 

9 ~ 13

 

 

2 6 ~ 36

非浪溅区

 

5 ~ 9

 

 

1 2 ~ 26

工业建筑及修复工程

 

 

6 ~ 13

 

 

盐碱地

 

 

6 ~ 15

 

 

低碱度水泥

 

 

 

4 ~ 8

 

使用化冰 ( 雪 ) 盐

 

9 ~ 5

9 ~ 15

 

2 6 ~ 36

3 . 0 . 4 在掺用能提高混凝土的密实性又不明显降低其碱度的掺合料时,钢筋阻锈剂掺量可酌减;在特殊腐蚀条件下,除掺用钢筋阻锈剂外,还应采取其他防护措施。

4 钢筋阻锈剂的使用方法

4 . 0 . 1 水剂型阻锈剂可混入拌合水中使用,同时扣除与所加液体阻锈剂等量的水。
4 . 0 . 2 粉剂型阻锈剂可干掺,也可溶人拌合水中使用,需延长拌合时间≥ 3min 。在保持同流动度的条件下适当减水。
4 . 0 . 3 掺阻锈剂的混凝土的物理、力学性能试验按常规方法进行,防锈性能试验按规定方法进行 ( 试验方法见附录 ) 。

录 A
钢筋阻锈剂防锈性能试验方法

A . 0 . 1 盐水浸渍试验
A . 0 . 1 . 1 试验准备
A . 0 . 1 . 1 . 1 钢筋试样
   Q235 钢车成直径为 10mm 、长度为 50mm 的试棒,表面粗糙度达到 R 。 6 . 3txm 。

A . 0 . 1 . 1 . 2 试验溶液
   含 1. 15 % NaCl 的饱和 Ca(OH) 2 溶液,含粉剂型阻锈剂 0.8 %,或含水剂型阻锈剂为 2.2 % ( 重量比 ) 。

A . 0 . 1 . 1 . 3 试验容器
   直径 40 ~ 50mm 、高 5 0 ~ 60mm 的玻璃磨口瓶,每组三个。

A . 0 . 1 . 1 . 4 高内组电压表,饱和甘汞电极。

A . 0 . 1 . 2 试验操作
A . 0 . 1 . 2 . 1 配制好的溶液分别倒人三个玻璃磨口瓶内,溶液高度为 40mm ,每个容器内放人两根钢筋试棒,全部浸人溶液中,将瓶盖盖紧。只有在进行电位测量时,才能打开瓶盖。测量时,将钢筋棒的一端露出液面并触接电压表的正端,负端接甘汞电极。测量时间分别是 lh 、 2h 、 3h 、 6h 、 1d 、 2d 、 5d 、 7d 。
A . 0 . 1 . 2 . 2 测量时观察钢筋试棒表面有无锈蚀发生。

A . 0 . 1 . 3 判断
   7 天内钢筋试棒表面无锈蚀发生,钢筋自然电位在 0 ~ -250mV 范围内,视为合格 ( 可重复 2 次 ) 。

A . 0 . 2 干湿冷热循环试验
A . 0 . 2 . 1 试样制作
A . 0 . 2 . 1 . 1 砂浆配比为,灰:砂:水 =1 : 2.5 : 0.5 ;阻锈剂掺量:粉剂型按水泥量为 2 %,水剂型按水泥量的 5 %。
A . 0 . 2 . 1 . 2 将钢筋试棒 ( 同 A . 0 . 1 . 1 . 1) 埋人砂浆正中,钢筋周围及底面砂浆保护层厚度均为 20mm ,标准养护 7d ,然后开始试验。
A . 0 . 2 . 2 循环制度为: 3 % NaCl 溶液浸泡 16h 、 7 5 ℃ 烘 4h 、室温停放 4h , 24h 为一个循环。
A . 0 . 2 . 3 判断: 60 个循环后破样检查,钢筋表面无锈为合格。

A . 0 . 3 电化学试验
A . 0 . 3 . 1 试样制作同丸 A . 2 . 1 ,试验方法见《冶金建设试验检验规程》 (YBJ222) 。
A . 0 . 3 . 2 试验溶液为 3 % NaCl ,恒压 1400mv 、 72h ,电流小于 150μA 为合格。

录 B
钢筋阻锈剂对混凝土性能影响的试验

B . 0 . 1 抗压强度
   按《普通混凝土力学性能试验方法》 (GBJ 8l ) 规定执行。

B . 0 . 2 抗渗
   按《冶金建设试验检验规程》 (YBJ222) 规定执行。

B . 0 . 3 初终凝时间
   按《混凝土外加剂标准》 (GB8076) 规定执行。

 

录 C
包装、运输与储存

C . 0 . 1 粉剂型钢筋阻锈剂为袋装 (4 0 ㎏ / 袋、 5 0 ㎏ / 袋 ) ,水剂型钢筋阻锈为桶装 ( 200kg 桶 ) 。产品应有相应标记、生产厂家,同进应附有检验证、合格证及使用说明书。
C . 0 . 2 粉剂型钢筋阻锈剂在运输与储存过程中,应避免烈日直晒、雨淋,防止受潮,同时应远离明火和易燃爆物。不得随地散洒和赤手触摸:
C . 0 . 3 粉剂型钢筋阻锈剂储存期为 1 年,水剂型为 2 年。

录 D
本规程用词用语

D . 0 . 1 执行本规程条文时,对要求严格程度不同的用词用语说明如下:

1 .表示很严格,非这样做不可的用词:正面词有“必须”,反面词有“严禁”;
2 .表示严格,在正常情况下应这样做的用词:正面词用“应”,反面词用“不得”;
3 .表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的用词:正面词用“宜”,反面词用“不宜”;
4 .表示有选择,在一定条件下不可以这样做的用词为“可”。

D . 0 . 2 条文中指明必须按其他有关标准执行的写法,采用“应符合现行的……规定”或“应按……执行”,条文中的“条''与“款”之间承上启下的用语采用“符合下列规定”、“遵守下列规定”、“符合下列要求”。

条文说明

1 总则
1 . 0 . 3 高质量的混凝土才能充分发挥钢筋阻锈剂的效能,确保混凝土质量十分重要的。

2 钢筋阻锈剂的分类及质量指标
2 . 0 : 1 以往国内钢筋阻锈剂为粉剂,国外多以水剂为主。现规定了粉剂型、水剂型的外观、 pH 、比重及细度指标要求。
2 . 0 . 2 钢筋阻锈剂的基本性能指标,参考日本标准《钢筋混凝土用防锈剂》 (JISA6205) ,主要是依据我国国情制定的。其中抗压强度指标,规定不低于基准试样 ( 日本允许降低 10 % ) ;干湿循环、电化学试验及抗渗等指标与试验方法,均为国内研究成果或以相关规程、规范为根据制定的。

3 使用钢筋阻锈剂的环境条件及用量
3 . 0 . 1 钢筋阻锈剂主要使用于以氯盐为主的环境与条件下,但不同品种用途有差异。其中 RI — 103c 、适应面广一些,可使用于含少量硫酸盐的环境与条件下。
3 . 0 . 2 规定了钢筋阻锈剂的用量原则,即应该保证加到混凝土中的钢筋阻锈剂有足够的量。对则系列钢筋阻锈剂的试验和大量工程应用表明,粉剂型保持 RI/C1-- ≥ 0.8 时已有显著阻锈效能,当 RI/C1-- ≥ 1 时,可保持长时期钢筋不锈。为更可靠,取 RL/C1-- ≥ 1.2( 对水剂型 RI/C1-- ≥ 3) 作为钢筋阻锈剂用量的合适比例。
   目前,已可以通过试验推算、实物检验等得知一定年限内 C1-- 进入混凝土中的量。图 3 . 0 . 2 给出了国外相关资料,表明了在海洋环境下, C1-- 进入混凝土中的累积量与使用年限的关系。
   研究与实践表明,钢筋周围 C1-- 累积量达到 1kg /m 3 混凝土时,钢筋锈蚀可导致混凝土开裂 ( 海洋环境 15 年左右可达此值,加硅灰可延至 20 年 ) 。掺加足量的钢筋阻锈剂可不发生钢筋锈蚀破坏,如设计寿命 40 年,钢筋周围 C1-- 累积量达到 6. 3 ㎏ /m 3 ( 图 3 . 0 . 2) ,按比例掺加 7.5kg /m 3 的钢筋阻锈剂,即可保证 40 年的使用寿命。

图 3 . 0 . 2 C l 累积量与使用年限的关系

( 浪溅区、年均温度 19 ℃ 、混凝土层厚 75mm )

3 . 0 . 3 给出钢筋阻锈剂的推荐用量表,在级以确定寿命期内 C1-- 累积量时,供有关人员选择使用。 RI — 1N 型含 N 、 K + ,可少量掺用,有碱骨料反应时慎用。
3 . 0 . 4 由图 3 . 0 . 2 可直观看出,掺硅灰等可降低 C1-- 累积量,故可适当减少阻锈剂掺量。在特殊腐蚀条件下,钢筋阻锈剂可以与外涂层、特种钢筋等联合使用或再采用其他防护措施。

4 钢筋阻锈剂的使用方法
4 . 0 . 2 粉剂型钢筋阻锈剂需要搅拌均匀,有吸潮结块现象时需溶于水中使用 ( 允许有少量不溶物 ) ,粉剂型钢筋阻锈剂有一定减水作用,若不相应减水,可能使流动度加大和混凝土强度略有降低 ( 与掺量有关 ) ,故要求保持同流动度下适当减水。

检验报告

 

 



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