摘要：为了寻求最接近自然锈蚀特征的通电锈蚀法，研究了不同掺盐率对钢筋混凝土试件通电锈蚀特征的影响规律，并进行了原因分析。试验结果表明：随掺盐率增加，试件锈蚀速度加快，氧化不充分锈蚀产物增多，与自然环境下钢筋锈蚀成分的差异增大；掺盐对混凝土中钢筋的锈蚀形态有显著影响，未掺盐试件中钢筋呈非均匀锈蚀特征，与自然环境下混凝土中钢筋的锈蚀形态相似，而掺盐试件中钢筋的锈蚀程度较为均匀，且均匀程度随掺盐率增大而增大；掺盐对试件停止通电后锈胀裂缝的发展有明显影响，停止通电后，钢筋锈蚀进程并不停止，且掺盐率越高锈蚀发展越显著，裂缝宽度增长越大。

关键词：混凝土；钢筋；通电锈蚀；掺盐率

引言

    在进行锈蚀钢筋混凝土结构耐久性相关问题研究时，由于自然锈蚀试验周期太长，国内外研究者主要采用加速锈蚀的方法使混凝土中的钢筋产生锈蚀[1]。常用加速锈蚀的方法主要有通电锈蚀法、干湿循环法及人工气候环境模拟法[2]等，其中通电锈蚀法应用最为普遍，但从已发表的文献来看，不同研究者在采用该法时，选择的电流密度大小、通电方式、溶液浓度及试件掺盐率等并不相同，也很少考虑这些因素对试验结果的影响，然而试验研究表明，这些因素对锈蚀特征均具有不同程度的影响。为此，本课题组就此进行了系列研究，旨在通过对诸因素影响规律的认识，寻求最接近自然锈蚀特征的通电锈蚀法，为锈蚀钢筋混凝土结构的寿命评估提供依据。本研究将着重从锈胀开裂时间、锈蚀形态的差异等方面揭示掺盐率对通电钢筋混凝土试件锈蚀特征的影响规律。

1 试验设计

1.1试件设计

    试件截面尺寸为100 mm×100 mm，长200 mm，钢筋布置如图1，中间150 mm区段与混凝土黏结为锈蚀区，两端25 mm设PVC套管，并用环氧树脂和703胶密封（防止锈蚀物外流），为非锈蚀区。共浇筑试件15个，每组5个，按掺盐率不同（分别加入水泥含量0、3%、5%的盐）分为三组。

1.2材料性能

    水泥：三峡牌P·O 32.5级水泥，其各项指标均达国家标准。砂：河砂，细度模数2.3，属II区级配。石：卵石，粒径5~16 mm，连续级配。水：自来水。混凝土配合比：水泥∶砂∶石∶水=1∶1.16∶2.46∶0.42。钢筋：HRB335直径16 mm。

1.3锈蚀方法

    通电前每种掺盐率试件各取一个置于清水里浸泡，使混凝土充分饱水（以减小混凝土电阻）后再放入质量分数为3%的NaCl溶液中，如图2，钢筋接直流电源正极，铜片接负极进行通电锈蚀。试验中电流大小设为0.01 A，当试件表面出现可见裂缝（0.05~0.1 mm）后停止通电，待所有试件锈蚀完成后破型观察钢筋锈蚀状况，截取钢筋有效锈蚀段酸洗[3]、称重，并用游标卡尺精确测量其长度，求得钢筋锈后单位长度的质量（g/mm），再与锈前线密度做简单运算得出锈蚀率[4]。

2 试验现象与结果分析

试件锈蚀开裂时间、锈蚀率及裂缝宽度等记录如表1，不难发现掺盐率不同对钢筋混凝土试件通电锈蚀特征存在明显影响。

2.1掺盐率对混凝土开裂时间的影响

    与许多文献报道一致，试验过程明显发现不同掺盐率试件开裂时间相差较大，掺盐率5%的最先开裂，3%的其次，未掺盐试件最后开裂。由表1中试件表面产生锈胀裂缝时的通电时间可见，相近锈胀裂缝宽度时掺盐率越高，通电时间越短，5%掺盐率试件的开裂时间仅为未掺盐试件的1/5~1/4。这充分说明在混凝土中掺盐的确能明显提高钢筋锈蚀效率加快试验进度。由于除掺盐率不同外，试件尺寸、材料性能及通电方式等几乎完全相同，因此掺盐试件提早开裂的原因可能主要是：

（1）随着试件中氯化物含量增加混凝土电阻减小，钢筋电解效率增加，加快了钢筋腐蚀速度。

（2）氯盐环境下，钢筋锈蚀的氯离子临界浓度在0.17%~2.5%间[5-8]，而掺盐试件中氯离子含量已远超过临界氯离子含量，即使不通电，在氧气、水分充足的条件下试件中的钢筋也会发生锈蚀。即掺盐试件的锈蚀属电解与氯盐腐蚀耦合作用，而未掺盐试件在从外界盐溶液侵至钢筋表面的氯离子尚未达到临界含量时只属纯电解腐蚀，显然前者腐蚀更快。www.tmgc8.com

2.2掺盐率对试件锈蚀效果的影响

    试件破型后发现掺盐试件锈蚀特征基本相似，如图3，钢筋均表现为全表面锈蚀，但5%掺盐率试件锈蚀产物颜色较3%试件更深，呈深褐色，混凝土中有明显锈印，且随试件表面裂缝宽度增大混凝土开裂面上锈蚀物分布范围增大；不掺盐试件中的钢筋锈蚀并不均匀，一侧锈蚀明显另一侧较轻微，锈蚀物颜色较浅，呈黄褐色。结合表1数据比较不同掺盐率试件的实际锈蚀率不难发现，破型时掺盐5%试件的平均锈蚀率最大，而未掺盐试件最小。由此可见：

（1）锈蚀物颜色的不同表明：在相同条件下，掺盐率对锈蚀产物类型有一定影响，掺盐率越高锈蚀产物氧化越不充分，黑锈（Fe3O4）成分越多，与自然环境下钢筋的锈蚀成分差别越大[9]。

（2）试件掺盐率越高钢筋锈蚀率越大，进一步表明在相同条件下，掺盐试件中钢筋的锈蚀是由电解与氯盐腐蚀耦合作用引起的，所以采用高掺盐率试件研究锈蚀问题可能会高估结构的实际锈蚀率。

（3）掺盐对混凝土中钢筋的锈蚀形态有显著影响，未掺盐试件的钢筋明显呈非均匀锈蚀特征，与自然环境下混凝土中钢筋的锈蚀形态相似；而掺盐试件中钢筋的锈蚀程度较为均匀，不过钢筋经酸洗后对比发现，无论试件掺盐与否，钢筋均表现为非均匀锈蚀，但非均匀程度随掺盐率增大而减小。

（4）掺盐对试件停止通电后锈胀裂的发展有明显影响，掺盐率越高裂缝宽度增长越大，如5%掺盐率试件停止通电时平均裂缝宽度为0.084 mm，而破型时该组试件平均裂缝宽度扩大至0.208 mm，增幅达0.124 mm，但掺盐3%和未掺盐试件平均裂缝宽度只分别增加了0.072 mm和0.032 mm，可见试件停止通电后，锈蚀进程并不停止，掺盐率越高锈蚀发展越显著。

综上可见，掺盐率对试件的锈蚀效果具有显著影响，究其原因，可能主要是由于：

（1）因试件中供氧量有限，如果锈蚀反应发展过快，则生成的锈蚀产物必然会有一部分得不到充分氧化而成为Fe3O（4黑色），如前2.1的分析，混凝土中掺盐率越高，钢筋锈蚀速度越快，因此掺盐5%试件锈后钢筋的颜色最深。另外，当停止通电后，由于试件表面已出现锈胀裂缝，混凝土中的供氧量大大增加，因此Fe3O4会被继续氧化为Fe2O（3褐色），且距试件表面越近、裂缝宽度越大、时间越长氧化越充分，所以，如图3，混凝土开裂面上附着锈蚀物的颜色由外至内是逐渐加深的。

（2）试件停止通电后由于混凝土中Cl-含量丰富，试件内部仍有一定的湿度，供氧量又充分促使钢筋锈蚀继续进行，而且随掺盐率增加，Cl-含量增加，钢筋锈蚀速度增加，因此表1中掺盐5%试件的实际锈蚀率与锈胀裂缝产生时钢筋理论锈蚀率的比值是最大的。

（3）试件停止通电后，锈胀裂缝继续扩大，一方面原因同（2），是由于锈蚀继续发展引起的；而另一方面则同（1），是由于锈蚀产物继续氧化，体积膨胀率成倍增加导致的，所以掺盐率越高的试件停止通电后裂缝扩展越显著。

（4）恒电流加速锈蚀遵循电解原理，将整根钢筋作为阳极与试件表面的铜片通过混凝土中的孔溶液形成回路发生电解。由于混凝土的不均匀性，未掺盐试件沿钢筋圆周混凝土的电阻并不相同，在电阻较小部位流出的电流会更多，该处钢筋的锈蚀就会更迅速，因此，整个钢筋的锈蚀形态呈非均匀性。但试件掺盐后，由于混凝土中氯离子的存在强化了离子通路，降低了阴阳极之间的欧姆电阻，且随掺盐率增大混凝土中氯离子越多，离子通路作用越强，使混凝土的电阻差更小，钢筋表面流出电流趋于均匀，锈蚀形态接近均匀，因而掺盐率3%和5%试件的钢筋全表面都存在锈蚀，而且后者的锈蚀更均匀。

3 结语

    重点研究了不同掺盐率对钢筋混凝土试件通电锈蚀特征的影响规律，并进行了原因分析。试验结果表明，利用通电锈蚀法进行钢筋混凝土试件加速锈蚀时，在混凝土中掺盐虽然可以加快钢筋锈蚀速度，缩短试验周期，但掺盐对试件的锈蚀特征有明显影响，且随掺盐率增加影响程度加剧，具体规律如下：

（1）掺盐率在0~5%以内，同等条件下，掺盐率越高试件锈蚀越快，锈蚀产物氧化越不充分，黑锈（Fe3O4）成分增多，与自然环境下钢筋的锈蚀成分差异增大。

（2）掺盐对混凝土中钢筋的锈蚀形态有显著影响，未掺盐试件的钢筋呈非均匀锈蚀特征，与自然环境下混凝土中钢筋的锈蚀形态相似；而掺盐试件中钢筋的锈蚀程度较为均匀，且均匀程度随掺盐率增大而增大。www.tmgc8.com

（3）掺盐对试件停止通电后锈胀裂缝的发展有明显影响，停止通电后，钢筋锈蚀进程并不停止，且掺盐率越高锈蚀发展越显著，裂缝宽度增长越大。

以上结论是否受电流大小等其他因素影响尚需深入研究，但从与自然锈蚀特征相似性而言，采用通电锈蚀法时应尽可能地减小掺盐率。

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