ГлавнаяВ центральной лаборатории бетонных материалов университета Тунцзи исследовали влияние ДГШ на коррозию арматурной стали с помощью электрохимического метода. В качестве вспомогательных устройств при проведении испытаний используют потенциостат-гальваностат типа М273А (производитель EG&G Princeton Applied Research Co.); синхронизирующий усилитель (Lock-In Amplifier) типа М5210, универсальное гнездо (GPlB) для подключения к компьютеру. Степень коррозии в бетоне измеряли методом прямой потенциометрии, линейным поляризационным методом и переменным методом адмиттанса, используя программы М352 и М398. При проведении исследований использовался следующий способ изготовления образцов: раствор заливался в форму диаметром 100 мм и высотой 50 мм; форму с раствором помещали на вибростол и уплотняли в течение 5-10 сек.; затем форму закрывали стальной крышкой с отверстием в центре диаметром 5 мм и вставляли арматурный стержень диаметром 5 мм и длиной 70 мм.
Подготовленные таким образом образцы для испытаний помещались в камеру твердения; через 24 ч. образцы зачищались, цементным раствором покрывались все обнаженные участки арматуры и повторно помещались в камеру нормального твердения на 2 сут. В случае необходимости, следует счистить цементный раствор на обоих концах арматурного стрежня и тщательно удалить налет ржавчины на арматурной стали. Перед испытанием одна группа образцов помещалась на 2 часа в насыщенный раствор Ca(OH)2, другая группа - в 3% раствор NaCl. Затем их помещали в контейнер с насыщенным раствором Ca(OH)2 (уровень раствора - чуть выше толщины образцов); рядом с образцом помещали каломельный электрод, используемый в качестве электрода сравнения, и на некотором расстоянии - лист нержавеющей стали.
Метод прямой потенциометрии
Это стандартный метод для определения коррозии арматурной стали в бетоне. Основные характеристики метода: плотность поляризационного тока 50 цА/см2, длительность измерения 30 мин. При поляризации анода арматурной стали до потенциала выделения кислорода в течение 30 мин. значение потенциала снижается не очень значительно, поэтому пассивная пленка на поверхности арматурной стали остается не поврежденной. Данный метод позволяет только качественно оценить наличие ржавчины на арматурной стали.
Метод линейной поляризации
Основными параметрами для приведения испытания методом линейной поляризации являются: скорость сканирования 0.1 мВ/сек., потенциальный интервал 1 мВ (от -20 до +20 мВ). При измерении поляризации в интервале ±20 мВ она прямо пропорциональна величине 1/Rp, которая является характеристикой коррозионной стойкости арматурной стали.
Величина тока коррозии вычисляется по формуле:
где Icorr - ток коррозии (мА/м2);
В - константа, для арматурной стали составляет около 26 мВ;
Rp - поляризационное сопротивление (м*Ом/м2).
Метод переменного адмиттанса
Бетонные образцы для испытания имеют цилиндрическую форму, в середине которых размещены арматурные стержни (площадь обнаженной арматуру 10 см2). Вспомогательный электрод (электрод сравнения) представляет собой платиновую проволочку, помещенную в оксид ртути. Измерения проводят при разных частотах (предел частот от 100 кГц до 100 мГц) в условиях поляризации постоянного тока, равного нулю, и синусоидальных сигналов переменной амплитуды, равной 5 мВ. По полученным данным при разных частотах строят мультиплет, из которого уже можно качественно определить поляризационное сопротивление Rp, сопротивление бетона Rc, сопротивление пассивной пленки на поверхности арматурной стали Rf, электроемкость Cf и другие параметры.
При исследовании влияния ДГШ на степень коррозии арматурных сталей были изготовлены образцы бетона с ДГШ (модифицированные составы) и без минеральных добавок (контрольный состав). Для представленных в табл. 8.29 составов были проведены исследования коррозии арматурных сталей электрохимическим способом в условиях экспонирования в пресной и искусственной морской воде. Океан является основным источником соли, в морской воде обычно содержится около 3% соли, в основном хлориды. По количеству Cl- содержание соли в морской воде составляет около 19 000 мг/л.
Результаты влияния ДГШ на электрохимические свойства железобетонных элементов представлены в табл.8.30 и 8.31. Из анализа графиков изменения потенциала анодной поляризации от времени для цементных составов, содержащих ДГШ, видно, что при подключении электрода величина анодного потенциала быстро увеличивается в течение 1-5 мин, достигая потенциального значения выделения кислорода; измеренное через 30 мин. значение потенциальной энергии уменьшается не значительно, что свидетельствует о сохранности пассивной пленки на поверхности арматурной стали; введение до 50% ДГШ не оказывает негативного влияния на ее коррозионную стойкость.
Анализ результатов, представленных в табл. 8.30 и 8.31, показал:
(1) полученные значения поляризационного сопротивления Rp, определенные с помощью методов линейной поляризации и переменного адмиттанса, близки между собой, что свидетельствует о надежности результатов проводимых испытаний;
(2) экспонирование образцов в пресной или морской воде приводит к повышению значений поляризационного сопротивления; введение ДГШ приводит к повышению величины Rp по сравнению с составом без минеральных добавок; чем выше доля ДГШ в составе бетона, тем величина поляризационного сопротивления больше:
(3) значение поляризационного сопротивления увеличивается с повышением сопротивления бетона Rc;
(4) величины значений сопротивления пассивной пленки на поверхности арматурной стали Rf и электроемкость Cf образцов с ДГШ по сравнению с контрольными образцами различаются не существенно.
Величина Rf и толщина пассивной пленки на поверхности арматурной стали Xf связаны следующей зависимостью:
где Rf - сопротивление пассивной пленки на поверхности арматурной стали;
pf - резистивность пассивной пленки на поверхности арматурной стали;
Xf - толщина пассивной пленки на поверхности арматурной стали.
Введение в состав бетонных смесей ДГШ не оказывает существенного влияния на Rf, что позволяет сделать вывод о незначительном влиянии ДГШ на толщину пассивной пленки на поверхности арматурной стали.
Основными принципами повышения коррозионной стойкости арматурных сталей за счет введения ДГШ являются: во-первых, увеличение Rc; во-вторых, снижение пористости и повышение плотности эффективно противодействует проникновению агрессивных сред и проницаемости хлорид-ионов, что, в свою очередь, приводит к увеличению Rc и замедлению коррозионных процессов в арматурных сталях.