原位合成SAR表层处理混凝土中预埋钢筋腐蚀行为研究

钢筋混凝土中钢筋锈蚀严重影响其结构的使用质量和耐用寿命。本研究结合导致混凝土中钢筋锈蚀的两个关键因素，即混凝土碳化及氯离子渗透，提出了在混凝土孔隙或缝隙中原位合成SAR，利用合成的SAR遇水膨胀、密实孔隙、截断水及溶于水中腐蚀性介质（CO2、Cl-等）的传输路径，以"以水止水"的技术思路延缓混凝土中预埋钢筋的腐蚀过程。. 本课题重点研究原位合成SAR的参数优化与性能测试、原位合成SAR处理混凝土的抗碳化性能及 抗Cl-渗透性以及加速腐蚀条件下的预埋钢筋腐蚀电位及腐蚀电流密度。依据所得试验结果建立SAR表层处理混凝土后，其碳化深度（D）与Cl-渗透系数（K）、钢筋腐蚀概率与自然腐蚀电位（Ecorr）及钢筋腐蚀电流密度（Icorr）与钢筋腐蚀速率之间的函数关系。

混凝土材料及其结构几乎所有的劣化形式都是由于外界侵蚀性介质的渗入导致的。表层混凝土作为混凝土及其结构与外部环境之间物质传输与交换的第一道防线，其性能优劣对混凝土结构耐久性具有决定性作用。利用表层浸渍技术处理混凝土，提高表层混凝土的水密性是改善其耐久性的一项重要措施。课题根据高吸水性树脂（Super-absorbent Resin/SAR）遇水膨胀、高吸水、高保水的特点，提出了“以水止水”的技术思路延缓混凝土中钢筋锈蚀过程（即在混凝土表层孔隙或微裂缝内浸渍SAR单体溶液，采用原位引发自交联合成SAR，利用原位合成的SAR遇水膨胀、密实孔隙、截断水及溶于水中的腐蚀性介质（如O2、CO2、Cl-等）的传输路径，提高混凝土抗碳化能力、降低Cl- 渗透性，进而达到延缓混凝土中预埋钢筋的锈蚀过程）。. 课题重点研究了：1）原位合成SAR参数优化及主要性能；2）原位合成SAR表层处理混凝土的抗碳化性能及抗Cl-渗透性能；3）原位合成SAR表层处理混凝土中预埋钢筋在加速腐蚀条件下的腐蚀电位、腐蚀电流密度等。. 原位合成SAR参数优化结果表明：1）当AA/AM＝3/2时，预聚单体溶液对水泥砂浆基材的渗透性较好；2）利用四甲基乙二胺-过硫酸铵引发体系引发AA-AANa-AM聚合反应，能实现反应体系的诱导期可调，能实现原位合成吸水性树脂表层处理混凝土。. SAR性能测试结果表明：1）在强酸或强碱介质中，SAR吸水倍率较低，在弱酸或弱碱介质中SAR吸水倍率相对较高；2）反离子浓度越高，吸水倍率越低；3）随干湿循环次数及紫外线老化时间增加，SAR的吸水倍率呈下降趋势。. 原位合成SAR表层处理混凝土的碳化及氯离子渗透结果表明：1）原位合成SAR对混凝土表层处理，可显著提高混凝土的抗碳化性和抗氯离子渗透性；2）碳化能够显著降低混凝土的氯离子渗透性；3）SAR表层处理混凝土经受干湿循环后仍具有较高的抗碳化和抗氯离子渗透能力。. 原位合成SAR表层处理混凝土中预埋钢筋的腐蚀结果表明：1）混凝土碳化对钢筋锈蚀影响复杂。碳化会降低钢筋附近混凝土介质的pH值，碳化可加速钢筋锈蚀；碳化可降低氯离子在混凝土的扩散速率，碳化反而能够抑制混凝土中钢筋的腐蚀过程。2）对于保护层厚度较小的钢筋混凝土而言，原位合成SAR表层处理钢筋混凝土延缓其内钢筋锈蚀具有重要价值。