环氧涂层钢筋混凝土试件在氯离子侵蚀作用下的腐蚀行为研究
环氧涂层钢筋混凝土试件在氯离子侵蚀作用下
的腐蚀行为研究
摘要：通过与完好涂层钢筋进行对比，研究不同破损率的环氧涂层钢筋在氯离子侵蚀作用下
的腐蚀速率，在腐蚀电位与腐蚀电流密度的基础上，推导不同破损率的环氧涂层钢筋在不同时
间段的腐蚀速率，结果表明：完整的环氧涂层对钢筋基体具有良好的防护效果，在氯离子侵蚀
的各个时间段内均未发生锈蚀。而预制破损涂层钢筋试件在氯离子作用下从钝化状态转变为腐
蚀活化状态，且随着破损率的增加钢筋锈蚀速度增幅越大。
关键词：环氧涂层钢筋; 破损率; 氯离子; 极化曲线;
0 前言
处于严重腐蚀环境下的沿海混凝土结构在氯离子侵蚀作用下致使钢筋锈蚀甚至保护层开裂，大
大降低混凝土结构的耐久性能[1]。资料表明，1989 年美国交通运输部门的一份报告估计，由
撒盐除冰和海水侵蚀所引起的美国州间高速公路、桥梁的钢筋腐蚀破坏，经济损失累计高达
1500 亿美元。由于混凝土耐久性不足造成的直接和间接损失，在欧美发达国家已构成严重的财
务负担。为了减缓钢筋锈蚀，在其表面涂覆一层环氧涂层阻挡侵蚀性物质向钢筋基体渗透，延
长沿海混凝土结构的服役寿命[2]。以港珠澳跨海大桥耐久性设计为例，对不同防腐措施的经济
效益、腐蚀风险、施工难度与全寿命成本四个方面进行综合评估分析，建议对处于高腐蚀风险
的潮差区混凝土结构采用环氧钢筋防腐技术，以增加混凝土结构的耐久性安全储备。Tang[3]等
发现在自然海洋环境中环氧涂层钢筋的耐蚀性能比普通钢筋好得多，但也有部分学者认为环氧
涂层钢筋延长混凝土结构正常使用寿命的能力有限，以上研究表明环氧钢筋的保护作用是建立
在涂层完整的基础上，然而钢筋表面涂层易在运输、绑扎及工作状态下易产生细微破损，涂层
缺陷/损伤都会严重影响涂层的屏蔽作用，因此提高环氧涂层延性、钢筋基体与环氧涂层之间
的附着力以及减少钢筋表面涂层针孔率可以有效提高环氧涂层钢筋的质量。目前，研究成果主
要集中于不同种类的表面涂层对混凝土结构耐蚀性能的提升效果以及不同破损率对混凝土结构
耐久性的影响。而针对不同破损率下钢筋锈蚀速率的发展规律以及腐蚀演化过程的研究较少。
故开展不同破损率下环氧涂层钢筋混凝土试件在氯离子侵蚀作用下的腐蚀行为研究。
表1试件设计
试验以通电的方式加速氯离子向钢筋表面侵蚀，以钢筋的弱极化曲线测试结果推导钢筋腐蚀电
位与腐蚀电流密度的演化，并揭示环氧涂层钢筋锈蚀速率的发展过程，为环氧涂层钢筋在海洋
混凝土结构中的应用提供数据与理论支持。
1 试件设计及试验方案
试件尺寸与配合比设计见表1、表 2。
截取 15cm 的环氧涂层钢筋，使用刻刀制备表面损伤，破损率分别为
0%、0.56%、1.12%、1.68%，并以S-0、S-0.56、S-1.12、S-1.68 代表不同破损率的混凝土试
件。应注意截取环氧涂层钢筋后应采用 Valspar 涂料修补钢筋两端的裸露部分。
试件顶部安装PVC 水槽并倒入质量分数为10%的氯化钠溶液，将试件顶部与底部分别放置两
块钛板与电源负极、正极相连。之后将试件放入容器中，浸泡 1天后进行通电，通电电压调节
至10V，分别在通电 1、3、5、7、14、21、30 天后停止，静置至钢筋表面电位稳定后进行极
化曲线测试。对测试结果进行 Tafel 拟合获取环氧钢筋的腐蚀电位与腐蚀电流密度。基于三电
极系统进行测量，弱极化曲线测试中采用±70m V（相较开路电位）的电位，系统扫描速率是
0.15m V/s。
2 试验结果分析
图1 不同破损率的环氧涂层钢筋锈蚀情况
图1为不同破损率的环氧涂层钢筋在通电加速氯离子侵蚀 30d 后钢筋的锈蚀情况。
由图1可见，无破损的环氧钢筋表面光滑，表面无锈蚀产物堆积，带损伤涂层试件的钢筋基体
发生明显坑蚀现象且周围涂层表面有锈蚀产物附着，造成该现象的原因为：当环氧涂层钢筋产
生局部破损时，破损区域形成阳极区，裸露的钢筋基体形成阴极区，造成大阴极小阳极状态，
钢筋锈蚀过程加速[4]。此外，Sylvia[5]认为由于阴极极化作用涂层的附着力降低，涂层会进一
步脱落，钢筋锈蚀区域扩展，最终导致混凝土结构的耐久性降低服役寿命缩短。由于环氧涂层
钢筋腐蚀电位与腐蚀电流密度的演化过程可反映钢筋在氯离子侵蚀作用下的锈蚀情况，如图
2、图3所示。
对于无破损环氧涂层钢筋混凝土试件，S-0 试件的钢筋腐蚀电位并未随通电时间的增加产生明
显负移现象，S-0 试件中的钢筋腐蚀电位无较大变化，波动范围集中于-244～-348m V 之间，钢
筋处于中等锈蚀概率阶段(-200m V～-400m V)[6,7]，而钢筋的腐蚀电流密度则小
于0.1μA/cm2（钝化状态），造成该现象的原因是：涂层包裹住的钢筋并未与碱性的混凝土孔
隙液接触，钢筋表面并未发生钝化反应产生钝化膜，且由于钢筋表面缺少氧气与水分，腐蚀反
应发生条件不充分，故钢筋虽处于活性状态但腐蚀速率极低。
摘要：
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环氧涂层钢筋混凝土试件在氯离子侵蚀作用下的腐蚀行为研究 摘要：通过与完好涂层钢筋进行对比，研究不同破损率的环氧涂层钢筋在氯离子侵蚀作用下的腐蚀速率，在腐蚀电位与腐蚀电流密度的基础上，推导不同破损率的环氧涂层钢筋在不同时间段的腐蚀速率，结果表明：完整的环氧涂层对钢筋基体具有良好的防护效果，在氯离子侵蚀的各个时间段内均未发生锈蚀。而预制破损涂层钢筋试件在氯离子作用下从钝化状态转变为腐蚀活化状态，且随着破损率的增加钢筋锈蚀速度增幅越大。关键词：环氧涂层钢筋;破损率;氯离子;极化曲线; 0前言处于严重腐蚀环境下的沿海混凝土结构在氯离子侵蚀作用下致使钢筋锈蚀甚至保护层开裂，大比低混凝土结构的耐久性能[...
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作者：闻远设计
分类：土木建筑化工水利
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