阴离子对锚杆的锈蚀性实验研究

 

 

　　随着时间推移，锚杆锈蚀量增加，锚杆的强度和刚度都在下降。锚杆锈蚀还增加了锚杆使用荷载下的挠度和裂缝宽度。受锈蚀锚杆强度下降主要有以下原因：锚杆锈蚀引起锚杆截面积减小；锚杆锈蚀引起锚杆名义屈服强度（由屈服荷载除以公称面积得到）减小；锚杆锈蚀引起锚杆和混凝土砂浆的粘结力下降，使得锚固段内混凝土砂浆和钢筋的平均应变大于正常条件，不能充分地进行应力应变重分布，而导致锚杆与混凝土砂浆协同工作系数降低。锈蚀后锚杆截面积减小，使得锚杆锚固强度降低，导致锚固失效。

 

　　砂浆保护层的锈蚀胀裂是锚锚固力下降的显著标志。它与锚杆的锈蚀发展过程紧密相关，锚杆的锈蚀形态和锈蚀程度直接影响砂浆保护层的胀裂形式和程度。锚杆锈蚀产物的体积膨胀对砂浆保护层的不利影响可以说是导致锚杆耐久性劣化的根本原因，因此对锚固体的锈蚀胀裂进行研究是十分必要的。

 

　　阴离子是导致锚杆发生锈蚀的主要原因，并且具有极强的穿透能力，容易穿透水泥砂浆破坏锚杆表面的钝化膜，在锚杆表面形成点蚀坑，造成锚杆锈蚀，危害构件及整个结构的安全。流传最广泛而又重要的钝化理论主要包括“薄膜理论”和“吸附理论”。薄膜理论认为钝化是由于金属与介质作用生成一层很薄的保护层；吸附理论则认为钝化是由于离子吸附所引起的金属表面化学活泼性的减少或阳极溶解的电化学过程。在实际锈蚀过程中，阴离子往往造成“攻弱致死”的局部性锈蚀破坏，危害很大。

 

　　因此，研究阴离子对于锚杆的锈蚀性，为锚杆的耐久性评估和剩余寿命预测提供了一定的依据。

 

 

　　由于锚杆所处环境的温度变化不大，所以本实验设计未考虑温度因素，主要因为有资料表明在环境温度变化不大的情况下，温度对锈蚀速度的影响可以忽略不计，但是资料也表明在同等因素下温度高的环境锈蚀速度大于温度低的锈蚀速度。

 

　　实验溶液以锚杆工作环境的渗隙水参数为标准，PH均为7.6，单一锈蚀质离子浓度依据化验的渗隙水成分，分别为SO42-，Cl-，浓度为4.2mg/L，27.4mg/L，以及渗隙水锈蚀溶液。锈蚀现场取渗隙水化验成分 。

 

　　锚杆试件采用武钢生产的Q235钢筋，车光后尺寸为φ10mm×50mm，以汽油、丙酮清洗油污，并干燥。实验方式为干湿交替，每15天交替一次。在制备试验溶液时，保证离子浓度的前提下，调至所要求pH值即可，分别测量30天，90天，120天不同龄期裸露试样失重数据。单因素锈蚀试验。为保证实验条件，每月更换一次浸泡液。锈蚀速度测量计算采用失重法，即

 

　　V=3.65103W/（SdT） （5.1）

 

　　式中：V——锈蚀速度（mm/a），

 

　　W——试件失重（g），

 

　　S——试件表面积（cm2），

 

　　d——试件密度（g/cm3），

 

　　T——实验龄期（d）。

 

 

　　实验结果：不同龄期裸露试样失重结果，阴离子锈蚀实验结果。

 

　　（1）无论在何种实验环境中，锚杆锈蚀量均随时间延长而增加，锈蚀速度则随时间延长而减小。这是由于随着锈蚀产物在杆体表面增厚，氧或氢离子向其基面扩散、阳极溶解或氢气逸出所受阻力均增大所致。

 

　　（2）在此种特定环境下氯离子锈蚀速度约为硫酸根离子锈蚀速度的5倍左右，既氯离子锈蚀速度的权重远大于硫酸根离子锈蚀速度的权重。

 

　　（3）实测含有硫酸根离子和氯离子中的锚杆试件，锈蚀速度并不简单是单独含有硫酸根离子和单独含有氯离子的锚杆试件的锈蚀速度之和，这说明不同离子共同作用时有相互抑制作用。

 

　　（4）有水泥砂浆包裹的锚杆试件没有被锈蚀，说明水泥砂浆有很好的耐锈蚀性，但是水泥砂浆随着时间的推移在自然环境中必然会产生碳化现象，最终锚杆也将被锈蚀，由于锈胀，握裹层产生微裂纹，但这一过程时间是漫长的。