RI-D型防腐阻銹型防水劑

　　防腐阻銹型防水劑是一種多功能的高效混凝土外加劑，對混凝土結構的自防水和防止銹蝕具有顯著功效，并同時兼有減水、引氣、保塑功能，該產品可同時作為混凝土泵送劑、防水劑、阻銹劑使用，適用于各種結構工程，尤其適合用于海工工程中。
一、氯離子滲透
　　處于海洋環境及其附近陸地中的鋼筋混凝土結構面臨的侵蝕，要遠比陸地上要復雜的多，容易受到包括氯離子、硫酸根離子、鎂離子等各種離子的侵蝕，其中由于氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕，繼而由于腐蝕混凝土膨脹開裂的現象非常普遍，這是造成混凝土開裂—腐蝕—開裂循環的直接原因。因此，海工混凝土對耐久性的要求更高，具備高抗氯離子滲透性便成為了其主要性能指標。
試驗方法按照ASTM Cl202《混凝土氯離子滲透性的電導檢驗方法》，成型試件為φ10cm×5cm，測定各試件6 h的總導電量Q，然后估算氯離子滲透系數D，根據D進行判斷混凝土氯離子滲透性的大小。也可以根據Q的大小直接來判斷混凝土抗氯離子滲透性的好壞。本文中氯離子滲透系數D采用經驗公式進行計算：D=2.57765＋0.00492Q(×10-9cm2/s)。
1、混凝土配合比設計
水泥：普通硅酸鹽水泥P?O42.5。各項指標要求均達到國家標準要求。
細骨料：采用河砂，細度模數為2.79，Ⅱ區砂，表觀密度為2650kg/m3，堆積密度為1490kg/m3。其它指標也均符合相關標準要求。
粗骨料：花崗巖碎石，粒徑為5～25mm，表觀密度為2700 kg/m3，堆積密度1450 kg/m3，其他指標均符合相關標準要求。
水：自來水，符合混凝土用水的標準要求。
阻銹劑：RI-D
配合比設計匯總表及實驗結果如表1、2所示。

表1 混凝土配合比

編號	水灰比	砂率/%	水泥用量/ kg.m-3	用水量/ kg.m-3	砂/ kg.m-3	石/ kg.m-3	RI-D摻量/%
1	0.43	39	440	190	710	1110	0
2	0.42	39	440	185	710	1110	1
3	0.41	39	440	180	710	1110	2
4	0.40	39	440	175	710	1110	3
5	0.375	39	440	165	710	1110	4
6	0.43	39	440	160	710	1110	5

表2 混凝土氯離子滲透測試結果

編 號	ASTM C1202,通電量/C	擴散系數/(×10-9cm2/s)
1	2417	14.469
2	1711	10.996
3	922	7.114
4	601	5.535
5	408	4.585
6	327	4.186

2、結果分析
　　根據以上實驗結果我們可以看出，隨RI-D摻量的增加，ASTM C1202通電量明顯減小，當摻量為5.0%時，通電量為327C，相應的擴散系數也顯著減小，為4.186。在ASTM標準中，認為當通電量在1 000～2 000C之間時氯離子的滲透擴散性是很低的(見表)。從試驗結果看，當RI-D摻量為2%時，ASTM C1202通電量已下降到1000以下，達到了良好的效果，擴散系數也只有7.114。因此摻有RI-D的混凝土具有良好的抗氯離子滲透性。主要原因在于RI-D不僅僅是直接具有鋼筋阻銹的性能，更重要的是能明顯增加混凝土的密實性，提高了混凝土的抗滲性能，這一點將在下面的研究中體現。

表3 混凝土氯離子滲透結果分析

氯離子滲透擴散性	ASTM C1202通電量/C	擴散系數/(×10-9cm2/s)
高	＞4000	＞18
中	2000～4000	8～18
低	1000～2000	5～8
很低	100～1000
可忽略	＜100	＜5

二、對混凝土抗凍性能的影響
　　為了提高混凝土的耐久性，要求我們研究的產品不但要有高的減水率，同時也具有良好的引氣效果，對于提高混凝土抗凍融效果非常明顯。參照電力行業標準DL/T 5150-2001《水工混凝土試驗規程》設計如下配合比進行混凝土凍融循環試驗。

表4 摻RI-D的混凝土抗凍性能試驗配比及實驗結果/kg?m-3

材料名稱	水泥	水	砂	石	RI-D	FA	坍落度/㎜	含氣量/%
試驗1	300	170	594	1126	22.5	100	210	4.1
空白1	300	170	594	1126	0	100	130	1.5
空白2	300	210	594	1126	0	100	205	1.1

　　試驗結果如下：從試驗的結果來看，無論從混凝土的工作性、力學性能還是抗凍融性能來看，摻加RI-D －的混凝土比空白混凝土都有明顯改善。同水灰比的條件下，摻RI-D的混凝土和易性更好，坍落度達到了210mm，空白混凝土只有130mm。從抗凍性能看，空白混凝土凍融循環只到125次質量損失和彈性模量損失都達不到標準要求了。而摻RI-D混凝土達到了250次凍融循環，質量和彈性模量損失都較小。同坍落度的條件下，摻RI-D混凝土的抗凍性能要遠遠比空白混凝土好，空白混凝土的凍融循環次數為75次。

表5 摻RI-D的混凝土抗凍性能試驗結果

試驗 序號	75		125		250
	凍后頻率/HZ	相對動彈模量/%	凍后頻率/HZ	相對動彈模量/%	凍后頻率/HZ	相對動彈模量/%
試驗1	2479	98.8	2463	97.5	2372	90.5
空白1	2137	84.3	1465	57.8	—	—
空白2	1268	51.7	—	—	—	—

　　RI-D具有良好的引氣作用,試驗1的含氣量達到了4.1%，同時還具有很高的減水作用，其減水率可達25%，良好的引氣作用使得混凝土結構內部布滿細小封閉的氣泡，從而避免了外部水分向混凝土結構內部滲透，同時也為混凝土內部結構中自由水結構的結冰膨脹提供了足夠的空間。高的減水率使得混凝土結構更加密實，混凝土中過渡區變薄，減少了內部裂紋，同時使混凝土抗拉強度增加，減小了由于混凝土結構內部拉應力增加致使混凝土出現裂縫的可能性。
三、對混凝土抗滲性能的影響
　　試驗參照JC474－1999《砂漿、混凝土防水劑》標準進行。混凝土配合比及實驗結果如表6、7所示。
試驗結果已經達到混凝土防水劑一等品的要求，摻RI-D的混凝土具有良好防水性能的原因是RI-D混凝土高效阻銹防水劑是一種有機、無機復合型混凝土添加劑。其中的無機組分能與混凝土中的水分和氫氧化鈣發生反應生成穩定的水化產物，并填充到C-S-H凝膠形成骨架的空隙中，使混凝土更加密實，促使混凝土的過渡層變薄，減小了由于過渡層結構的薄弱引起裂縫的可能，從而達到很好的防水效果。而其中的有機成分具有一定的引氣作用，使得混凝土中布滿均勻的細小密閉氣泡，切斷了混凝土的毛細孔隙，也達到防水的效果。

表6 摻RI-D混凝土抗滲性能試驗配比/kg.m-3

編號	水泥用量	用水量	砂率	砂	石	RI-D/%
空白	335	218	39	740	1157	0
試驗	335	165	39	740	1157	4

表7 摻RI-D混凝土的抗滲性能試驗結果

試驗項目		試驗結果		比值/%
		空白	試驗	試驗	標準
坍落度/㎜		178	181	—
含氣量/%		1.3	3.1	—
凈漿安定性		合格	合格	—	合格
泌水率/%		7.1	0	0	≤50
抗壓強度/MPa	3d	16.5	26.4	160	≥100
	7d	24.5	37.1	151	≥110
	28d	34.7	46.3	133	≥100
滲透高度/㎜		150	30	20	≤30
48h吸水量/%		112	41	37	≤65

表8 化學腐蝕等級的劃分

CO2/mg.l-1	SO4-2/mg?l-1	等級代號	腐蝕等級
≥15, ≤40	≥2000≤3000	XA1	輕度化學侵蝕環境
＞40, ≤100	＞3000≤12000	XA2	中度化學侵蝕環境
＞100至飽和	＞12000≤24000	XA3	高度化學侵蝕環境

四、對砂漿耐腐蝕性能的影響
　　現在的城市的道路、橋梁以及高層建筑混凝土由于酸雨、除冰鹽以及空氣中二氧化碳濃度偏高等原因往往受到硫酸鹽、碳酸鹽以及氯鹽的侵蝕。在沿海地區，這種情況更為嚴重。為了模擬實際環境對混凝土結構的影響，同時方便試驗，我們放大了侵蝕介質濃度，采用砂漿耐腐蝕性能間接反應摻RI-D混凝土的耐腐蝕性能。由于砂漿試體的尺寸小，與侵蝕介質的接觸面大，侵蝕介質的濃度較大，通過砂漿耐腐蝕試驗能充分反應摻RI-D混凝土的耐腐蝕性能。因此，本實驗選用硫酸鈉溶液、碳酸鈉溶液以及氯化鈉溶液作為侵蝕介質，進行砂漿耐腐蝕試驗研究。
試驗方法：模具采用40mm×40mm×l60mm的三聯模，水泥(P．042．5)：ISO標準砂二1：3，加水量為使新拌砂漿的流動度在130～140mm之間，空白樣成型12組，摻RI-D的試樣成型12組，RI-D摻量為水泥重量的4％。成型24h脫模，脫模后的試塊放入50℃水中養護7d，取出3組空白樣和3組試驗樣分別放入20±1℃的水中，其余10組空白樣和摻RI-D的9組試樣分別放入5％硫酸鈉溶液、3％碳酸鈉溶液、3％氯化鈉溶液各3組，放入標準養護室養護至14、28、60
d。試件在浸泡的過程中，每天一次用1 N的硫酸滴定以中和試件在溶液中放出的氫氧化鈣，邊滴定邊攪拌使溶液的pH值保持7.0左右，用酚酞做指示劑，容器加蓋。

表9 GB50021-94化學腐蝕等級

腐蝕介質	指 標	腐蝕等級
氫離子濃度(pH值)	5.0～6.5	弱
	4.0～5.0	中
	＜4.0	強
硫酸鹽含量SO4-2/mg?l-1	500～1500	弱
	1500～3000	中
	＞3000	強
氯離子含量 Cl-/mg.l-1	100～500	弱
	500～5000	中
	＞5000	強

　　挪威標準NS3473《混凝土結構設計與構造規定》中NS-EN206-1《混凝土－第一部分：技術要求、性能、生產與合格性》部分對化學腐蝕的等級有明確說明。
　　參照巖土工程勘查規范(GB50021-94)關于環境水對混凝土結構的腐蝕性評價標準，對Ⅱ類環境界定標準如表9所示。
　　試驗中引入相對耐腐蝕系數和絕對耐腐蝕系數的概念，相對耐腐蝕系數μ1=摻RI-D膠砂強度/空白膠砂強度(注：同一溶液養護)，絕對耐腐蝕系數μl=摻RI-D膠砂強度/空白膠砂強度(注：空白膠砂試件在水中養護，摻RI-D膠砂試件在鹽溶液中養護)。參比耐腐蝕系數μ3=鹽溶液中空白膠砂強度/水中空白膠砂強度。耐腐蝕系數越大，說明耐腐蝕性能也好。

表10 摻RI-D的砂漿試件在不同溶液中的耐腐蝕性能

養護齡期/d	不同溶液浸泡的膠砂強度/MPa
	20℃水中		5%硫酸鈉溶液		3%碳酸鈉溶液		3%氯化鈉溶液
	空白	試驗	空白	試驗	空白	試驗	空白	試驗
14	32.0	37.6	32.6	39.4	32.1	38.2	29.4	39.0
28	45.3	51.2	43.6	51.7	44.4	50.6	43.9	51.5
60	47.8	54.6	46.1	53.9	46.6	53.4	46.2	53.7

表11 摻RI-D的砂漿試件在不同溶液中的耐腐蝕性能

腐蝕系數	齡期/d	20℃水中	5%硫酸鈉溶液	3%碳酸鈉溶液	3%氯化鈉溶液
相對耐腐 蝕系數	14	1.175	1.209	1.190	1.327
	28	1.130	1.186	1.140	1.173
	60	1.142	1.169	1.146	1.161
絕對耐腐 蝕系數	14		1.231	1.194	1.219
	28		1.141	1.117	1.137
	60		1.128	1.117	1.123
參比耐腐 蝕系數	14		1.019	1.003	0.919
	28		0.962	0.980	0.969
	60		0.964	0.975	0.967

　　試驗結果分析：
　　從表中結果可以看出，一般情況下，耐腐蝕系數隨齡期的延長有所下降，這與摻RI-D的砂漿的早期強度發展較快有關。但不論是相對耐腐蝕系數，還是絕對耐腐蝕系數都超過了1，而參比耐腐蝕系數大部分都小于1，這充分說明摻有RI-D的試件具有明顯的耐腐蝕性能。耐腐蝕系數超過了1，主要是因為摻有RI-D的試件對鹽溶液具有很好的耐腐蝕性。摻適量的RI-D的砂漿具有抵抗高度化學侵蝕環境的腐蝕的明
顯效果。
(1)RI-D能提高混凝土本身的抗有害離子(如SO4-2、CO3-2等)的腐蝕；
(2)RI-D能顯著提高了混凝土的抗氯離子滲透性；
(3)RI-D能抵抗氯離子等對鋼筋的腐蝕作用；
(4)RI-D能提高砂漿在化學侵蝕環境中的耐腐蝕性；
(5)RI-D能能明顯增強混凝土的抗凍性能、抗滲性能。
綜上所述，RI-D是一種多功能的高性能混凝土外加劑，由于其具有的各種性能特點，可以廣泛用于海工工程、有害的鹽土介質工程以及需要長期安全使用的重點工程，是一種提高混凝土耐久性及鋼筋混凝土結構安全使用壽命的非常有效可靠產品。