RI-D型防腐阻锈型防水剂

　　防腐阻锈型防水剂是一种多功能的高效混凝土外加剂，对混凝土结构的自防水和防止锈蚀具有显著功效，并同时兼有减水、引气、保塑功能，该产品可同时作为混凝土泵送剂、防水剂、阻锈剂使用，适用于各种结构工程，尤其适合用于海工工程中。
一、氯离子渗透
　　处于海洋环境及其附近陆地中的钢筋混凝土结构面临的侵蚀，要远比陆地上要复杂的多，容易受到包括氯离子、硫酸根离子、镁离子等各种离子的侵蚀，其中由于氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀，继而由于腐蚀混凝土膨胀开裂的现象非常普遍，这是造成混凝土开裂—腐蚀—开裂循环的直接原因。因此，海工混凝土对耐久性的要求更高，具备高抗氯离子渗透性便成为了其主要性能指标。
试验方法按照ASTM Cl202《混凝土氯离子渗透性的电导检验方法》，成型试件为φ10cm×5cm，测定各试件6 h的总导电量Q，然后估算氯离子渗透系数D，根据D进行判断混凝土氯离子渗透性的大小。也可以根据Q的大小直接来判断混凝土抗氯离子渗透性的好坏。本文中氯离子渗透系数D采用经验公式进行计算：D=2.57765＋0.00492Q(×10-9cm2/s)。
1、混凝土配合比设计
水泥：普通硅酸盐水泥P?O42.5。各项指标要求均达到国家标准要求。
细骨料：采用河砂，细度模数为2.79，Ⅱ区砂，表观密度为2650kg/m3，堆积密度为1490kg/m3。其它指标也均符合相关标准要求。
粗骨料：花岗岩碎石，粒径为5～25mm，表观密度为2700 kg/m3，堆积密度1450 kg/m3，其他指标均符合相关标准要求。
水：自来水，符合混凝土用水的标准要求。
阻锈剂：RI-D
配合比设计汇总表及实验结果如表1、2所示。

表1 混凝土配合比

编号	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掺量/%
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 混凝土氯离子渗透测试结果

编 号	ASTM C1202,通电量/C	扩散系数/(×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、结果分析
　　根据以上实验结果我们可以看出，随RI-D掺量的增加，ASTM C1202通电量明显减小，当掺量为5.0%时，通电量为327C，相应的扩散系数也显著减小，为4.186。在ASTM标准中，认为当通电量在1 000～2 000C之间时氯离子的渗透扩散性是很低的(见表)。从试验结果看，当RI-D掺量为2%时，ASTM C1202通电量已下降到1000以下，达到了良好的效果，扩散系数也只有7.114。因此掺有RI-D的混凝土具有良好的抗氯离子渗透性。主要原因在于RI-D不仅仅是直接具有钢筋阻锈的性能，更重要的是能明显增加混凝土的密实性，提高了混凝土的抗渗性能，这一点将在下面的研究中体现。

表3 混凝土氯离子渗透结果分析

氯离子渗透扩散性	ASTM C1202通电量/C	扩散系数/(×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、对混凝土抗冻性能的影响
　　为了提高混凝土的耐久性，要求我们研究的产品不但要有高的减水率，同时也具有良好的引气效果，对于提高混凝土抗冻融效果非常明显。参照电力行业标准DL/T 5150-2001《水工混凝土试验规程》设计如下配合比进行混凝土冻融循环试验。

表4 掺RI-D的混凝土抗冻性能试验配比及实验结果/kg?m-3

材料名称	水泥	水	砂	石	RI-D	FA	坍落度/㎜	含气量/%
试验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

　　试验结果如下：从试验的结果来看，无论从混凝土的工作性、力学性能还是抗冻融性能来看，掺加RI-D －的混凝土比空白混凝土都有明显改善。同水灰比的条件下，掺RI-D的混凝土和易性更好，坍落度达到了210mm，空白混凝土只有130mm。从抗冻性能看，空白混凝土冻融循环只到125次质量损失和弹性模量损失都达不到标准要求了。而掺RI-D混凝土达到了250次冻融循环，质量和弹性模量损失都较小。同坍落度的条件下，掺RI-D混凝土的抗冻性能要远远比空白混凝土好，空白混凝土的冻融循环次数为75次。

表5 掺RI-D的混凝土抗冻性能试验结果

试验 序号	75		125		250
	冻后频率/HZ	相对动弹模量/%	冻后频率/HZ	相对动弹模量/%	冻后频率/HZ	相对动弹模量/%
试验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具有良好的引气作用,试验1的含气量达到了4.1%，同时还具有很高的减水作用，其减水率可达25%，良好的引气作用使得混凝土结构内部布满细小封闭的气泡，从而避免了外部水分向混凝土结构内部渗透，同时也为混凝土内部结构中自由水结构的结冰膨胀提供了足够的空间。高的减水率使得混凝土结构更加密实，混凝土中过渡区变薄，减少了内部裂纹，同时使混凝土抗拉强度增加，减小了由于混凝土结构内部拉应力增加致使混凝土出现裂缝的可能性。
三、对混凝土抗渗性能的影响
　　试验参照JC474－1999《砂浆、混凝土防水剂》标准进行。混凝土配合比及实验结果如表6、7所示。
试验结果已经达到混凝土防水剂一等品的要求，掺RI-D的混凝土具有良好防水性能的原因是RI-D混凝土高效阻锈防水剂是一种有机、无机复合型混凝土添加剂。其中的无机组分能与混凝土中的水分和氢氧化钙发生反应生成稳定的水化产物，并填充到C-S-H凝胶形成骨架的空隙中，使混凝土更加密实，促使混凝土的过渡层变薄，减小了由于过渡层结构的薄弱引起裂缝的可能，从而达到很好的防水效果。而其中的有机成分具有一定的引气作用，使得混凝土中布满均匀的细小密闭气泡，切断了混凝土的毛细孔隙，也达到防水的效果。

表6 掺RI-D混凝土抗渗性能试验配比/kg.m-3

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

表7 掺RI-D混凝土的抗渗性能试验结果

试验项目		试验结果		比值/%
		空白	试验	试验	标准
坍落度/㎜		178	181	—
含气量/%		1.3	3.1	—
净浆安定性		合格	合格	—	合格
泌水率/%		7.1	0	0	≤50
抗压强度/MPa	3d	16.5	26.4	160	≥100
	7d	24.5	37.1	151	≥110
	28d	34.7	46.3	133	≥100
渗透高度/㎜		150	30	20	≤30
48h吸水量/%		112	41	37	≤65

表8 化学腐蚀等级的划分

CO2/mg.l-1	SO4-2/mg?l-1	等级代号	腐蚀等级
≥15, ≤40	≥2000≤3000	XA1	轻度化学侵蚀环境
＞40, ≤100	＞3000≤12000	XA2	中度化学侵蚀环境
＞100至饱和	＞12000≤24000	XA3	高度化学侵蚀环境

四、对砂浆耐腐蚀性能的影响
　　现在的城市的道路、桥梁以及高层建筑混凝土由于酸雨、除冰盐以及空气中二氧化碳浓度偏高等原因往往受到硫酸盐、碳酸盐以及氯盐的侵蚀。在沿海地区，这种情况更为严重。为了模拟实际环境对混凝土结构的影响，同时方便试验，我们放大了侵蚀介质浓度，采用砂浆耐腐蚀性能间接反应掺RI-D混凝土的耐腐蚀性能。由于砂浆试体的尺寸小，与侵蚀介质的接触面大，侵蚀介质的浓度较大，通过砂浆耐腐蚀试验能充分反应掺RI-D混凝土的耐腐蚀性能。因此，本实验选用硫酸钠溶液、碳酸钠溶液以及氯化钠溶液作为侵蚀介质，进行砂浆耐腐蚀试验研究。
试验方法：模具采用40mm×40mm×l60mm的三联模，水泥(P．042．5)：ISO标准砂二1：3，加水量为使新拌砂浆的流动度在130～140mm之间，空白样成型12组，掺RI-D的试样成型12组，RI-D掺量为水泥重量的4％。成型24h脱模，脱模后的试块放入50℃水中养护7d，取出3组空白样和3组试验样分别放入20±1℃的水中，其余10组空白样和掺RI-D的9组试样分别放入5％硫酸钠溶液、3％碳酸钠溶液、3％氯化钠溶液各3组，放入标准养护室养护至14、28、60
d。试件在浸泡的过程中，每天一次用1 N的硫酸滴定以中和试件在溶液中放出的氢氧化钙，边滴定边搅拌使溶液的pH值保持7.0左右，用酚酞做指示剂，容器加盖。

表9 GB50021-94化学腐蚀等级

腐蚀介质	指 标	腐蚀等级
氢离子浓度(pH值)	5.0～6.5	弱
	4.0～5.0	中
	＜4.0	强
硫酸盐含量SO4-2/mg?l-1	500～1500	弱
	1500～3000	中
	＞3000	强
氯离子含量 Cl-/mg.l-1	100～500	弱
	500～5000	中
	＞5000	强

　　挪威标准NS3473《混凝土结构设计与构造规定》中NS-EN206-1《混凝土－第一部分：技术要求、性能、生产与合格性》部分对化学腐蚀的等级有明确说明。
　　参照岩土工程勘查规范(GB50021-94)关于环境水对混凝土结构的腐蚀性评价标准，对Ⅱ类环境界定标准如表9所示。
　　试验中引入相对耐腐蚀系数和绝对耐腐蚀系数的概念，相对耐腐蚀系数μ1=掺RI-D胶砂强度/空白胶砂强度(注：同一溶液养护)，绝对耐腐蚀系数μl=掺RI-D胶砂强度/空白胶砂强度(注：空白胶砂试件在水中养护，掺RI-D胶砂试件在盐溶液中养护)。参比耐腐蚀系数μ3=盐溶液中空白胶砂强度/水中空白胶砂强度。耐腐蚀系数越大，说明耐腐蚀性能也好。

表10 掺RI-D的砂浆试件在不同溶液中的耐腐蚀性能

养护龄期/d	不同溶液浸泡的胶砂强度/MPa
	20℃水中		5%硫酸钠溶液		3%碳酸钠溶液		3%氯化钠溶液
	空白	试验	空白	试验	空白	试验	空白	试验
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 掺RI-D的砂浆试件在不同溶液中的耐腐蚀性能

腐蚀系数	龄期/d	20℃水中	5%硫酸钠溶液	3%碳酸钠溶液	3%氯化钠溶液
相对耐腐 蚀系数	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
绝对耐腐 蚀系数	14		1.231	1.194	1.219
	28		1.141	1.117	1.137
	60		1.128	1.117	1.123
参比耐腐 蚀系数	14		1.019	1.003	0.919
	28		0.962	0.980	0.969
	60		0.964	0.975	0.967

　　试验结果分析：
　　从表中结果可以看出，一般情况下，耐腐蚀系数随龄期的延长有所下降，这与掺RI-D的砂浆的早期强度发展较快有关。但不论是相对耐腐蚀系数，还是绝对耐腐蚀系数都超过了1，而参比耐腐蚀系数大部分都小于1，这充分说明掺有RI-D的试件具有明显的耐腐蚀性能。耐腐蚀系数超过了1，主要是因为掺有RI-D的试件对盐溶液具有很好的耐腐蚀性。掺适量的RI-D的砂浆具有抵抗高度化学侵蚀环境的腐蚀的明
显效果。
(1)RI-D能提高混凝土本身的抗有害离子(如SO4-2、CO3-2等)的腐蚀；
(2)RI-D能显著提高了混凝土的抗氯离子渗透性；
(3)RI-D能抵抗氯离子等对钢筋的腐蚀作用；
(4)RI-D能提高砂浆在化学侵蚀环境中的耐腐蚀性；
(5)RI-D能能明显增强混凝土的抗冻性能、抗渗性能。
综上所述，RI-D是一种多功能的高性能混凝土外加剂，由于其具有的各种性能特点，可以广泛用于海工工程、有害的盐土介质工程以及需要长期安全使用的重点工程，是一种提高混凝土耐久性及钢筋混凝土结构安全使用寿命的非常有效可靠产品。