2019年海螺水泥350元每吨送到工地北仑杭州湾慈溪象山奉化325价格

29年海螺水泥35元每吨送到工地北仑杭州湾慈溪象山奉化325价格

摘要：镁水泥混凝土对钢筋的腐蚀限制了其广泛的推广应用，为解决这一难题，提出利用涂层来缓解其对钢筋的腐蚀，确保镁水泥钢筋混凝土建筑满足设计规定的使用年限要求。根据西部盐渍土地区的自然环境，采用溶液浸泡加速锈蚀的试验方法对氯氧镁涂层钢筋混凝土进行快速腐蚀试验；运用电化学工作站周期性地对氯氧镁涂层钢筋混凝土试块进行电化学试验；以表征涂层钢筋锈蚀的电化学参数（腐蚀电流密度）作为退化指标，在Wiener退化过程的基础上进行可靠度建模并且对涂层钢筋进行锈蚀预测。研究结果表明：利用涂层钢筋腐蚀电流密度作为耐久性退化指标可以得到镁水泥涂层钢筋混凝土中的涂层钢筋锈蚀的可靠度函数，并确定出涂层钢筋在3d左右达到中等腐蚀。关键词：镁水泥混凝土；腐蚀电流密度；Wiener退化过程；可靠度；锈蚀；中图分类号：V22.3文献标识码：A

CorrosionPredictionof
乔宏霞,等：基于Wiener退化对镁水泥混凝土中钢筋的锈蚀预测

线[3]的西部地区建设迎来了新的发展良机。然而面

对西部广袤盐渍土的恶劣现状，高性能混凝土的研究与应用将是解决这一问题的重要方向。氯氧镁水

泥作为一种MgO-MgCl2-H2O体系组成的镁质胶凝材料[-5]，因其不经改性就有很好的抗盐卤性能，可

在盐渍土地区应用。但镁水泥对钢筋的低腐蚀性使其推广受限，为了解决这一问题本课题组采用涂层
29年海螺水泥35元每吨送到工地北仑杭州湾慈溪象山奉化325价格
来保护钢筋免受腐蚀[-9]，并发现涂层可以很好的保护钢筋腐蚀。采用电化学工作站通过99d的连续

监测，钢筋依然可以很好的免受腐蚀。镁水泥对钢筋的腐蚀是一个由众多微小损失量造成的均匀、平缓的退化过程，需要长期不断的监测。为实现涂层对钢筋的可靠度预测，选用表征涂层钢筋锈蚀的电化学参数作为关键退化因素进行可靠度建模。Wiener过程作为一种可靠度建模以及预测的

方式，因其能够描述产品性能退化过程和良好的计算分析性质被广泛的应用与可靠度建模中。文献[-2]分别将其应用在航空发动机性能可靠性预

测、电路故障特征提取与优化、森林物种多样性保育评估，在镁水泥混凝土中涂层对钢筋的保护可靠度方面还鲜有研究。因此本文基于一元Wiener过

程对镁水泥混凝土中涂层对钢筋保护的可靠度进行建模。

试验

.试验材料

镁水泥钢筋混凝土的原材料主要由抗水剂、氯

化镁（MgCl2）、轻烧氧化镁（MgO）、减水剂、粉煤灰、石子、砂子和钢筋组成。氧化镁（MgO）

由青海省格尔木市察尔汗盐湖氯化镁厂提供，为轻

尔汗盐湖氯化镁厂生产。砂子采用级配良好的中砂，由兰州水阜提供。石子性能指标合格，连续级配，由兰州华陇商砼公司提供。兰州某钢厂生产的Ⅰ级粉煤灰粉，作为本试验所选粉煤灰（用于改善混凝土耐久性）。选用磷酸作为耐水剂，由天津市百世化工有限公司生产，磷酸的含量不小于85.%，色度单位不大于25。减水剂采用KD萘系高效减水

剂。水选用符合国家行业标准的自来水，满足《混凝土拌合用水标准》JGJ3—2的要求。钢筋均为HPB3钢筋，fy=3N/mm2。久美特（GEOMET）

涂层（含有**细的Zn-Al鳞片）由宁波计式金属表

面处理有限公司提供。镁水泥混凝土的配合比如表所示。

.2试验方案

采取直径8mm，长度为5mm的光圆钢筋。将钢筋按照有无涂层分为A组（裸钢）、B组（涂

层钢筋），按照镁水泥混凝土配合比制备底部保护层厚度为5mm，侧面保护层为mm的镁水泥涂

层钢筋混凝土，试块尺寸为mm×mm×mm。其中涂层平均厚度约为8μm，用量约为2~3g。进行氯化镁溶液快速腐蚀试验，氯化镁溶液中氯离子浓度为.5mol/L。浸泡时溶液可达试块mm左右处。利用CS35电化学

工作站进行试验，裸露钢筋和涂层钢筋作为工作电

较其电极面积为25.2cm2，薄不锈钢板作为辅助电极，其电极面积为3cm2大于工作电极面积。饱和KCL电极作为参比电极。每9d对试块进行一次

测试，测试其较化曲线参数。腐蚀电流密度与钢筋的腐蚀情况对应关系如表2所示[3]。

2实验结果与数据分析

烧氧化镁。氯化镁（MgCl2）由青海省格尔木市察

表镁水泥混凝土配合比

TableMixingproportionofmagnesiumoxychloridecementconcrete

氧化镁
减水剂
抗水剂
砂
碎石
氯化镁
水



流密度I与电极电位E的基本公式为

icorr为自然腐蚀电流密度；E为电极电位；

Ecorr为自然腐蚀电位；R为气体常数；T为**温度；

F为Faraday常数；

?a和?c为阳极反应和阴极反应的传递系数；

n为电极反应速度控制步骤的得失电子数；2.2数据分析

试块制备后进行**次电化学试验，作为基础数据。镁水泥裸露钢筋混凝土试块和镁水泥涂层钢筋混凝土试块的进行一次电化学实验的周期为9d,其较化曲线如图所示。

图涂层钢筋~5d较化曲线

Fig.Polarizationcurveforacoatedsteelbarfromto5d

图2涂层钢筋5~99d较化曲线

图3裸钢~5d较化曲线

Fig.3Polarizationcurveforabaresteelbarfromto5d

图裸钢5~99d较化曲线

Fig.Polarizationcurveforabaresteelbarfrom5dto99d

从图、图2可以看出在d时阳极较化曲线陡峭

而阴极较化曲线相对平缓，此时腐蚀难以发生，随着反应的进行到9d时自腐蚀电位急剧左移，其原因是由于涂层中Zn的自然腐蚀电位为-.2V，Fe的自然腐蚀电位为-.V，锌就作为牺牲阳极为基体提供阴极保护。从9d到99d自腐蚀电位会出现不定周期的左移和右移，其原因是Zn作为牺牲阳极锈使蚀产物的产生抑制腐蚀的进一步进行以及“活化一钝化”腐蚀原电池的形成，Cl-透过锈蚀产物的保护屏障使的腐蚀进一步进行。而图3、中反应初

期自腐蚀电位的右移是由于钢筋表面在生产时的钝化膜保护作用以及表面氧化膜的生成。随着自腐蚀电位逐渐正移导致氧化膜在局部被击穿，电极上的金属又重新以阳离子的形式发生溶解导致电极电位降低，产生小阳极大阴极的腐蚀电池作用，使得钢筋表面产生坑蚀。9~99d自腐蚀电位的左右

移动是钢筋表面局部锈蚀物产生的阻挡作用以及

-----------------------------------------------------Page3-----------------------------------------------------
?
乔宏霞,等：基于Wiener退化对镁水泥混凝土中钢筋的锈蚀预测

Cl-对钝化膜的穿透和其催化的耦合作用。通过计算

镁水泥涂层钢筋混凝土和镁水泥钢筋混凝土的腐蚀电流密度如表3、表所示。通过腐蚀电流密度与

腐蚀状态的对应关系（表2）可以看出镁水泥钢筋

混凝土中裸露钢筋很快就发生腐蚀，而镁水泥涂层钢筋混凝土中的涂层钢筋远远小于低腐蚀阀值。

表3裸钢的电化学参数

。（8）

（）时刻t到时刻t??t之间的增量服从正态

分布，即?X?X?t??t??X?t?N???t,?2?t?；

（2）对任意两个不相交的时间区域

?t,t2?,?t3,t?，t?t2?t3?t，增量X?t??X?t3?与

X?t2??X?t?相互独立；

（3）X???并且X?t?在t?处连续。在一元Wiener过程X?t?的基础上定义随即过

程?Z?t?;t??，即任意时刻t?t??，Z?t?取X?t?

在时间?,t?内取得较大值。

根据一元Wiener的定义以及其性质结合镁水

泥涂层钢筋混凝土以及镁水泥钢筋混凝土的腐蚀过程和机理可知其腐蚀过程符合性质（2）和性质（3），因此以Wiener退化过程为基础的模型建立

步骤如下：

步骤首先根据CS35电化学站测得的表征

镁水泥涂层钢筋混凝土和镁水泥钢筋混凝土锈蚀的电化学参数（腐蚀电流密度），证明其各个时刻的锈蚀增量参数服从正态分布。

Z?t??sup?X?s?;s??

?s?t

。（）

步骤2根据镁水泥混凝土中涂层钢筋与裸露

钢筋的腐蚀29年海螺水泥35元每吨送到工地北仑杭州湾慈溪象山奉化325价格电流密度与腐蚀状态的对应关系确定

时刻t时Z?t?的概率密度函数为g?z,t?，由

Z?t?的定义可知其是单调随机过程，则产品在时间

t内不失效的概率为

出描述退化过程的各状态锈蚀阀值。

步骤3根据较大似然估计理论确定出可靠度

函数的参数估计。

l

??

。（5）

步骤利用Matlab软件分别做出可靠度函数

以及概率密度函数图。

文献[5]采用Fokker-Planck方程得到了g?z,t?

的表达式为

一元Wiener过程模型的确定

.腐蚀电流密度增量的分布验

????z??t??????z?2l??t????
2?l

?2?t???。

R?t??P?T?t???F?t??????exp?2????

2??2t3????

P?T?t??P?Z?t??l???g?z,t?dz

-----------------------------------------------------Page-----------------------------------------------------
?
乔宏霞,等：基于Wiener退化对镁水泥混凝土中钢筋的锈蚀预测
29年海螺水泥35元每吨送到工地北仑杭州湾慈溪象山奉化325价格
由于镁水泥混凝土中的裸露钢筋已经发生锈蚀，因此只对镁水泥涂层钢筋混凝土中涂层钢筋的
锈蚀进行预测。将表中涂层钢筋的腐蚀电流密度取各时刻的腐蚀电流增量结果如表5所示。

表5涂层钢筋电化
地点呈离散状分布表明数据服从所检验分布[]，从图5和图中可以看出，涂层钢筋腐蚀电流密度大

致服从正态分布。

i?j?

nmi

2

???xij???tij??

exp??2?。

从钢筋锈蚀状态和腐蚀电流密度的对应关系中（表2）可以确定出涂层钢筋锈蚀状态的腐蚀电

流密度阀值，本文中选用的腐蚀电流密度阀值为

（9）

对公式取对数，分别求?,?的偏导数可求得参

数?,?的较大似然估计

.5μA·cm-2，即钢筋处于低锈蚀状态。
29年海螺水泥35元每吨送到工地北仑杭州湾慈溪象山奉化325价格
n

i?

n

?timi

i

imi

,

n

?nmi??Xij?2??Ximi??

??t?????

，

图5涂层钢筋腐蚀电流密度增量PP图

Fig.5CorrosioncurrentdensityincrementPPplotforacoated

steelbar

（）

式中：

Ximi为某时刻产品性能的退化量；

?Xij?Xij?Xi?j??；?tij?tij?ti?j??。

通过计算得出???.32??5，??2?3.??。此时可靠度函数和概率密度函数

的表达式为

?.5?.32t???.5?.32t??.88?t??.88?t?

，（）

f?t??

.5??.5?.32t?2?

exp????

2?3.?t

。（2）

由式（）可靠度函数和式（2）概率密度函数，利用Matlab软件对其进行作图其结果如图、8

所示。

图涂层钢筋腐蚀电流密度增量无趋势PP图

Fig.DetrendedcorrosioncurrentdensityincrementPPplotfor


?29年海螺水泥35元每吨送到工地北仑杭州湾慈溪象山奉化325价格
乔宏霞,等：基于Wiener退化对镁水泥混凝土中钢筋的锈蚀预测命预测模型，得出镁水泥涂层钢筋混凝土中涂层对钢筋的保护年限为3天左右，如果周围环境氯

离子浓度增加或者减少可能会引起其保护年限增加或减小。参考文献：

从图镁水泥涂层钢筋混凝土中涂层对钢筋保护作用的可靠度图中可以看出，在3d左右涂层钢筋

的锈蚀状态将进入中等锈蚀。

5结论

本文基于实测镁水泥涂层钢筋混凝土的电化学方法进行了相关电化学实验，以腐蚀电流密度作为退化因素，基于Wiener退化过程建模，并获得

了镁水泥涂层钢筋混凝土中涂层对钢筋保护的可靠度函数。主要结论如下；

（）采用表征镁水泥涂层钢筋混凝土中涂层

钢筋锈蚀的腐蚀电流密度作为退化因素进行Wiener退化过程的建模是确实可行的。Wiener退化

过程作为一种可靠度预测方式，可以很好的反映镁水泥涂层钢筋混凝土中涂层钢筋锈蚀的过程，对镁水泥钢筋混凝土建筑的检测与维护具有实际的指导意义。

（2）在本氯氧镁水泥混凝土的配合比及试验条件下，利用Wiener退化过程建立的涂层钢筋寿