文章编号：1007-2373(2014)02-0084-05
慕儒，邓国志，田稳苓
（河北工业大学土木工程学院，天津300401）
摘要脱硫石膏对钢筋具有严重的锈蚀作用，作为现浇墙体材料，可能影响建筑的使用寿命，有必要进行研究并
采取措施予以解决．本论文应用石膏中添加熟石灰的方法，改变石膏内部酸碱环境，进而达到防止钢筋锈蚀的效
果．石灰添加量通过pH值试验进行确定，为应用方便，本试验对石灰添加量与pH值关系进行了线性拟合，并
得出关系式．经试验证实，灰膏比达到9.7%时，对钢筋不产生锈蚀．
关键词脱硫石膏；钢筋锈蚀；失重法；石灰
中图分类号TU52文献标志码A
Study on the corrosion of rebar by desulfurization gypsum
cast-in-place wall materials
MU Ru，DENG Guo-zhi，TIN Wen-ling
(School of Civil Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin300401,China)
Abstract As a cast-in-place wall material,desulfurization gypsum can seriously corrode rebar,which will diminish the
service life of buildings.It is necessary to take measures to solve the problem.We try to change the acid condition of
gypsum by adding a certain amount of lime as a way of preventing corrosion of rebar.The addition of lime is confirmed
by pH tests.And the relationship between lime content and pH are obtained by linear fitting method.The test result shows
that the rebar in the desulfurization gypsum has not been in corrosion when lime gypsum ratio reaches9.7%.
Key words desulfurization gypsum;corrosion of rebar;weight loss method;lime
0概述
随着环保意识的增强，脱硫石膏作为一种新兴材料被越来越广泛的应用于建筑领域．我国是脱硫石膏的生产大国，每年约产出脱硫石膏8750万t（1亿零300万m3）．这些脱硫石膏的囤积不仅占用土地资源，其不合理处理还会对生态环境造成严重破坏．鉴于此，我国在“十一五”规划中将脱硫石膏的利用正式提上日程，由此开启了我国脱硫石膏综合利用的新篇章．
脱硫石膏作为墙体材料也成为近年来脱硫石膏应用方向的一个重点课题，如果能够实现，将为我国脱硫石膏的消耗提供一条新途径．济南大学黄伟，王晓波等人将脱硫石膏在165℃下炒制得到的脱硫石膏粉作为主要材料，通过掺加一定量的水泥、粉煤灰等所得的复合材料墙体，不但强度得到保证，而且在防水性能，防止裂缝产生方面都有很好的效果[1]．
脱硫石膏含水量高（10%~15%），水化后内部孔隙率大，且偏酸性[2-4]，如用作现浇填充墙体材料，无可避免地直接或间接与钢筋接触，其酸性有可能导致钢筋锈蚀．本文测试了脱硫石膏对钢筋的锈蚀性，并通过一系列方法对脱硫石膏材料改性，防止对钢筋的锈蚀．
1脱硫石膏对钢筋的锈蚀
钢筋混凝土是当前用量最大的建筑材料之一，水泥水化后的主要成分为水化硅酸钙，呈碱性，对钢筋不
收稿日期：2013-08-07
基金项目：河北省科技计划项目（12213803）
作者简介：慕儒（1971-），男（汉族），高级工程师，博士，Email：*************．
第2期
慕儒，等：脱硫石膏现浇墙体材料对钢筋锈蚀性研究
85存在锈蚀作用，相反，钢筋在碱性环境中表面形成钝化膜，钝化膜可有效防止锈蚀作用的发生[5]．而脱硫石膏内部环境偏酸性，其中的钢筋表面无法形成钝化膜，可能发生锈蚀．
脱硫石膏对钢筋的锈蚀作用，尚未见相关实验研究报导．本文通过失重法对其进行试验验证．
1.1钢筋锈蚀试验方法
钢筋锈蚀检测的方法分为电化学检测与物理检测两类．电化学检测方法有自然电位法、流阻抗普法、电流阶跃法和线性极化法；物理方法有失重法、电阻棒法、射线法、冲击回波法、超声波检测法等[6]．失重法是最常用的钢筋锈蚀测定方法之一，也是本试验采用的方法，这种方法具有操作方便、信息量大、经济实用的优点．
试验材料：脱硫建筑石膏、熟石灰、直径6mm
的光圆钢筋、盐酸、饮用水．
试验设备：pH值测定仪、天平、搅拌器．
1.2试验结果
钢筋在纯石膏构件与水泥砂浆试件中钢筋的锈
蚀量如表1所示．从表1可以看出，石膏中钢筋的
锈蚀程度随龄期的增长有一个明显的增长，且锈蚀
麻醉系统程度大于水泥砂浆，锈蚀180d时石膏中钢筋的锈蚀
量是水泥砂浆的4倍多．
2脱硫石膏的钢筋锈蚀改性
钢筋锈蚀对结构危害巨大，逐渐降低结构（构件）的承载能力，最终导致结构失效破坏，而且结构破坏形态可能为脆性突然破坏，导致伤亡事故[7]．若使用脱硫石膏作为墙体材料，必须采取有效措施改变其对钢筋的锈蚀性能．
2.1脱硫石膏改性措施
脱硫石膏对钢筋的锈蚀主要是因为其成份为强酸弱碱盐，pH值较低，使钢筋易发生锈蚀．研究表明，当pH值达到12.5~13.2时，钢筋不易锈蚀，而低于11.5时，锈蚀则会发生[6]．实验测试表明，脱硫石膏溶液
的pH值低于10．为此，拟通过添加一定比例的熟石灰（Ca(OH)
2）调节脱硫石膏内部酸碱环境．
2.2熟石灰用量的确定
在脱硫石膏中添加熟石灰可以显著提高pH值，熟石
灰用量以控制pH值达到12.5、对钢筋无锈蚀性为准．试
验中，按照按照水∶灰（石膏+熟石灰）=10∶1的比例，
将脱硫石膏和熟石灰配制成浆液，搅拌15min，使脱硫石
膏和熟石灰溶解，之后用滤纸过滤后得到试验用的浆液，
浆液静置2d后进行pH值测定，pH值采用pH值测定仪进
行．调整石灰的掺入量，得到不同石灰添加量下的浆液pH
值，共计20组，结果如图1所示，并进行pH值-熟石灰掺
量关系二次曲线拟合（式(1)、图1）．之后根据拟合曲线
确定石灰添加量．
2+0.689
86河北工业大学学报第43卷
2.3锈蚀实验根据确定的灰膏比（）进行锈蚀实验，试验中，
选用直径6mm 的光圆钢筋，用砂纸打磨除掉钢筋表面
的杂质，再放在浓度12%的盐酸溶液中进行酸洗，而后
浸泡在石灰水中中和，之后在烘箱中烘烤4h 后取出，预
埋在100mm ×100mm ×400mm 的立方体试块中，预埋前记录钢筋质量，预埋位置如图2所示．
试块经指定天数（30d ，60d ，90d ，180d ）的自然养护后破型，取出钢筋进行打磨、酸洗、中和、烘烤处理后称取质量，前后质量的差值即为钢筋锈蚀量．每个试件中3根钢筋锈蚀量的平均值为该构建对钢筋的锈蚀量（舍去误差超过平均值10%的数据）．试件灰膏比为4.6%、5.7%、7.0%、9.7%、11.5%，以纯脱硫石膏（
＝０）试件与水泥砂浆（POM ）试件作为对比试件，试验结果如图3所示．从图3可以看出：1）钢筋的锈蚀量随灰膏比的增大而减小；2）钢筋锈量蚀随时间推移而增大；3）灰膏比达到9.7%与11.5%的试件和水泥砂浆试件中钢筋的锈蚀量接近．另外，灰膏比为11.5%试件对钢筋的锈蚀程度甚至还小于水泥砂浆试件．从pH 值的角度分析，添加石灰至pH 值达到12.5~13的范围时可有效防止钢筋锈蚀的发生，这也印证了之前的结论．3石灰对石膏其它性能的影响
3.1力学试验
分别对石灰/石膏（）为4.6%、5.7%、7.0%、9.7%、11.5%配比的试件进行力学性能测试，并与纯石膏的力学性能进行对比．试验方法参照《建筑石膏力学性能的测定》GB/T 17669.3-1999，试件水固比为55%，温度20±2℃，自然养护，养护龄期为7d 和28d ，试验结果如表2所示．
石膏抗压、抗折强度试验结果如图4所示，强度呈现先增大后减小的变化，当灰膏比为5.7%时无论是抗压强度还是抗折强度均达到最大值，较纯石膏分别提高了20%~30%；而随着石灰添加量的增大，抗压抗折强度大幅下降，当达到9.7%时，强度基本与纯石膏强度相当；达到11.5%时，强度普遍低于纯石膏试件．随着养护龄期的增加，石膏的强度随之增大，一
般情况下28d 强度较7d 强度提高30%~60%．当灰膏比为5.7%时，与7d 时的强度相比，28d 时的
抗压强度提高38.5%，抗折强度提高50.7%．
抗折试验中还观察到，当设定加载速度为5N/s 时，试块破坏后断面平滑，当达到极限承载力时突然断裂，属于脆性破坏，如图5．抗压试验中，当加载速度为7N/s 时，试块受压区边缘表面的石膏先行脱落，裂缝向内侧发展，后来逐渐发展直至形成通缝，试块完全破坏，裂缝发展情况如图6．
脱硫石膏抗折试验时所表现出的脆性破坏，是因为脱硫石膏自身脆性与强度低造成的；抗压试验时，试件受上下方压力作用，侧面自由，受压处材料向下移动，受压面处材料产生侧向膨胀，材料内部的不均匀位移导致微裂缝的产生，而裂缝的发展方向是偏向受压区内侧的，随压力增大，裂缝继续发展直到试件破坏．
3.2原理分析
脱硫石膏水化后的晶格呈短柱状或针状，这类晶格不利于抵抗外力，且晶格间存在大量孔隙，进而导致脱硫石膏力学性能不理想．在石膏中加入适量的熟石灰，熟石灰容易与空气中二氧化碳反应生成难容物碳酸钙，碳酸钙析出后填补了脱硫石膏中的孔隙，包络住脱硫石膏柱状晶格，使晶格直径增大，从而导致脱硫石膏强度增大；而当过多石灰晶体析出时，石膏内部的链接形式由石膏晶格连接为主转变为碳酸钙晶体连接为
主，而析出物碳酸钙粘结能力较弱，这便导致了脱硫石膏试件强度的下降．
33333433333433
3334400图2试件钢筋位置示意图Fig.2Sketch map of bar 表2脱硫石膏试件抗压、抗折强度
Tab.2Compressive and flexural strength of desulfurization gypsum specimen
石灰/石膏抗折7d /MPa 抗折28d /MPa 抗压7d /MPa 抗压28d /MPa 0% 2.0 2.9 4.58.24.6% 2.3 3.2 5.910.2
5.7% 2.6 3.67.110.7
7.0% 2.5 3.8 6.210.09.7% 2.1 3.4 4.88.511.5% 1.7 3.0 3.78.4
87
慕儒，等：脱硫石膏现浇墙体材料对钢筋锈蚀性研究第2期4锈蚀机理的探讨
与混凝土中钢筋锈蚀机理相似，脱硫石膏中钢筋的锈蚀也属于电化
社会经济学腐蚀，徐慧珠等指出当pH 值在4~11.5范围内发生吸氧腐蚀，大于11.5
发生析氢腐蚀，钢筋发生锈蚀应当具备3个条件：1）钢筋表面存在电位
差；2）钢筋表面钝化膜破坏；3）钢筋表面存在锈蚀所需的水和溶解氧[5]．
脱硫石膏的pH 值约为6.8，钢筋在石膏中不会生成钝化膜；脱硫石
膏粒径分布集中在40~
110m 以内[9]，在石膏水化过
程中石灰充分填充石膏中的孔隙，使之更加密
实，有效减少了导致钢筋锈蚀的水分和氧气．因
此，添加一定量的石灰有助于防止脱硫石膏内
钢筋的锈蚀．5结论
1）脱硫石膏作为现浇墙体对钢筋存在锈蚀作用，锈蚀程度为重度锈蚀．
2）在脱硫石膏中添加熟石灰，可有效减小钢筋锈蚀程度，灰膏比达到9.7%与11.5%时，对钢筋锈蚀程度与水泥砂浆锈蚀程度相当，可认为不锈蚀．
3）适量的熟石灰可增加脱硫建筑石膏强度，当灰膏比为5.7%时，石膏-石灰混合材料强度达到最大值，比纯脱硫石膏强度提高20%~30%．
4）脱硫石膏做现浇墙体仍存在一些问题，如：强度低，防水性差，这些问题还需进一步深入研究．
加载位置支座支座图5抗折试验破坏示意图Fig.5Bending test schematic diagram
加载位置加载位置加载位置
主裂缝在受压区边缘产生裂缝发展形成通缝构件破坏图6抗压试验破坏示意图
Fig.6Compression test schematic diagram
抗折7d 抗折28
d
抗压7d 抗压
28d 3060
90180养护龄期/d 灰膏比/%灰膏比/%锈蚀量/g
强度/M P a 图4脱硫石膏试件抗压、抗折强度Fig.4Compressive and flexural strength of desulfurization
gypsum specimen
图3石灰-石膏试件中钢筋锈蚀量Fig.3Lime -gypsum specimen of reinforcement corrosion （下转第106页）
106河北工业大学学报第43卷
参考文献：
[1]汪云峰，刘建雄．LEC法在高墩大跨桥梁风险评估中的应用[J]．湖南交通科，2011，37（1）：72-73．
[2]孙俊伟．建筑施工安全生产危险源辨识与控制[D]．重庆：重庆大学，2007．
[3]仲作伟．基于粗糙集-神经网络的建筑施工现场安全评价模型研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007．
[4]陈敏慧．建设工程施工危险源辨识与安全风险评价研究[D]．长沙：中南大学，2010．
digital image recovery
[5]刘英富．桥梁施工风险评估方法研究[D]．西安：长安大学，2006．
[6]马占新．数据包络分析模型与方法[M]．北京：科学出版社，2010：286-287．
[7]何静．只有输出（入）的数据包络分析及其应用[J]．系统工程学报，1995，10（2）：48-55．
[8]马占新，任慧龙，戴仰山．DEA方法在多风险事件综合评价中的应用研究[J]．系统工程与电子技术，2001，23（8）：7-11．
[9]王慧云．公路桥梁风险评价技术研究[J]．交通世界，2011（21）：250-251．
[责任编辑杨屹]
（上接第87页）
参考文献：
[1]黄伟，陶珍东，王晓波．脱硫石膏作为墙体材料的研究[J]．砖瓦，2010（5）：5-9．
[2]王方，原永涛，齐立强．脱硫石膏性能及其综合利用[J]．粉煤灰综合利用，2004（1）：41-44．
[3]丛钢，邢世健，张沪．脱硫石膏性能研究[J]．新型建筑材料，1997（12）：10-12．
[4]石懿，杨培岭，张建国，等．利用SAR和pH分析脱硫石膏改良碱(化)土壤的机理[J]．灌溉排水学报，2005，24（4）：5-10．
[5]徐慧珠，熊文凯．混凝土中钢筋锈蚀机理及防治措施[J]．安徽建筑，2012（3）：84-85．
[6]陈爱英，陈旭庆．钢筋混凝土中钢筋腐蚀腐蚀原理的研究[J]．城市道桥与防洪，2005（1）：90-91．
[7]卢木，王濮信，卢金勇．混凝土中钢筋锈蚀的研究现状[J]．混凝土，2000（2）：37-42．
周菊英[8]王英，段鹏选，张晔．烟气脱硫石膏的基本性能研究[J]．中国水泥，2009（1）：61-63．
[9]刘数华，阎培渝．石灰石粉在复合胶凝材料中的水化性能[J]．硅酸盐学报，2008，36（10）：1401-1404．
web of science
[责任编辑杨屹]（上接第91页）
参考文献：
[1]AASHTO．AASHTO guide for design of pavement structures[M]．Washington D C：AASHTO,1993．
[2]AASHTO．AASHTO guide for design of pavement structures[M]．Washington D C：AASHTO,2002．
[3]Papagiannakis A T，Masad E A．Pavement design and materials[M]．New jersey：John Wiley&Sons,INC．
[4]姚祖康．水泥混凝土路面设计理论和方法[M]．北京：人民交通出版社，2003．
[5]沈金安．国外沥青路面设计方法汇总[M]．北京：人民交通出版社，2004．
[责任编辑杨屹]
（上接第101页）
[2]李盛，刘朝晖，李宇峙．连续配筋混凝土复合式沥青路面层间剪应力及结构[J]．公路交通科技，2012，29（8）：8-14．
[3]张锐，黄晓明．隧道路面使用状况调查与分析[J]．公路隧道，2007（1）：12-14．
[4]杨良，郭忠印，杨学良，等．公路隧道路面工作环境调研与分析[J]．公路，2004（3）：148-152．
[5]陈锋锋，黄晓明，岳学军．CRC+AC复合式路面沥青层反射裂缝影响因素分析[J]．公路交通科技，2007，24（2）：48-50．
[6]李盛，刘朝晖，李宇峙．CRC+AC复合式路面的合理配筋率[J]．公路交通科技，2012，29（2）：1-6．
[7]马士宾，魏连雨，孙维丰，等．路面使用性能综合预测物元模型及其应用[J]．河北工业大学学报，2006，35（4）：44-48．
[8]李嘉，朱伟平，黄新颜．非均布温度条件下CRCP+AC复合式路面温度应力分析[J]．湖南大学学报：自然科学版，2009，36（10）：13-19．
[9]徐慧娟，杨以雄．基于熵权TOPSIS的服装企业节能环保评价模型[J]．东华大学学报：自然科学版，2010，36（2）：213-217．
[责任编辑杨屹]
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