8.2.2.1 新拌砂浆法测定掺和料对钢筋锈蚀性能的影响
图8-11为纯水泥砂浆的电极电位一时间曲线分析图。由图可见，该试样在通电流之前，阳极钢筋的自然电位为-534.9mv；电极通电以后，阳极钢筋电位迅速向正方向上升，并在短时间内达到析氧电位值（在第150s时就已经达到600mv，）经过30min（1800s）的测试，阳极电位无明显降低，电极电位一时间曲线与图8-5中曲线①相同。说明阳极钢筋表面钝化膜完好无损，纯水泥砂浆对钢筋无害。
图8-11 水泥砂浆电极电位一时间曲线分析图
图8-12为掺4%CCCW材料的水泥砂浆的电极电位一时间曲线分析图。由图可见，掺入占水泥质量4%CCCW的材料新拌砂浆在接通电流之前，阳极钢筋的自然电位为-392.9mv；电极通电后，阳极钢筋电位迅速向正方向上升，并在短时间内达到析氧电位值（在第74s时就已经达到600mv），经过30min（1800s）的测试，阳极电位无明显降低，电极电位一时间曲线与图7-5中曲线①相同。说明阳极钢筋表面钝化膜完好无损，掺入水泥质量4%CCCW的材料对钢筋无害。
图8-12 电极电位一时间曲线分析图（掺4%CCCW水泥砂浆）
图8-13为掺0.5%碳纤维水泥砂浆的电极电位一时间曲线分析图。由图7-13可见，掺入占水泥质量分数0.5%短切碳纤维的新拌砂浆在接通电流之前，阳极钢筋的自然电位为-254.1mv；电极通电后，阳极钢筋电位迅速向正方向上升，并在短时间内达到析氧电位值（在第118s时就已经达到600mv），但随着测量的继续进行，电极电位又逐渐下降，电极电位一时间曲线与图8-5中的曲线②趋势相同，这说明钢筋表面钝化膜出现破损。
图8-13 掺电极电位一时间曲线分析图（掺0.5%碳纤维水泥砂浆）
图8-14为掺1.0%碳纤维水泥砂浆的电极电位一时间曲线分析图。由图可见，掺入短切碳纤维占水泥质量分数1.0%的新拌砂浆在通电流之前，阳极钢筋的自然电位为-247.9mv；电极通电后，阳极钢筋电位向正方向上升，但到达一定值后，随着测量的继续进行，电极电位又逐渐下降，电极电位一时间曲线与图8-5中的曲线③趋势相同属活化曲线，说明钢筋表面钝化膜破坏严重。
图8-15为掺2.0%碳纤维水泥砂浆的电极电位一时间曲线分析图。由图可见，掺入短切碳纤维占水泥质量分数2.0%的新拌砂浆在通电流之前，阳极钢筋的自然电位为-188.2mv；电极通电后，阳极钢筋电位略向正方向上升，但随着测量的继续进行，电极电位又逐渐下降，电极电位一时间曲线与图8-5中的曲线③趋势相同属活化曲线，说明钢筋表面钝化膜破损严重。
图8-14 为电极电位一时间曲线分析图（掺1.0%碳纤维水泥砂浆）
图8-15 电极电位一时间曲线分析图（掺2.0%碳纤维水泥砂浆）
比较图8-11、8-12中电极电位一时间曲线，可以说明普通水泥和加入占水泥质量分数4%的CCCW材料对钢筋是无害的；图8-13、图8-14及图8-15中电极电位一时间曲线均属于活化曲线，说明钢筋表面钝化膜已遭破损或未形成。但不能说明掺入短切碳纤维（分别占水泥质量分数的0.5%、1.0%、2%）对钢筋有害，还需综合硬化砂浆法进行判断。
8.2.2.2 硬化砂浆法测定掺和料对钢筋锈蚀性能的影响
新拌砂浆法已经证明加入CCCW材料对钢筋无害，但是不能证明加入不同含量的短切碳纤维对钢筋有害。因此，对试样C、D、E分别进行了硬化砂浆法试验。
采用硬化砂浆法测得的电极电位一时间曲线分别如图8-16、图8-17、图8-18所示。
图8-16 电极电位-时间曲线分析图（掺0.5%碳纤维水泥砂浆）
图8-17 电极电位-时间曲线分析图（掺1.0%碳纤维水泥砂浆）
图8-18 电极电位-时间曲线分析图（掺2.0%碳纤维水泥砂浆）
电极通电以后，阳极钢筋电位向正方向上升，但是均未能达到析氧电位值（600mv），而且随着碳纤维含量的增多，所能达到的电位值也不断降低，这说明随着碳纤维含量的增加，钢筋表面的钝化膜破坏程度逐渐严重。上述试验结果表明，短切碳纤维的加入对混凝土中钢筋有害而且碳纤维含量越大，腐蚀越厉害。
8.2.2.3 5%氯化钠溶液及干湿循环对水泥砂桨中钢筋锈蚀的影响
将硬化砂浆法试块浸入5%氯化钠溶液中进行一次干湿循环，加速试块内埋钢筋锈蚀然后用自然电位法判断钢筋锈蚀情况。测得钢筋电位见表7-3。
表8-3 自然电位法测得钢筋电位(www.xing528.com)
最后将各试样敲破，直接观察其中所埋钢筋的锈蚀状况，结果如图8-19（a）、（b）、（c）、（d）、（e）、（f）所示。
（a）纯水泥砂浆，钢筋表面有明显坑蚀
（b）含4%CCCW材料砂浆，表面锈蚀不明显
（b）含0.5%碳纤维砂浆，钢筋表面有明显坑蚀
（d）含1.0%碳纤维砂浆，有较大面积锈蚀
（e）含2%碳纤维砂浆，钢筋表面全部锈蚀
（f）各种试样钢筋锈蚀对比图
8.2.2.4 结果讨论
（a）钢筋锈蚀对混凝土耐久性的影响及混凝土中钢筋锈蚀的机理
钢筋锈蚀对钢筋混凝土结构的破坏主要取决于钢筋锈蚀程度和发展速度，其主要危害体现在以下几个方面：a.钢筋表面一旦发生锈蚀就会引起钢筋本身物理力学性能变化。一般应力腐蚀和坑蚀危害性较大；钢筋直径越小，腐蚀影响就越大。b.钢筋锈蚀产生铁锈，体积可扩大2-7倍，这会引起混凝土开裂和剥落。这样就破坏了钢筋与混凝土的结合力，使二者的结合力学性能解体。c.当钢筋锈蚀严重又未能及时处理或者处在较为苛刻的应力腐蚀破坏环境中，有可能造成建筑物突然倒塌，发生灾难事故，危及生命安全。
混凝土中钢筋锈蚀造成的建筑物结构破坏主要有如下几个过程：钢筋脱钝；钢筋锈蚀，产生膨胀开裂；保护层剥落，钢筋严重锈蚀；钢筋物理力学性能降低，结构破坏。
钢筋锈蚀过程主要是一个电化学过程。新拌的混凝土是呈碱性的，其pH》12.5。在这种环境中钢筋表面发生钝化作用，形成钝化膜，一般厚度为2×10-9～6×10-9m的水化氧化物（nFe2O3.mH2O）。钝化膜对钢筋形成保护，阻止其进一步发生腐蚀。但是随着二氧化碳和氯离子等腐蚀介质侵入使pH降低，钝化膜被破坏。在氧气和水汽的共同作用下，钢筋将发生电化学反应，开始锈蚀。其电极反应式为：阳极Fe→Fe2++2e-；阴极O2+H2O+4 e-→4OH-。阳极与阴极产物进一步发生反应将生成铁锈。在这种环境中氯离子对钢筋危害作用更大。因为氯离子不但可以破坏钝化膜，还可以搬移Fe2+，而且在整个腐蚀过程中不会被消除，对腐蚀起了催化作用。混凝土中常见的是局部腐蚀，在被破坏的钝化膜处形成小阳极，仍具有完好钝化膜的钢筋处形成大阴极，阴阳两极构成微小原电池，这种局部腐蚀被称为坑蚀。
钢筋腐蚀过程一般可分为以下几个阶段：
（1）腐蚀孕育区t0。从浇注混凝土到碳化层深达钢筋或氯离子侵入已使钢筋去钝化，即钢筋开始锈蚀为止。
（2）腐蚀发展期t1。从钢筋开始腐蚀发展到混凝土保护层表面因钢筋锈蚀膨胀而出现破坏（如顺筋胀裂、层裂或剥落等）。
（3）腐蚀破坏期t2。从混凝土表面因钢筋锈蚀膨胀开始破坏发展到混凝土严重胀裂，剥落破坏，即已达到不可容忍的程度，必须全面大修时为止。
（4）腐蚀危害期t3。钢筋锈蚀已经扩大到使混凝土结构区域性破坏，致使结构不能安全使用。
一般t0＞t1＞t2＞t3，如图8-20、图8-21所示。
图8-20 混凝土中钢筋锈蚀示意图
混凝土结构中的钢筋锈蚀受许多因素影响，主要有以下几个方面：a.混凝土中液相的pH。当pH＞10时，锈蚀速度很小，pH＜4时，锈蚀速度急剧增加；b.混凝土中Cl-的含量。一般情况下，混凝土结构中的氯盐掺入量应少于水泥质量的1%；c.混凝土的密实度和保护层厚度。这对钢筋钝化膜的形成和对外界腐蚀介质、氧气、水分等渗入都有重要影响；d.水泥品种及各种掺入料。这对钢筋所处环境以及混凝土结构的变化都有明显作用，如粉煤灰的加入，CCCW材料的掺入等；e.环境条件。环境条件如温度、湿度及干燥交替作用、海水飞溅、海盐渗透等都是引起钢筋锈蚀的外在因素，对钢筋锈蚀具有明显的影响；f.其他因素。除上述因素外，还有很多其他因素，如应力状态、钢筋直径、位置等对钢筋锈蚀有明显影响。
（b）短切碳纤维、CCCW对钢筋锈蚀的影响及结果分析
由于CCCW材料中的活性化学物质逐步渗入到混凝土结构的毛细孔中，与游离的氢氧化钙、水汽反应形成不溶的结晶体（通常可增长到0.4mm，即高于混凝土中毛细管径的最大尺寸），填充封堵毛细管道和微小裂缝，提高混凝土致密性，阻止了氯离子和水等锈蚀介质进入钢筋表面，从而对钢筋形成有效保护。同时，CCCW材料还具有明显的减水作用。所以在新拌砂浆法中，钢筋试样在测试过程中的电位，迅速达到了析氧电位值而没有下降；自然电位法测量的结果也符合上述原理要求。
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