迁移分布（精选3篇）
迁移分布 篇1
摘要：采用管式炉对污水厂活性污泥焚烧过程中Ni的迁移分布特性进行研究。实验结果表明:当污泥掺烧量 (污泥质量与煤和污泥总质量的比) 为25%时, Ni的挥发率 (飞灰与气体中Ni质量的总和与污泥中Ni质量的比) 几乎为零, 且污泥与煤混合试样的综合燃烧效果最好;当污泥焚烧加入硫化物时, 各种硫化物对Ni的残留率 (炉渣中Ni的质量与污泥中Ni质量的比) 提高能力大小顺序为Na2S>S>Na2SO3>Na2SO4;当污泥焚烧加入氯化物时, 促使Ni向烟气中迁移, 且加入无机氯更易使Ni向烟气中迁移。
关键词：活性污泥,焚烧,镍,迁移分布特性,硫化物,氯化物,固体废物处理
活性污泥 (以下简称污泥) 的焚烧处理法具有减容率高、处理速度快、可杀死一切病原体、能源可再利用等优点, 是最彻底的污泥处理方法之一[1]。但污泥焚烧会产生诸如重金属、二噁英、NOx、酸性气体等有害污染物, 处理不当容易产生二次污染, 对环境和人体健康造成严重威胁, 其中重金属的污染尤其值得关注。国内外学者研究表明[2,3,4,5,6,7], 焚烧过程中重金属的迁移分布不仅受到焚烧条件 (焚烧温度和焚烧停留时间) 的影响, 还与污泥的成分和含量有关。
本工作在管式炉中进行污泥焚烧, 比较了向污泥中添加煤、硫化物、氯化物后焚烧时Ni的迁移分布特性的变化情况, 以期为污泥焚烧烟气中重金属的控制提供参考数据。
1 实验部分
1.1 材料、试剂和仪器
污泥取自广州市某污水处理厂, 将污泥在自然条件下干燥7 d后, 在20℃、相对湿度为60%的恒温箱中放置48 h备用。
Ni SO4, HNO3, H2SO4, KMn O4, H2O2, S, Na2S, Na2SO3, Na2SO4, Na Cl:分析纯;去离子水;聚氯乙烯 (PVC) ;无烟煤。
AA-7000型火焰原子吸收分光光度计:岛津公司;7700x型电感耦合等离子质谱仪 (ICP-MS) :Agilent公司;TB-214型分析天平:DENVER公司;DB-4A型数显恒温电热板:金坛市美特仪器制造公司。
1.2 实验装置
管式炉污泥焚烧实验装置见图1。该装置主要包括配气系统、焚烧系统和烟气采样系统。污泥焚烧后烟气中的Ni主要以颗粒态和气态形式存在, 颗粒态的Ni主要聚集在飞灰中, 由玻璃纤维过滤器捕集, 过滤器外装有保温装置, 防止烟气冷凝;气态的Ni通过气体吸收瓶进行吸收, 气体首先通过一个缓冲瓶后, 进入两个分别装有10 m L HNO3溶液 (质量分数为5%) 和H2O2溶液 (质量分数为10%) 的体积比为1∶1的混合液吸收瓶, 再通过一个缓冲瓶后, 进入两个分别装有10 m L KMn O4溶液 (质量分数为4%) 和H2SO4 (质量分数为10%) 的体积比为1∶1的混合液吸收瓶, 最后经过硅胶干燥瓶后排放。
1气瓶;2流量控制器;3管式炉;4石英管;5温度控制器;6玻璃纤维过滤器;7气体吸收装置
1.3 实验方法
由于实验所选污泥中Ni的含量较低, 仅为5.6mg/kg (以每千克污泥计) , 为了突出研究目标物Ni的迁移转化特性, 同时考虑到分析的方便和准确, 向污泥中添加一定量的Ni SO4[8]。
将管式炉升温至850℃[9], 将装有5 g污泥 (或掺入一定量煤、硫化物、氯化物的污泥) 的石英舟推至管式炉中部恒温区焚烧8 min, 然后将石英舟拉出。将炉渣和玻璃纤维过滤器捕集的飞灰经消解处理后定容成液体试样, 同时将气体吸收瓶中的液体也定容成试样, 用原子吸收分光光度计测定上述液体试样的吸光度, 计算试样中Ni的质量浓度[10]。
残留率为炉渣中Ni质量与污泥中Ni质量的比;挥发率为飞灰与气体中Ni的总质量与污泥中Ni质量的比;污泥掺烧量为污泥质量与煤和污泥总质量的比;硫化物加入量分别为S、Na2S、Na2SO3和Na2SO4中S的质量与污泥质量的比;氯化物加入量分别为Na Cl和PVC中Cl的质量与污泥质量的比。
1.4 分析方法
采用原子吸收分光光度计测定试样的吸光度, 计算试样中Ni的质量浓度。
2 结果与讨论
2.1 Ni加入量对Ni的残留率和挥发率的影响
Ni加入量对Ni的残留率和挥发率的影响见图2。
由图2可见, 随污泥中Ni加入量的增加, Ni的残留率和挥发率变化幅度不大, 且烟气中的Ni均以颗粒物的形式存在于飞灰中, 气相中没有检出。研究发现, 污泥中Ni加入量的增加虽然没有使Ni的挥发率提高, 但增加了烟气中Ni的总质量, 因而增加了污泥焚烧后飞灰的处理难度。综合考虑, 本实验适宜的Ni加入量为200 mg/kg。
2.2 污泥掺烧量对Ni的残留率和挥发率的影响
在污泥中Ni加入量为200 mg/kg的条件下, 污泥掺烧量对Ni的残留率和挥发率的影响见图3。由图3可见:随污泥掺烧量的增加, Ni的挥发率缓慢上升, 但均小于10%;Ni的残留率变化不大。虽然增加污泥掺烧量会导致Ni在烟气中的总量增加, 但由于Ni的挥发率很低, 且Ni均以易控制的颗粒物形式存在, 因此, 提高污泥掺烧量并不会加大Ni的控制难度;相反, 根据污泥与煤的热重实验研究, 污泥的着火点低于煤的着火点, 提高污泥的掺烧量在一定程度上有利于污泥与煤混合物的燃烧[11]。研究发现, 当污泥掺烧量小于25%时, Ni的挥发率几乎为零, 结合前期研究结果即当污泥掺烧量为25%时污泥与煤混合试样的综合燃烧效果最好[11], 得出当实际应用工业锅炉焚烧处置污泥时, 最佳污泥掺烧量为25%。
2.3 硫化物种类和加入量对Ni的残留率和挥发率的影响
在污泥中Ni加入量为200 mg/kg的条件下, 硫化物种类和加入量对Ni的残留率和挥发率的影响见图4。未加入硫化物时, Ni的残留率为89.82%, Ni的挥发率为4.14%, 由图4可见:当加入S、Na2SO3或Na2SO4时, Ni的残留率比未加入硫化物时均有所下降, 挥发率均有所提高;当加入Na2S时, Ni的残留率比未加入硫化物时有所提高;当Na2S加入量为1.0%时, Ni的挥发率为3.16%, 残留率为91.00%。各种硫化物对Ni的残留率提高能力大小顺序为Na2S>S>Na2SO3>Na2SO4。因此, 在实际的污泥焚烧过程中, 为减少Ni的挥发, 可加入1.0% (以S与活性污泥的质量比计) 的Na2S, 以促使Ni在炉渣中富集, 提高Ni的残留率。
2.4 氯化物加入量对Ni的残留率和挥发率的影响
在污泥中Ni加入量为200 mg/kg的条件下, 氯化物种类和加入量对Ni的残留率和挥发率的影响见图5。
由图5可见:随污泥中Na Cl和PVC加入量的增大, Ni的挥发率提高, 残留率下降;当Na Cl和PVC加入量分别为1.0%时, Ni的挥发率分别为22.88%和19.21%, 残留率分别为78.59%和77.63%。可见, 不同类型的氯化物对Ni的挥发影响规律基本相同, 均促使Ni向烟气中迁移。
由图5还可见, 在Na Cl和PVC加入量相同的条件下, 加入Na Cl后Ni的挥发率比加入PVC后更高, 即加入无机氯更易使Ni向烟气中迁移;比较图4a和图5a可以发现, 在加入量相同的条件下, 加入氯化物比加入硫化物Ni的挥发率高。实际应用时, 当污泥中氯含量较高时易导致污泥焚烧烟气中Ni的含量较高, 必须加强烟气中Ni的控制。由于烟气中Ni主要以颗粒物的形态存在于飞灰中, 因此需要安装高效除尘装置来控制飞灰和Ni的污染。
3 结论
a) 在管式炉中对污泥进行焚烧, 污泥掺烧量为25%时, Ni的挥发率几乎为零, 且污泥与煤混合试样的综合燃烧效果最好。
b) 污泥焚烧时加入的各种硫化物对Ni残留率的提高效果大小顺序为Na2S>S>Na2SO3>Na2SO4。在实际的污泥焚烧过程中, 可加入1.0%的Na2S, 以促使Ni在炉渣中富集, 提高残留率。
c) 污泥焚烧时加入氯化物均可促使Ni向烟气中迁移, 且加入无机氯更易使Ni向烟气中迁移。实际应用时, 当污泥中氯含量较高时易导致污泥焚烧烟气中Ni的含量较高, 必须加强烟气中Ni的控制。
参考文献
[1]周旭红, 郑卫星, 祝坚, 等.污泥焚烧技术的研究进展[J].能源环境保护, 2008 (4) :5-8.
[2]李建新, 严建华, 池涌, 等.垃圾焚烧氯对重金属迁移特性的影响[J].燃料化学学报, 2003 (6) :579-583.
[3]孙路石, 陆继东, 李敏, 等.垃圾焚烧中Cd、Pb、Zn挥发行为的研究[J].中国电机工程学报, 2004 (8) :160-164.
[4]陈勇, 张衍国, 李清海, 等.垃圾焚烧中硫化合物对Cd、Pb迁移和转化的影响[J].清华大学学报:自然科学版, 2008 (2) :232-235.
[5]Verhulst D, Buekens A, Spencer P J, et al.Thermodynamic behavior of metal chlorides and sulfates under the conditions of incinerations furnaces[J].Environ Sci Thechnol, 1996, 30 (1) :50-56.
[6]Sorum L, Frandsen F J, Hustad J E.On the fate of heavy metals in municipal solid waste combustion, PartⅠ:Devolatilisation of heavy metals on the grate[J].Fuel, 2003, 82 (18) :2273-2283.
[7]张岩, 池涌, 李建新, 等.污泥焚烧过程中重金属排放特性试验研究[J].电站系统工程, 2005 (3) :27-29.
[8]李军, 王忠民, 张宁, 等.污泥焚烧工艺技术研究[J].环境工程, 2005 (6) :48-52.
[9]原国家环境保护总局.GB18485—2001生活垃圾焚烧污染控制标准[S].北京:中国标准出版社, 2001.
[10]王黎明.原子吸收分光光度法测定土壤中微量铜铅锌镉镍[J].化工环保, 1990, 10 (4) :221-223.
[11]唐子君, 岑超平, 方平.城市污水污泥与煤混烧的热重试验研究[J].动力工程学报, 2012, 32 (11) :878-884.
迁移分布 篇2
摘要：采用田间调查与室内分析相结合的方法,研究了河北省栾城县┖恿桨段酃嗲土壤-小麦系统中重金属Pb、Cd、Cr、Cu和Zn的分布与迁移转化特征.结果表明:污灌区土壤和小麦籽粒重金属Pb、Cd、Cr、Cu和Zn的平均含量明显高于清灌区.随着土层深度的增加,污灌土壤重金属Pb、Cd、Cr、Cu和Zn的含量呈明显的.下降趋势.而清灌土壤各重金属含量在0～60 cm土层通体变化不大.污灌区小麦籽粒中Cd和Zn的平均含量分别是清灌区的3.96倍和1.30倍.相比Pb、Cr和Cu元素,Cd和Zn更容易向小麦籽粒转移.作 者：茹淑华 张国印 孙世友 王凌 耿暖 马礼 陈贵今 RU Shu-hua ZHANG Guo-yin SUN Shi-you WANG Ling GENG Nuan MA Li CHEN Gui-jin 作者单位：茹淑华,张国印,孙世友,王凌,耿暖,陈贵今,RU Shu-hua,ZHANG Guo-yin,SUN Shi-you,WANG Ling,GENG Nuan,CHEN Gui-jin(河北省农林科学院农业资源环境研究所,河北,石家庄,050051)
马礼,MA Li(廊坊市农业局,河北,廊坊,065000)
迁移分布 篇3
氯盐侵蚀导致的钢筋锈蚀是撒除冰盐地区和海洋环境条件下混凝土结构耐久性破坏和失效的最主要原因,多年来一直受到国内外学者的广泛关注[1,2]。电化学除氯技术(Electrochemical chloride extraction)[3]是指在无需破坏原混凝土结构保护层的条件下,通过外加电场使侵入混凝土保护层的氯盐有害组份直接排出,并且使已经活化、开始锈蚀的钢筋表面重新钝化,是一种高效、快速、低成本且非破损型的钢筋混凝土修复技术。从上世纪90年代开始,欧美发达国家开始投入大量人力、物力进行研究,关于电化学除氯的作用机理、氯离子排出效果、除氯前后混凝土宏、微观性能的变化等方面已取得大量成果[4,5,6,7];我国在此方面的研究目前仍处于起步阶段[8]。在电化学除氯所施加的外部电场作用下,混凝土内部氯离子通过孔溶液向外部迁移的同时,其它阴阳离子也分别向电场的正负极区域移动,从而可能对混凝土长期耐久性造成不利影响[9]。本文将采用自行研制的电化学除氯装置,研究不同电流密度作用下混凝土试件中氯离子与碱性离子的分布状态和微观结构,为正确评价电化学除氯后混凝土结构的整体耐久性提供理论依据。
1 试验方法
1.1 原材料与试件制作
试验原材料采用哈尔滨某公司生产的P·O 42.5级水泥,碱含量为0.73%(Na2O+0.658 K2O)。细集料为松花江产江砂,细度模数为2.82,属中砂、Ⅱ区级配。粗集料采用阿城松山采石场产石灰岩质碎石,粒径5~25mm,连续级配,压碎指标为4.8%,针片状含量3%。采用上海产Mighty 100高效减水剂,推荐掺量为胶凝材料质量的0.7%~1.2%。采用鞍钢产HRB400Φ10的普通钢筋。氯化钠为工业纯产品,Na Cl含量大于96%。
设计了3个不同水灰比的混凝土,通过调整减水剂掺量,使每一水灰比的混凝土坍落度达到180~200cm,保证各试件成型质量良好。每种混凝土中掺入水泥质量3%的氯化钠以引入氯离子,具体配合比见表1。
kg/m3
采用Φ100mm×150mm的圆柱体混凝土试件,沿试件轴心方向埋入一根钢筋,钢筋与混凝土试件的相对位置如图1所示。具体制作方法见文献[8]。混凝土试件成型1d后拆模,然后用塑料布包裹起来放入标准养护室养护,以防止混凝土中的氯盐因浇水养护而流失。到28d龄期时,将试件从养护室中取出,进行电化学除氯处理。
1.2 试验方法
采用自行研制的试验装置对每一水灰比的混凝土试件进行电化学除氯试验,具体过程见文献[8]。选用的电解液为饱和氢氧化钙溶液,采用3种电流密度:1.0 A/m2、2.0 A/m2、3.0 A/m2(通过混凝土表面);选用耐腐蚀性极强的钛金属网圆筒置于混凝土试件外侧与电源阳极相接,混凝土试件中的钢筋与电源阴极相接,这样便使混凝土试件处于一个外加电场中,混凝土中的氯离子便往外部迁移到电解液中排出。
采用数显氯度计和酸度计对电解质溶液中的氯离子浓度和p H值进行定期测量,同时为保证电解质溶液碱度和加快氯离子排出,每2d更换一次电解液。电化学除氯时间为28d,除氯结束后,将混凝土试件从中间沿着钢筋方向劈开,在混凝土试件中12个不同部位选取砂浆样品,取样部位相对位置如图2所示。将所取的砂浆样品烘干后磨细,用一定量蒸馏水溶解。采用PXS-350型精密离子计测量水溶液中的氯、钾、钠离子浓度值,推算出混凝土试件中不同部位处的离子含量分布情况。
2 结果与分析
2.1 氯离子的分布规律
图3为电化学除氯28d后各混凝土试件内部的自由氯离子含量分布情况。在不同电流密度条件下,各混凝土试件中的氯离子分布规律基本一致:沿着圆柱体试件径向由内而外距离钢筋阴极越远位置处,自由氯离子含量越多;无钢筋的Ⅳ区域混凝土中氯离子含量明显高于预埋钢筋的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域。由此说明,距离钢筋阴极越近处,电场强度越高,对氯离子产生的排斥作用力越大,从而使氯离子往外迁移,氯离子含量减少较多,而外部电解液中大量自由氯离子的存在又减缓了外层混凝土中氯离子的排出。因此,在实际工程应用中,距离钢筋较远的无配筋区域混凝土中的氯离子很难排出。
对于混凝土A而言,经过1.0 A/m2、2.0 A/m2、3.0A/m2电流密度除氯后,在预埋钢筋的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域,内层混凝土中的平均氯离子含量分别为0.67kg/m3、0.35 kg/m3和0.33 kg/m3;中部混凝土的平均氯离子含量分别为0.96 kg/m3、0.53 kg/m3和0.56kg/m3;外层混凝土中平均氯离子含量分别为1.23kg/m3、0.93 kg/m3和0.85kg/m3。可见,电流密度越高,混凝土各层不同区域(试件的内、中、外区)中的氯离子含量越少,说明其除氯效果越好,混凝土B和C也具有类似的规律。由于混凝土在搅拌时掺入了14.4 kg/m3的Na Cl,相当于8.74kg/m3的氯离子,尽管水泥水化会固化一部分氯离子,但在如此高的氯离子含量条件下,钢筋必定遭锈蚀破坏。Glass等的研究认为,混凝土中氯离子含量达到水泥质量的0.17%以上时就会产生钢筋锈蚀现象[10],而ACI Building Code采用比较保守的控制值:取可溶性氯离子浓度为水泥质量的0.15%为允许上限,本研究混凝土中水泥用量为480kg/m3,按此计算的氯离子临界含量为0.72kg/m3。经过不同电流密度除氯后,3种混凝土试件钢筋附近处的氯离子均明显低于0.72kg/m3,并且电流密度越大时氯离子含量越低,如图3(d)所示,这时各试件中的钢筋已无锈蚀危险。当电流密度为2.0A/m2和3.0A/m2时,预埋钢筋的混凝土试件段中间层的氯离子平均含量也均低于0.72kg/m3,如果实际工程的混凝土保护层为20mm厚,这时整个保护层的氯离子含量均低于锈蚀临界值。
2.2 钠离子的分布规律
图4为电化学除氯后各混凝土试件中钠离子含量分布情况。在不同电流密度情况下,各混凝土试件中的钠离子分布规律基本一致:沿着混凝土试件径向由外而内距离中心钢筋阴极越远位置处,钠离子含量越少;无钢筋的Ⅳ区域混凝土中钠离子含量与距离试件中心远近程度和Na Cl的掺量多少没有太大关系,且其含量远远小于钢筋附近区域的钠离子含量。可见,钠离子分布规律与氯离子刚好相反,这是由于在电场作用下钠离子与氯离子分别向阴极和阳极两个相反方向移动的结果。
试验所用水泥的Na2O含量为0.45%,相当于往混凝土中引入1.6kg/m3的钠离子;掺14.4 kg的NaCl引入钠离子为5.66kg/m3,因此,在除氯前混凝土中应均匀分布着7.26 kg/m3的钠离子。由于在电化学除氯电场作用下,大量钠离子往钢筋阴极区域迁移,在埋置钢筋的试件部分,内层混凝土的钠离子含量远远大于外层混凝土。在预埋钢筋的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域,混凝土A在1.0 A/m2、2.0 A/m2、3.0A/m2电流密度作用后钢筋附近的钠离子含量分别达到22.3kg/m3、29.3 kg/m3和35.4kg/m3,分别是最外层混凝土钠离子含量的5.8倍、10.6倍和17.3倍;混凝土B在1.0 A/m2、2.0 A/m2、3.0A/m2电流密度作用后钢筋附近的钠离子含量分别达到19.1 kg/m3、27.7 kg/m3和32.4kg/m3,分别是最外层混凝土的5.3倍、10.7倍和15.4倍;混凝土C在1.0 A/m2、2.0 A/m2、3.0A/m2电流密度作用后钢筋附近的钠离子含量分别达到17.0 kg/m3、22.5 kg/m3和27.2kg/m3,分别是最外层混凝土的4.8倍、7.2倍和13.2倍。尽管因掺大量氯化钠而使混凝土中初始钠离子含量较高,但除氯后钢筋附近区域的钠离子含量达到理论计算平均含量的2.34~4.88倍,因而,在实际工程混凝土中也会产生这种钠聚集现象。由以上数据对比发现:水灰比越低的混凝土孔隙结构越致密,离子迁移速率越慢,因而钢筋附近区域的钠离子含量相对较低;对于同一混凝土而言,电流密度越高时因除氯而导致的钢筋区域的钠离子含量越高。这种钠离子的迁移与重新分布规律刚好与氯离子相反,混凝土中残余氯离子越少的区域往往钠离子的聚积就越多。
2.3 钾离子的分布规律
电化学除氯后混凝土中的钾离子分布规律与钠离子完全相同,但由于混凝土中的原始钾离子含量相对较低(水泥中的K2O含量为0.42%),大约为1.67kg/m3,因而,各部位混凝土中钾离子含量均明显低于钠离子。同样以距离试件中心轴相同位置的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域里的三点平均值进行对比,混凝土A在1.0 A/m2、2.0 A/m2、3.0A/m2电流密度作用后钢筋处的钾离子含量分别达到3.35 kg/m3、3.73 kg/m3和4.37kg/m3,为最外层混凝土的9.7倍、15.2倍和17.5倍;混凝土B在1.0 A/m2、2.0 A/m2、3.0A/m2电流密度作用后钢筋处的钾离子含量分别达到3.20 kg m3、3.51 kg/m3和4.20kg/m3,分别是最外层混凝土的5.4倍、7.5倍和10.1倍;混凝土C在1.0 A/m2、2.0A/m2、3.0A/m2电流密度作用后钢筋处的钾离子含量分别达到2.85 kg/m3、3.36 kg/m3和3.75kg/m3,分别是最外层混凝土的3.8倍、7.1倍和13.0倍。因此,钢筋附近区域的钾离子含量为混凝土表层区域的3.8~17.5倍,达到理论计算的平均钾离子含量的1.71~2.62倍。混凝土水灰比和电流密度对钾离子内外层浓度梯度的影响规律与钠离子完全相同。
2.4 离子迁移对混凝土耐久性的不利影响
在氯离子向外排出的同时,混凝土中其它离子的平衡分布也遭破坏,最典型的就是包括由水泥本身带来及外掺入的Na Cl外加剂带来的各部分大量钾、钠离子向钢筋阴极区域迁移和聚集。这种大量碱性离子的聚集可能对混凝土结构产生两方面的不利影响:(1)诱发碱骨料反应。当混凝土所用骨料中含有部分碱活性组份时,可通过控制混凝土总碱含量(氧化钾和氧化钠)低于一定临界值,避免或者掺加大量矿物掺合料抑制碱骨料反应破坏。对于这类混凝土如果进行电化学除氯时,大量钾、钠离子在钢筋附近区域聚集,其含量可达到平均碱含量的3~5倍之多,这时便可能诱发局部碱骨料反应而在钢筋附近形成大量碱硅凝胶体(视粗骨料的品种及活性而定)。(2)水化产物分解,结构疏松,钢筋粘结力大幅下降。当混凝土中无碱活性骨料存在时,这种大量碱性物质在钢筋附近区域的聚集,也会导致混凝土微观结构变得疏松、多孔,网状C-S-H和针状AFt晶体部分分解,这是由于钾、钠碱性离子的大量聚集对水化产物产生一定的碱腐蚀作用,导致水泥石结构软化和分解;同时形成一些细粒状的富钠、富钾、富钙的水化产物和一些“细条状”的富钠类结晶物质,如图5所示。这种水化产物形貌劣化和碱性物质的富集会导致钢筋与混凝土间的粘结力显著降低,从而影响钢筋混凝土结构的整体性和正常服役性能,从而影响整体结构的耐久性。因此,在达到除氯效果的同时,要尽可能降低电流密度以减轻大量碱性物质往内迁移和聚集而产生这种不利影响。
3 结论
(1)经过电化学除氯后,预埋钢筋的混凝土各部位的氯离子含量均有明显降低,电流密度越高、距离钢筋越近时,混凝土中的氯离子排出量越多;电流密度为2.0A/m2和3.0A/m2时进行除氯28d后,距离钢筋20mm范围内的氯离子含量均降低到水泥质量的0.15%,从而可有效防止钢筋锈蚀作用。
(2)经过电化学除氯后,大量钾钠碱性离子向钢筋阴极迁移和聚集,电流密度越高,水灰比越大时,钢筋附近区域钾钠离子含量越多;混凝土试件内层钠离子含量达到最外层的4.8~17.3倍,达到平均理论钠离子含量的2.34~4.88倍;混凝土试件内层钾离子含量达到最外层的3.8~17.5倍,达到平均理论钾离子含量的1.71~2.62倍。
(3)大量钾钠碱性离子在钢筋附近区域聚集,一方面增大了混凝土发生碱骨料反应破坏的风险;另一方面导致部分水化产物的软化和分解,在钢筋混凝土界面处形成一些细粒状的富钠、富钾、富钙的水化产物和一些“细条状”的富钠类结晶物质,使钢筋与混凝土的粘结力显著降低。
摘要：以饱和石灰水为电解液,对外掺3%NaCl的混凝土圆柱体试件进行电化学除氯试验,研究了三种不同电流密度(1.0 A/m2、2.0 A/m2、3.0 A/m2)作用28d后混凝土中氯离子和钾、钠离子的分布规律。结果表明:电流密度越高时,在距离钢筋越近区域,混凝土中的残余氯离子含量越少;电流密度为2.0 A/m2和3.0A/m2时,可使混凝土中距离钢筋20mm范围内的氯离子含量均降低到水泥用量0.15%(占水泥质量)以下。在电化学除氯电场作用下,大量钾、钠离子向钢筋附近区域迁移和聚集,使混凝土试件内层钠离子含量达到最外层的4.8～17.3倍,钾离子含量达到最外层的3.8～17.5倍,从而增加了混凝土内部发生碱骨料反应破坏的风险,并导致部分水化产物分解,使混凝土与钢筋粘结力显著降低。
关键词：混凝土,电化学除氯,电流密度,离子迁移,耐久性
参考文献
[1]MEHTA P K,BURROWS R W.Building durable structuresin the 21st century[J].Concrete International,2001,23(3):57-63.
[2]BROOMFIELD J P.Corrosion of steel in concrete[M].NewYork:Chapman and Hall,1997:1-60.
[3]POLDER R,VANDER H J.Electrochemical realkalisationand chloride removal of concrete,state of the art,laboratory andfield experience[A].Proceedings of RILEM conference,rehabili-tation of concrete structures[C].Melbourne:RILEM,1992:135-147.
[4]HANSSON I L,HANSSON C M.Electrochemical extractionof chlorides from concrete part I-a qualitative model of theprocess[J].Cement and Concrete Research,1993,23(5):1141-1152.
[5]MARCOTTE T D,HANSSON C M,HOPE B B.The effect ofthe electrochemical chloride extraction treatment on steel-rein-forced mortar,PartⅠ:Electrochemical measurements[J].Cementand Concrete Research,1999,29(10):1555-1560.
[6]FAJARDO G,ESCADEILLAS G,ARLIGUIE G.Electro-chemical chloride extraction(ECE)from steel-reinforced con-crete specimens contaminated by“artificial”sea-water[J].Cor-rosion Science,2006,48(1):110-125.
[7]ABDELAZIZ G E,ABDELALIM A M K AND FAWZYA YA.Evaluation of the short and long-term efficiencies of electro-chemical chloride extraction[J].Cement and Concrete Research,2009,39(8):727-732.
[8]孙文博,高小建,杨英姿,等.不同配合比混凝土的电化学除氯效果研究[J].腐蚀科学与防护技术,2009,21(3):308-311.
[9]ORELLAN J C,ESCADEILLAS G,ARLIGUIE G.Electro-chemical chloride extraction:efficiency and side effects[J].Ce-ment and Concrete Research,2004,34(2):227-234.