1、阻銹劑對(duì)氯鹽腐蝕鋼筋混凝土的影阻銹劑對(duì)氯鹽腐蝕鋼筋混凝土的影響響姓名：朱文琪姓名：朱文琪學(xué)號(hào)：學(xué)號(hào)：2111406023目錄目錄研究背景及意義研究背景及意義主要研究?jī)?nèi)容主要研究?jī)?nèi)容實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論結(jié)果與討論結(jié)論結(jié)論 研究背景以及意義研究背景以及意義因混凝土內(nèi)鋼因混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕導(dǎo)致的混凝筋銹蝕導(dǎo)致的混凝土結(jié)構(gòu)破壞，已成土結(jié)構(gòu)破壞，已成為影響混凝土結(jié)構(gòu)為影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的第一因素。耐久性的第一因素。英國(guó)統(tǒng)計(jì)英國(guó)統(tǒng)計(jì)271個(gè)混凝土虐化破壞個(gè)混凝土虐化破壞實(shí)例，鋼筋銹蝕占實(shí)例，鋼筋銹蝕占全部破換實(shí)例的全部破換實(shí)例的55%2000年混凝土鋼筋銹蝕導(dǎo)致加拿大魁年混凝土鋼筋銹蝕導(dǎo)致加拿大魁北克省拉瓦

2、爾立交橋塌陷北克省拉瓦爾立交橋塌陷某碼頭板底出現(xiàn)裂縫及鋼筋某碼頭板底出現(xiàn)裂縫及鋼筋銹蝕銹蝕日照港煤碼頭日照港煤碼頭7#橋墩鋼筋橋墩鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)銹蝕混凝土結(jié)構(gòu)銹蝕某橋墩混凝土鋼筋銹蝕破壞某橋墩混凝土鋼筋銹蝕破壞研究背景以及意義研究背景以及意義鋼筋銹蝕對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能的影響鋼筋銹蝕對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能的影響研究背景以及意義研究背景以及意義鋼筋銹蝕機(jī)理鋼筋銹蝕機(jī)理通常，在堿性混凝土孔溶液中鋼筋表面能生成一層致密通常，在堿性混凝土孔溶液中鋼筋表面能生成一層致密的氧化膜，大量的氧化膜，大量OH-的存在加上混凝土層的保護(hù)作用，會(huì)使的存在加上混凝土層的保護(hù)作用，會(huì)使其處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。其處于相對(duì)穩(wěn)定

3、的狀態(tài)。隨著隨著CO2的侵蝕，孔溶液堿性降低，或當(dāng)混凝土中鋼筋的侵蝕，孔溶液堿性降低，或當(dāng)混凝土中鋼筋表面表面Cl-濃度高于某個(gè)值時(shí)，鈍化膜會(huì)破壞，鋼筋開(kāi)始銹蝕，濃度高于某個(gè)值時(shí)，鈍化膜會(huì)破壞，鋼筋開(kāi)始銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的減小和混凝土保護(hù)層的脫落，進(jìn)而降低導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全系數(shù)的減小和混凝土保護(hù)層的脫落，進(jìn)而降低混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命?；炷两Y(jié)構(gòu)的使用壽命。開(kāi)裂銹蝕膨脹研究背景以及意義研究背景以及意義我國(guó)擁有海岸線上萬(wàn)公里，同時(shí)擁有眾多島嶼，其中的我國(guó)擁有海岸線上萬(wàn)公里，同時(shí)擁有眾多島嶼，其中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常受海水、海風(fēng)、海霧中的氯鹽侵蝕，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常受海水、海風(fēng)、海霧中的氯鹽侵蝕，對(duì)

4、于如何延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用壽命受到越來(lái)越多的關(guān)注，于如何延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用壽命受到越來(lái)越多的關(guān)注，其中在混凝土中添加阻銹劑是解決這一問(wèn)題的有效途徑之一。其中在混凝土中添加阻銹劑是解決這一問(wèn)題的有效途徑之一。研究背景以及意義研究背景以及意義研究意義研究意義l經(jīng)濟(jì)合理經(jīng)濟(jì)合理l能均勻地分散在混凝土中能均勻地分散在混凝土中l(wèi)與混凝土材料具有良好的相容性，與混凝土材料具有良好的相容性，無(wú)不良副作用無(wú)不良副作用l可摻加到混凝土中或涂敷在鋼筋可摻加到混凝土中或涂敷在鋼筋的表面，便于操作的表面，便于操作l抑制、阻止、減緩鋼筋腐蝕的電抑制、阻止、減緩鋼筋腐蝕的電化學(xué)過(guò)程化學(xué)過(guò)程摻加鋼筋阻銹劑摻加鋼筋

5、阻銹劑(Rebar Inhibitor)是鋼筋的各種防是鋼筋的各種防腐措施中最有效腐措施中最有效的方法之一。的方法之一。從而達(dá)到延長(zhǎng)鋼筋混凝土從而達(dá)到延長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的目的。結(jié)構(gòu)使用壽命的目的。 主要研究?jī)?nèi)容主要研究?jī)?nèi)容亞硝酸鈣亞硝酸鈣Ca(NO2)2具有良好的緩蝕效率且未發(fā)現(xiàn)對(duì)混具有良好的緩蝕效率且未發(fā)現(xiàn)對(duì)混凝土有明顯不利的影響和引發(fā)堿集料反應(yīng)的可能性。在凝土有明顯不利的影響和引發(fā)堿集料反應(yīng)的可能性。在20世世紀(jì)紀(jì)70年代已廣泛應(yīng)用于氯鹽環(huán)境下的鋼筋混凝土中，但其單年代已廣泛應(yīng)用于氯鹽環(huán)境下的鋼筋混凝土中，但其單獨(dú)使用阻銹效果不理想。獨(dú)使用阻銹效果不理想。20世紀(jì)世紀(jì)90年代以來(lái)涌

6、現(xiàn)出的新型商年代以來(lái)涌現(xiàn)出的新型商用阻銹劑解決了這一問(wèn)題，使其日趨廣泛，但對(duì)其阻銹效果用阻銹劑解決了這一問(wèn)題，使其日趨廣泛，但對(duì)其阻銹效果和機(jī)理的研究有待加強(qiáng)。和機(jī)理的研究有待加強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)用水泥提取液模擬混凝土孔溶液，通過(guò)逐級(jí)添加本實(shí)驗(yàn)用水泥提取液模擬混凝土孔溶液，通過(guò)逐級(jí)添加Cl- ，模擬混凝土中鋼筋的氯鹽腐蝕，并通過(guò)自腐蝕電位、，模擬混凝土中鋼筋的氯鹽腐蝕，并通過(guò)自腐蝕電位、動(dòng)電位極化和電化學(xué)阻抗譜等考察了動(dòng)電位極化和電化學(xué)阻抗譜等考察了Ca(NO2)2及商用阻銹劑及商用阻銹劑NNMI，NNRI對(duì)混凝土中鋼筋氯鹽腐蝕行為的影響。對(duì)混凝土中鋼筋氯鹽腐蝕行為的影響。主要研究類容主要研究類容 實(shí)

7、驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 水泥為市售品水泥為市售品P 042.5，化學(xué)成分見(jiàn)表，化學(xué)成分見(jiàn)表1。試樣及模擬溶液體系試樣及模擬溶液體系所用所用NaCl均為分析純，用蒸餾水配制。阻銹劑均為分析純，用蒸餾水配制。阻銹劑Ca(NO2)2為化學(xué)純，其中為化學(xué)純，其中Ca(NO2)2 90%，Ca(NO3)26%。NNMI和和NNRI為市售，均由有機(jī)、無(wú)機(jī)成分和表面活性成分為市售，均由有機(jī)、無(wú)機(jī)成分和表面活性成分復(fù)配而成。復(fù)配而成。實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)試樣及模擬溶液體系試樣及模擬溶液體系水泥提取液由表水泥提取液由表1所示的水泥與蒸餾水按照所示的水泥與蒸餾水按照1:10的比例的比例配制。在該水泥提取液的基礎(chǔ)上，分別按照配制。在該水泥提取

8、液的基礎(chǔ)上，分別按照Ca(NO2)2阻銹劑阻銹劑摻量為摻量為2%、NNMI和和NNRI阻銹劑推薦量為阻銹劑推薦量為3%來(lái)配制模擬液來(lái)配制模擬液體進(jìn)行試驗(yàn)，具體模擬液試驗(yàn)體系見(jiàn)表體進(jìn)行試驗(yàn)，具體模擬液試驗(yàn)體系見(jiàn)表2。鋼筋材料為鋼筋材料為10mm的的HRB335，其成分見(jiàn)表，其成分見(jiàn)表3。腐蝕體系腐蝕體系實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)截取長(zhǎng)為截取長(zhǎng)為1.5cm的的HPB235鋼筋片段鋼筋片段以一端為工作面以一端為工作面另一端為錫焊另一端為錫焊引接銅導(dǎo)線引接銅導(dǎo)線然后將工作面外然后將工作面外的其余部分用環(huán)的其余部分用環(huán)氧樹(shù)脂封裝到長(zhǎng)氧樹(shù)脂封裝到長(zhǎng)為為2.5cm的的PVC管中管中在自制有機(jī)玻璃試在自制有機(jī)玻璃試驗(yàn)槽中裝入驗(yàn)

9、槽中裝入2L模擬模擬溶液，鋼筋預(yù)先鈍溶液，鋼筋預(yù)先鈍化化3d以使表面形成以使表面形成穩(wěn)定的鈍化膜穩(wěn)定的鈍化膜將工作面用將工作面用 4002000目砂目砂紙逐級(jí)打磨至紙逐級(jí)打磨至鏡面，用丙酮鏡面，用丙酮和蒸餾水清洗和蒸餾水清洗后備用后備用用碳化硅干濕用碳化硅干濕兩用砂紙將銹兩用砂紙將銹跡打磨干凈跡打磨干凈再將其插入再將其插入模擬溶液中模擬溶液中向模擬溶液中加入向模擬溶液中加入NaCl，每隔每隔1d逐級(jí)添加，每次添逐級(jí)添加，每次添加量為加量為0.01mol/L，以提供，以提供Cl-，直至鋼筋發(fā)生活性腐蝕，直至鋼筋發(fā)生活性腐蝕實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)腐蝕體系腐蝕體系采用自腐蝕電位、電化學(xué)阻抗譜和電動(dòng)位極化測(cè)量考察采

10、用自腐蝕電位、電化學(xué)阻抗譜和電動(dòng)位極化測(cè)量考察了鋼筋腐蝕的電化學(xué)行為，測(cè)試均在了鋼筋腐蝕的電化學(xué)行為，測(cè)試均在(202 ) 下進(jìn)行。下進(jìn)行。自腐蝕電位自腐蝕電位Ecorr 由由PARSTAT 2273型電化學(xué)工作站型電化學(xué)工作站PowerCorr板塊中板塊中Ecorr vs Time標(biāo)準(zhǔn)模板測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)模板測(cè)試。動(dòng)電位掃描范圍為動(dòng)電位掃描范圍為-250600mV（vs Ecorr ），掃描速），掃描速度度0.18mV/s，為了獲得較好的重現(xiàn)性，至少平行測(cè)定，為了獲得較好的重現(xiàn)性，至少平行測(cè)定3次。次。電化學(xué)阻抗譜（電化學(xué)阻抗譜（EIS）的測(cè)試率為）的測(cè)試率為10mHz100kHz，阻，阻抗譜測(cè)試

11、信號(hào)采用幅值為抗譜測(cè)試信號(hào)采用幅值為5mV的正弦波。的正弦波。測(cè)試分析測(cè)試分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)所得交流阻抗譜數(shù)據(jù)由所得交流阻抗譜數(shù)據(jù)由ZsimpWin軟件進(jìn)行模擬，獲取軟件進(jìn)行模擬，獲取極化電阻極化電阻Rp。由。由Stern-Geary公式公式Jcorr=BRp計(jì)算腐蝕電流計(jì)算腐蝕電流密度密度Jcorr，B取取26mV。將模擬所得的將模擬所得的Jcorr代入（代入（1）計(jì)算阻銹劑的緩蝕效率：）計(jì)算阻銹劑的緩蝕效率： （1）其中，式中其中，式中J0corr和和Jcorr分別是摻加阻銹劑前后鋼筋的腐分別是摻加阻銹劑前后鋼筋的腐蝕電流密度。蝕電流密度。測(cè)試分析測(cè)試分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 結(jié)果與討論結(jié)果與討論自腐蝕電位

12、自腐蝕電位Ecorr負(fù)向值越大，鋼筋越易腐蝕。圖負(fù)向值越大，鋼筋越易腐蝕。圖1為為Ecorr隨隨Cl-濃度的變化趨勢(shì)。濃度的變化趨勢(shì)。自腐蝕電位自腐蝕電位動(dòng)電位極化動(dòng)電位極化結(jié)果與討論結(jié)果與討論4組試驗(yàn)體系中鋼筋在相組試驗(yàn)體系中鋼筋在相同同Cl-濃度下的動(dòng)電位極濃度下的動(dòng)電位極化曲線見(jiàn)圖化曲線見(jiàn)圖2，對(duì)其曲線，對(duì)其曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合獲得進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合獲得Jcorr，Ecorr，Tafel斜率（斜率（ba，bc）見(jiàn)表）見(jiàn)表4。 Edes (脫附電位脫附電位)動(dòng)電位極化動(dòng)電位極化亞硝酸鹽的阻銹機(jī)理是亞硝酸鹽的阻銹機(jī)理是NO2-不參與陽(yáng)極反應(yīng)，優(yōu)先于不參與陽(yáng)極反應(yīng)，優(yōu)先于Cl-與陽(yáng)極產(chǎn)物與陽(yáng)極產(chǎn)物Fe2

13、+反應(yīng)使鋼筋表面形成新的致密氧化物薄膜，反應(yīng)使鋼筋表面形成新的致密氧化物薄膜，從而抑制陽(yáng)極反應(yīng)進(jìn)一步發(fā)生。其防腐蝕機(jī)理可用從而抑制陽(yáng)極反應(yīng)進(jìn)一步發(fā)生。其防腐蝕機(jī)理可用(2)表示：表示：2Fe2+2OH-+2NO2- 2NO +Fe2O3+H2O (2) 值得注意的是，當(dāng)值得注意的是，當(dāng)NO2-足夠多時(shí)，發(fā)生上述反應(yīng)；若足夠多時(shí)，發(fā)生上述反應(yīng)；若NO2-較少，較少，NO2-在上述反應(yīng)中不斷被消耗，會(huì)導(dǎo)致在反應(yīng)后在上述反應(yīng)中不斷被消耗，會(huì)導(dǎo)致在反應(yīng)后期不足以生成氧化膜以至阻銹效果減弱。因而亞硝酸鹽的阻期不足以生成氧化膜以至阻銹效果減弱。因而亞硝酸鹽的阻銹效果取決于銹效果取決于NO2-和和Cl-的比

14、值。的比值。結(jié)果與討論結(jié)果與討論電化學(xué)阻抗譜電化學(xué)阻抗譜結(jié)果與討論結(jié)果與討論電化學(xué)阻抗譜電化學(xué)阻抗譜結(jié)果與討論結(jié)果與討論選用選用Randle電路模型進(jìn)行擬合（見(jiàn)圖電路模型進(jìn)行擬合（見(jiàn)圖4），），Rs表示鋼筋表示鋼筋與參與電極之間的溶液電阻，與參與電極之間的溶液電阻，Qdl表示溶液表示溶液/鋼筋界面的雙電鋼筋界面的雙電層電容，層電容，Rp表示極化電阻。將擬合得到的極化電阻表示極化電阻。將擬合得到的極化電阻Rp代入代入Stern-Geary方程求得腐蝕電流密度方程求得腐蝕電流密度Jcorr，并以此為縱坐標(biāo)，并以此為縱坐標(biāo)，以以Cl-濃度為橫坐標(biāo)繪制曲線，得到圖濃度為橫坐標(biāo)繪制曲線，得到圖5。電化學(xué)

15、阻抗譜電化學(xué)阻抗譜結(jié)果與討論結(jié)果與討論若將若將Jcorr大于大于0.2A/cm2時(shí)作為腐蝕起點(diǎn)，則時(shí)作為腐蝕起點(diǎn)，則A組的臨界組的臨界Cl-濃度為濃度為0.010.02mol/L，C組和組和D組的臨界值為組的臨界值為0.030.04mol/L,B組的臨界值為組的臨界值為0.040.05mol/L。這與。這與自腐蝕電位法得到的結(jié)果一致，也說(shuō)明了自腐蝕電位法得到的結(jié)果一致，也說(shuō)明了3組阻銹劑在降組阻銹劑在降低腐蝕速率的同時(shí)亦能提高臨界低腐蝕速率的同時(shí)亦能提高臨界Cl-濃度值。與前面的結(jié)濃度值。與前面的結(jié)果一致。果一致。 根據(jù)圖根據(jù)圖5和阻銹效率公式和阻銹效率公式(1)可得到，當(dāng)可得到，當(dāng)Cl-濃度

16、為濃度為0.02mol/L，即，即NO2-/Cl- 為為1.47時(shí)，時(shí)，B組阻銹效率降到組阻銹效率降到98.2%；當(dāng)；當(dāng)Cl-濃度為濃度為0.05mol/L時(shí)其阻銹效率降到時(shí)其阻銹效率降到50.8%。為取得較高的阻銹效率（大于為取得較高的阻銹效率（大于70%）, NO2-/Cl-值最好為值最好為0.621.47。當(dāng)當(dāng)Cl-濃度從濃度從0.01mol/L升到升到0.03mol/L時(shí)，時(shí)，D組的阻銹效組的阻銹效率從率從76.9%上升到上升到87.1%，此后隨，此后隨Cl-濃度增加逐步降低。濃度增加逐步降低。C組亦呈現(xiàn)類似趨勢(shì)：組亦呈現(xiàn)類似趨勢(shì)：Cl-濃度為濃度為0.01，0.02，0.03mol/

17、L時(shí)的時(shí)的阻銹效率分別為阻銹效率分別為81.8%，85.0%，82.9%，隨后逐步降低。，隨后逐步降低。這說(shuō)明按廠家建議的摻標(biāo)量（水泥質(zhì)量這說(shuō)明按廠家建議的摻標(biāo)量（水泥質(zhì)量3%）添加這）添加這2種阻銹種阻銹劑，當(dāng)劑，當(dāng)Cl-濃度較低（不超過(guò)濃度較低（不超過(guò)0.03mol/L）時(shí)，能更好地發(fā)揮）時(shí)，能更好地發(fā)揮其阻銹效力，因而應(yīng)根據(jù)不同的使用環(huán)境選擇合適的阻銹劑。其阻銹效力，因而應(yīng)根據(jù)不同的使用環(huán)境選擇合適的阻銹劑。電化學(xué)阻抗譜電化學(xué)阻抗譜結(jié)果與討論結(jié)果與討論 結(jié)論與展望結(jié)論與展望（1）在用水泥提取液模擬的孔溶液中，）在用水泥提取液模擬的孔溶液中，Ca(NO2)2及及2種商用阻銹劑種商用阻銹劑N

18、NMI和和NNRI均能有效提高鋼筋的自腐蝕電位，均能有效提高鋼筋的自腐蝕電位，降低鋼筋受降低鋼筋受Cl-腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，減小腐蝕速率。腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，減小腐蝕速率。（2）Ca(NO2)2在有效降低鋼筋腐蝕速率的同時(shí)能將鋼在有效降低鋼筋腐蝕速率的同時(shí)能將鋼筋腐蝕的臨界筋腐蝕的臨界Cl-濃度從濃度從0.01mol/L提高到提高到0.04mol/L左右；左右；NNMI和和NNRI亦能將臨界亦能將臨界Cl-濃度提高到濃度提高到0.03mol/L左右。左右。（3）當(dāng)）當(dāng)NO2-/Cl-為為0.621.47時(shí)，時(shí)， Ca(NO2)2能最大能最大限度地發(fā)揮阻銹效果，阻銹效率高達(dá)限度地發(fā)揮阻銹效果，阻銹效率高達(dá)98.2%；在推薦摻