模拟混凝土孔隙液中D-葡萄糖酸钠复合缓蚀剂对钢筋的阻锈作用.pdf
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1、Au g us t 物理化学学报( W u l i Hu a x u e Xu e b a o ) A c t a 励 一 C h i m S i n 2 0 1 2 , 2 8( 8 ) , 1 9 2 3 -1 9 2 8 l 9 2 3 A r t i c l e d o i : 1 0 3 8 6 6 P KU WH XB 2 0 1 2 0 5 2 9 2 w w w wh x b p k u e d u c n 模拟混凝土孑 L 隙液中D 葡萄糖酸钠复合缓蚀剂对钢筋的阻锈作用 杨榕杰 郭亚 唐方苗 王小平 杜荣归 林昌健 ( 厦门大学化学化工学院化学系, 固体表面物理化学国家重点实
2、验室, 福建 厦门3 6 1 0 0 5 ) 摘要: 应用电化学技术, 结合扫描电子显微镜( SE M) 观测, 研究D 一 葡萄糖酸钠、 钼酸钠和硫脲三组分复合缓蚀 剂对模拟混凝土孔隙液中钢筋腐蚀行为的影响及其阻锈作用 结果表明: 在含3 5 ( Na C I 的模拟混凝土孔 隙液中, 复合缓蚀剂具有协同效应, 对钢筋有 良好的阻锈作用 当D 一 葡萄糖酸钠、 钼酸钠和硫脲浓度分别为 7 5 0 、 2 5 0 和5 0 0 mg L 时, 对钢筋的缓蚀效率可达到9 4 5 应用软硬酸碱( H S A B ) 论分析缓蚀机理, 可认为 三 组分 复合 缓蚀剂在钢筋表面共 同形成保护膜而 阻止
3、钢筋 的腐蚀 关键词: 钢筋: 模拟混凝土孔隙液: 复合缓蚀剂: 电化学技术: 软硬酸碱理论 中图分类号: 06 4 6 ; T G1 7 4 Ef f e c t o f Sod i um D-Gl u c on a t e - Ba s e d I n hi bi t o r i n Pr e v e n t i n g Co r r o si on o f Re i n f or c i n g St e e l i n Si m ul a t e d Con c r e t e Po r e Sol u t i on s YANG Ro n g - - J i e GUO Ya T A
4、NG F a n g - Mi a o W ANG Xi a o - - Pi n g DU Ro n g Gu i L I N Ch a n g - J i a n S t a t e Ke y L a b o r a t o r yo f P h y s i c a l C h e mi s t r yo fS o l i d S u r f a c e s , De p a r t m e n t o fC h e mi s t ry, C o l l e g e o fC h e mi s t rya n dC h e mi c a l E n g i n e e r i n g ,
5、X i a m e n U n i v e r s i t y , X i a me n 3 6 1 0 0 5 , F u j i a n P r o v i n c e , P R C h i n a ) Ab s t r a c t :Th e c o r r o s ion b e h a v ior o f r ein f o r c i n g s t e e I l n s imu l a t e d c on c r e t e p o r e s o l u t ion s wi t h a n d wi t h ou t c o r r o s i o n i n h i
6、b i t o r s wa s s t u d i e d b y e l e c t r o c h emi c aI t e c h n i q u es a n d s c an n i n g ele c t r o n mi c r o s c o p y ( SE M) A c o mb i n e d i n h i b i t i v e e f f e c t o f s o d i u m D- g l u c o n a t e ,N a 2 Mo O4 a n d t h io u r e a o n r e s t r a i n i n g t h e c o r
7、 r o s i o n o f r e i n f o r c i n g s t e el i mme r s e d i n t h e s o l u t ion wa s ob s e r v e d This r e s u l t s h o wed t h a t t h e r e wa s a s y n e r g e t i c e f f e c t a mo n g t h e t h r e e a g e n t s i n c o r r o s i o n p r e v e n t io n A f t e r a d d i n g t h e c o
8、mp o u n d i n h i b i t o r ( 7 5 0 mg L 一 s o d i u m D - g l u c o n a t e , 2 5 0 mg L 一 N a 2 Mo O4 , 5 0 0 mg L 一 t h i o u r e a ) i n t o t h e s i mu l a t e d c o n c r e t e p o r e s o l u t i o n c o n t a i n i n g 3 5 ( Na C l , t h e i n h i b i t i o n e f fi c ie n c y o f t h e c
9、o mp o u n d in h ib it o r wa s 9 4 5 A c c o r d i n g t o t h e Ha r d a n d s o ft a c id s a n d b a s e s ( H S A B )t h e o r y ,t h e c o mp o u n d i n h i b it o r wo r k e d b y f o r mi n g a p r o t e c t iv e俐m o n t h e s t e e I S M r f a c e Ke y W or d s: Re i n f o r c i n g s t e
10、 e l ; Si mu l a t e d c o n c r e t e p o r e s o l u t i o n ; Co mp o u n d c o r r o s ion i n h i b i t or ; El e c t r o c h emi c al t e c h n i q u e ; Ha r d an d s o f t a c i d s a n d b a s es t h e o r y 1 引 言 混凝土在正常情况下呈高碱性环境, 可使混凝 土中钢筋表面生成致密钝化膜而不发生腐蚀 若混 凝土 中存在大量氯离子或发生碳化, 钢筋表面钝化 膜就可能受到破
11、坏而导致腐蚀 的发生 有多种措施可用于保护混凝土 中的钢筋, 例 如, 提高混凝土质量, 采用耐蚀钢筋或涂层钢筋, 使 用缓蚀剂, 应用阴极保护技术等 其中, 添加缓蚀剂 是一种经济而有效 的方法, 越来越受 到重视 使用 单一缓蚀剂对钢筋获得的阻锈效果往往不够理想 Re c e i v e d: Ap r i l 2 8 , 2 01 2 ; Re v i s e d : M a y 2 9 , 2 0 1 2 ; P u b l i s h e d o n W e b : M a y 2 9 , 2 0 1 2 C o r r e s p o n d i n g a u t h o r E
12、 ma i l : r g d u x mu e d u c n ; T e l : + 8 6 5 9 2 2 1 8 9 1 9 2 T h e p r o j e c t wa s s u p p o s e db yt h eNa t i o n a l Na t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o no f Ch i n a( 2 1 0 7 3 1 5 1 , 2 1 1 7 3 1 7 7 , 5 0 7 3 1 0 0 4 , 2 1 0 2 1 0 0 2 ) 国家自然科学基金( 2 1 0 7 3 1 5 1 , 2 1 1 7
13、3 1 7 7 , 5 0 7 3 1 0 0 4 , 2 1 0 2 1 0 0 2 ) 资助项目 E d i t o r i a l o ffic e o f Ac t a P h y s i c o C h i mi c a S i n i c a 1 9 2 4 A c t a P h y 8 一 C h i m S i n 2 0 1 2 Vo 1 2 8 或存在污染环境等 问题, 采用具有缓蚀协同效应的 复合型缓蚀剂是 良好的选择 因此。 缓蚀剂 的复配 和 应用成 为保护 混凝 土 中钢 筋 的重要研 究 内容 1 9 6 1 年Ha c k e r ma n 等 在第一届世界金
14、属腐蚀会议 上, 首先提 出应用 L e wi s 酸碱理论研究缓蚀 剂的构 效 关系, 指 出金属 原子和缓蚀剂 分子可 分别作 为 L e wi s 酸和L e wi s 碱 彼此通过 电子的接受和给予形 成化学键 后来, A r a ma k i “ 、 P e a r s o n 3 Wa i t e r s “ 等对 软硬酸碱( HS AB ) 论在缓蚀剂 中的应用做 了较为 系统的研究工作, 为缓蚀剂理论 的发展做出了重要 贡献 目前 大部分对于钢筋缓蚀剂 的研究是根据 缓蚀剂间的协同效应, 将 阴极型、 阳极型、 具有不同 吸附基 因的物质复配到一起, ”而根据软硬酸碱理 论复配
15、缓蚀剂的研究还很少 D 葡萄糖 酸钠( S D) 因其价 格便宜 、 环保 无毒, 广泛用于铁和低碳钢 的腐蚀 防护 我们课 题组初 步的研究也表明这种缓蚀剂可在钢筋表面形成吸 附膜, 对腐蚀反应 的阴、 阳极过程均有阻滞作用, 对 钢筋有较好的阻锈 效果 ” 钼酸钠低毒、 缓蚀性能 良好, 但 由于价格较 高一般是应 用于工业水 环境 中 硫脲( T U) 作为金属酸洗缓蚀剂得到普遍应用, 许 多文献报道 了它对 多种金属的缓蚀行为及作用 机理, 。 但对其在碱性介质 中对金属缓蚀作用的研 究还很少见报道 本工作根据 以前的研究经验, 应用 HS A B原理, 选择 由D 葡萄糖酸钠、 钼酸
16、钠和硫脲三种组分组成 复合型缓蚀剂, 应用 电化 学技术, 测试和评价复合 缓蚀剂对含氯离子 的模拟混凝土孔 隙液中钢筋 的 阻锈作用, 并根据 HS AB原理对缓蚀剂的作用机理 进行讨论 2 实 验 以R 2 3 5 光圆钢筋为实验材料, 去除表面氧化皮 后, 加工成 l 1 3 minx 4 m m 的圆柱形试 样 以其 中 一 个端面 为工作面, 并从另一端面焊接引出包封的 铜导线, 除工作面外其余表面用环氧树 脂包封, 制 成工作电极, 其有效面积约为 1 c rux 1 c m 测试之前 钢筋 电极依次用 4 0 0 # 一1 2 0 0 # 水磨石砂纸逐级打磨, 用去离子水冲洗,
17、再用无水 乙醇超声波清洗 1 0 rai n , 干燥后备用 用于扫描 电子显微镜( S E M) 观察 的试 样无须制作成 电极, 用 同样方法打磨( 直至 1 5 0 0 # 水 磨砂纸) 和清洗干净即可 以饱和 C a ( OH ) 溶液作为模拟混凝土孔隙液, 简称模拟 液( S P S ) , 室温下其 p H值约为 1 2 5 O 在溶 液中添加Na C 1 至浓度为 3 5 ( 作为测试液, 分别 添加 D一 葡萄糖 酸钠 、 钼酸钠和硫脲至不 同的浓度, 先考察单一的D 葡萄糖酸钠, 再考察复合缓蚀剂对 钢筋的阻锈作用 钼酸钠可增强钢筋钝化膜的硬酸 性, 有利于硬碱类缓蚀剂D 葡
18、萄糖酸钠和硫脲吸附 于钢筋表面 形成保护膜 所用试剂均为分析纯, 溶 液均用二次去离子水配制 电化学测试均 是钢筋在 测试液 中浸泡 3 0 mi n , 使其腐蚀 电位基本稳定后进 行 钢筋的极化 曲线和 电化学阻抗谱 测试 均使用 A u t o l a b P o t e n t i o s t a t G a l v a n o s t a t 电化学工作站 采用 三电极体系, 工作 电极为R 2 3 5 钢筋, 参 比电极和辅 助 电极分别 为饱和甘汞 电极( S C E ) D 铂 电极 线性 极化 曲线测试 的电位范围为相对腐蚀 电位士 1 5 my , 扫描速率为O 1 6 7
19、 mV S 动 电位扫描阳极极化 曲 线 的测试从腐 蚀 电位 开始扫描到 电流密度突升到 1 5 0 c m 为止, 扫描速率为 0 8 mV S 电化学 阻抗谱( E I S ) N U 量 的激励信号为正弦波, 振幅 1 0 mY , 在 腐蚀 电位下进行 测量, 频 率范 围为 1 0 一1 0 H z 测试均在室温下进行 钢筋表面 形貌 的观 察也是试样 于溶液 中浸 泡 3 0 rai n后进行, 使用的是HI T AC HI S 一 4 8 0 0 型场发射 高倍 电子扫描 电镜 3 结果与讨论 3 1 D- 葡萄糖酸钠对钢筋的阻锈作用 为选择合适比例的复合缓蚀剂, 以D一 葡萄
20、糖酸 钠为基础, 先考察不同浓度的单一缓蚀剂对钢筋的 阻锈作用 通过线性极化法测试, 得到如表 1 所示 的 在含 3 5 ( Na C I 的模拟液 中添加不同浓度 S D后 测得的钢筋腐蚀 参数( 其中E 。 、 和 z分别为钢筋 表l 钢筋在含3 5 ( Na c l 和不同浓度S D的S P S中的 腐蚀参数 T a b l e 1 Co r r o s i o n p a r a m e t e r s o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n S PS wi t h 3 5 ( ) Na CI a n d d i ffe r e n t S D
21、 c o n c e n t r a t i o n s S PS: s i mu l a t e d c o n c r e t e p o r e s o l u t i o n ; SD: s o d i u m D- g l u c o n a t e ; Z: i n h i b i t i o n e ffic i e n c y No 8 杨榕杰等: 模拟混凝土孔隙液中D- 葡萄糖酸钠复合缓蚀剂对钢筋的阻锈作用 1 9 2 5 的腐蚀 电位 、 腐蚀电流密度、 缓蚀剂的缓蚀效率) 可 以看 出, 加入 S D之后, 钢 筋的腐蚀速 率降低, 并且 缓蚀剂 的缓 蚀效率随其浓度 的
22、增加而提高, 当 S D 的浓度达 到最高 的4 0 0 0 mg L 时, 其 缓蚀效果最 佳, 缓 蚀 效率 为 7 3 5 S D浓 度 从 2 0 0 mg L 到 4 0 0 0 mg L , 没有观察到浓度极值现象, 这可能跟 缓蚀剂没有在金属表面发生阳极脱附有关 可见, 在 以上实验条件下使用单一的 S D对钢筋的缓蚀效 果还不够 良好 3 2 D- 葡萄糖酸钠和钼酸钠对钢筋的缓蚀协同效应 表 2显示 了钢筋在含 3 5 ( w 1 Na C 1 的模拟 液 中添加不 同浓度 比的S D和 Na : Mo O 前后 的腐蚀参 数 可 以看 出, 在两种缓蚀剂 的总浓度为 1 0
23、0 0 mg L 并保持不变的情况下, S D和 Na Mo O 复配加入 比单独加入一种缓蚀剂 时的缓蚀效率高, 说明缓蚀 剂之 间有协 同作用 其 中 S D和 Na : Mo O 浓度 分别 为 7 5 0 和 2 5 0 mg L 时, 缓蚀效率最高, 达到 7 7 9 , 此时两者 的协 同作用最显著 比较上述测试结果可 以发现, 这两种缓蚀剂总浓度为 1 0 0 0 mg L , 其中 S D的浓度只要达到 7 5 0 mg L , 其缓蚀效率要 比单 独使用 S D浓度达到4 0 0 0 mg L 时更高 3 3 三组分复合缓蚀剂对钢筋的阻锈作用 根据 以上 的测试 结果, 以
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