迁移型阻锈剂对混凝土钢筋的保护作用.pdf
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1、迁移型 阻锈剂对混凝土钢筋的保护作用 曹琨 ,付玉彬 。李伟华 。李云菊 ,侯保荣 ( 1 中国海洋大学材料科学与工程研究院,山东 青岛2 6 6 1 0 0 ; 2 中国科学院海洋研究所山东省腐蚀科学重点实验室 ,山东 青岛2 6 6 0 7 1 ; 3 重庆大学化学与化工学院,重庆4 0 0 0 4 4 ) 摘要 氯 离子诱发的钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要 因素之一。利用电化学和表面分析技术研 究 了有机类表面迁移型阻锈剂在混凝土腐蚀模拟液 中对混凝土块及其 中钢筋的保护作用。结果表明: 新型阻锈荆的 缓蚀效率超过 8 0 ; 加入新型阻锈剂后 , 钢筋表面平整 ; 涂刷在混凝土表
2、面的复合阻锈剂, 能够迁移到混凝土 内部 , 通过物理、 化学吸附, 在钢筋表面形成一层吸附膜, 阻碍了氯离子与钢筋表面的接触 , 使腐蚀反应速率降低, 从 而起 到 了保 护钢 筋的作 用。 关键词 锈蚀 ;迁移型阻锈剂;腐蚀保护;混凝土 ;钢筋;氯 离子;电化学方法 中图分类号T G 1 7 4 4 2 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 1 5 6 0 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 6 8 0 4 O 前言 各种海洋工程设施不可避免地要遭受海水、 海洋 大气或更为苛刻的飞溅区、 潮差区的腐蚀。钢筋混凝 土广泛应用于桥梁、 建筑物 、 高架桥 、 堤坝 、 海底隧道和 大型海洋
3、平 台, 其年消耗量不断增 长。影 响钢筋混凝 土耐久性的因素是 复杂 的。 , 而钢筋腐蚀则是关键 性的因素。 控制混凝土钢筋腐蚀 的方法有很多 , 如采用耐蚀 钢筋 、 阴极保护 、 钢筋涂( 镀) 层和钢筋涂阻锈剂等。钢 筋阻锈剂是能阻止或减缓钢筋腐蚀的化学物质 , 通常 将其掺加到混凝土 中或涂敷在混凝土表面, 使之渗入 至钢筋表面, 这是最常用 、 最简单 和经济有效的技术措 施 。 本工作采用电化学和表面分析技术 , 研究 了一种 复合型有机阻锈剂对含 C l 一 混凝土中钢筋 的电化学腐 蚀行为和阻锈作用。 1 试验 1 1 阻锈剂的种类 ( 1 ) 单项阻锈剂将三乙醇胺( T
4、E O A) 、 N, N一 二 甲 收稿日期 基金项 目 通信作者 2 0 o 9一l 22 8 海洋工程钢筋混凝土结构防腐蚀关键技术及 示范工程( 2 0 0 7 B A B 2 7 B 0 3 ) 李伟华 , 电话 : 0 5 3 28 2 8 9 8 7 4 0, E m a i l : l i we i h u a q d i o a c c a 基乙醇胺 ( D ME A) 、 N, N一 二 乙基 乙醇胺 ( D E A E) 加至 模拟腐蚀液中, 浓度各为 0 5 mo l L 。 ( 2 ) 复合阻锈剂通过对 比, 选取 D ME A分别与 1 g L聚氧乙烯去水山梨醇单油酸
5、酯( T w e e n 8 0 ) 、 烷基酚 与环氧乙烷 的缩 合物 ( O P 1 0 ) 和十二烷基苯磺酸钠 ( S D B S ) 进行复配和筛选 , 最终以 0 1 m o l L D ME A分 别与 1 g L S D B S , 1 g L T w e n 8 0 , 1 g L O P- 1 0复配成 3 种复合阻锈剂。 1 2混凝土 腐蚀液 的模拟 混凝土模拟腐蚀液 的配制 : 饱 和 C a ( O H) : 溶液中 加入 3 5 N a C 1 , 用 N a H C O 调节 p H值至 l 0 5 。所用 药剂均为分析纯试剂 , 用一次去离子水配制。 1 3试样
6、的制备 试验 钢 筋 为 建 筑 用 A 3钢 , 成 分 ( 质 量 分 数 ) : 0 1 8 0C, 0 0 3 4 S , 0 0 3 5P, 0 3 0 0 S i , 0 5 5 0 Mn, 余量为F e ; J J u 工成 0 7 c ln 9 5 c m, 以外表面为工作 面, 上下端分别用 常用环氧树脂涂封。水泥为 4 2 5 R早 强型普通硅酸盐水泥, 混凝土细骨料为河沙。钢筋混凝 土块按水 泥、 砂、 水 比为 1 0: 3 0: 0 6配制 , 制成 9 0 m l n1 5 tu n a 1 5 m m, 钢筋埋于其轴心位置。 上端用导线 引出。制作好后在室温( 2
7、 5 2) 下湿养护 2 8 d 。 1 4 检 测分 析 电化学测试在( 2 5 2 )下进行 , 采用 P a r s t a t 2 2 7 3 电化学工作站 , 以钢筋为工作电极 , 饱和甘汞 电极为参 材料偶 比电极 , 铂电极为辅助电极 。通过开路 电位 、 电化学交 流阻抗 、 极化曲线等方法测定 钢筋 电极在不 同条 件下 的腐蚀 电位 、 电荷转移 电阻、 腐蚀 电流密度等参数 , 并 通过式 ( 1 ) , ( 2 ) 计算缓蚀效率。 ) : x l 0 0 ( 1 ) 叼 ( R ) l 田: x1 0 0 ( 2) 叼 一x L c0 r r 0 式中R 。 加阻锈剂的
8、电荷转移电阻 , Q R 不加阻锈剂的电荷转移 电阻, Q , c 。 空 白时的腐蚀电流 , A 加缓蚀剂时的腐蚀电流 , A 2 结果与讨论 2 1 3种 单项 阻锈 剂 的缓蚀 效 果 图 1为钢筋在含有 3种阻锈剂混凝土模 拟腐蚀液 中的 N y q u i s t 谱。由图 1可见 , 不 同阻锈剂 中钢筋 的阻 抗谱不同: 在未添加阻锈剂的模拟腐蚀液中钢筋存在 1 个以上的半圆, 在低频段有一个容抗弧 ; 在添加 3种 阻 锈剂 的模拟腐 蚀液 中钢筋谱的形状与空 白中的相似 , 但容抗弧的半 径有变化 , 表 明钢筋表 面形成 的钝化膜 致密度不同。图 1中 T E O A的阻抗
9、最 大, D M E A次之 , 可以理解为随着 N原子上取代 基团的分子体积增大 , 在钢筋表面形 成的吸附膜 的致密度增大 , 对 钢筋 的保 护作用越好 。 4( m【 】 。: 200 0 0 2 0 0 0 4 0 0 0 60 0 0 8 O 6 O Zr e (n( - m 1 1 图 1 钢筋在含有 3种阻锈剂模拟 腐蚀 液中的 N y q u i s t 谱 用图 2等效电路对图 1进行拟合 , 结果见表 l 。从 表 1可以看 出, 添加阻锈剂后试样的电阻明显变大 , 说 明 3种阻锈剂可以明显减缓钢筋的腐蚀速度。这是 因 为 : 3种 阻锈剂在钢筋表面发生了吸附作用 ,
10、减小 了侵 R 图2 钢筋在含 0 5 m o l I N a C 1 模拟腐蚀液中的等效电路 表 1 等 效电路拟合数据 阻锈剂 。 n c l n 1 f n c j( 一 p , F 、 。 n 2 n T 7 cm j c m J 蚀性离子与钢筋表面 的相互接触面积 , 从而抑制 了腐 蚀的进行 ; N原子上 的取代基不 同, 在钢筋表面的排列 密度不同 , 其 电阻值也不同。 图 3为钢筋在含有 3种阻锈剂混凝土模拟腐蚀液 中的动电位极化 曲线。 由图 3可 以看 出: 阻锈剂 的加 入并没有 引起 阴、 阳极 反应 T a f e l 曲线 的明显变化 , 但 阳极溶解过程和阴极溶
11、氧过程都受到 了抑 制; A 3钢的 腐蚀 电位较空 白溶液均有不 同程度 的增大。通常 , 自 腐蚀 电位变化在 8 5 m V以上, 阻锈剂才可被为是 阴极 型或 阳极 型 。 由此 , T E O A 可 认 作 是 混 合 型 阻锈 剂 J , D ME A和 D E A E为阳极型阻锈剂 。 一 O 2 0 3 0 4 0 5 0 6 一O 7 一O 8 8 7 6 5 4 3 2 l g J ( A m ) 】 图 3 试 样在含不 同阻锈剂模拟腐蚀液 中的动 电位极化 曲线 表 2为利用 T a f e l 外推法得到 的电化学动力学参 数。从表 2可 以看 出, 不 同的阻锈剂
12、均能使腐蚀 电位 正移 , 腐蚀 电流减小 , 说 明阻锈剂在试样 表面成膜可以 有效地减缓腐蚀速率 , 阻止腐蚀反应继续进行 。 表 2 电化学腐蚀动力学参数 2 2 3种复合阻锈剂的缓蚀效果 试样在含有 3种复合阻锈剂模拟腐蚀液 中的阻抗 谱见图 4 , 对其拟合的数据见表 3 。试样在含有 3种复 合阻锈剂模拟腐蚀液中的动电位极化结果见图 5 , 对其 拟合的数据见表 4 。 材料偶 第 4 3 卷 O 2 0 40 6 0 8 0 1 0 0 f 【 l 图 7 4组混凝土在模拟腐蚀液中浸泡 1 0 0 d后钢筋的腐蚀电位 图 8为混凝土 S , S 在模拟腐蚀 液 中浸泡 6 0 d
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