钢筋在混凝土模拟液中腐蚀行为的EIS特征

研究了钢筋在不同pH和Cl^-浓度的混凝土模拟液中的电化学阻抗谱。发现钢筋在稳定钝化区、孔蚀诱导期以及孔蚀发展期的阻抗谱具有不同特征。稳定钝化时,是具有一个时间常数的单容抗曲线;在孔蚀诱导期,低频区阻抗实部呈现电感性收缩现象;在孔蚀发展期,是具有两个时间常数的曲线。建立了相应的等效电路模型,解释了钢筋在混凝土模拟液中的腐蚀机理。

大气预锈对混凝土模拟液中低合金钢筋腐蚀行为的影响

通过电化学阻抗谱(EIS)、背散射电子(BSE)图像与能谱分析(EDS)研究了大气预锈对低合金钢筋和普通低碳钢筋在混凝土模拟液中氯盐腐蚀行为的影响.结果表明:大气预锈作用影响2种钢筋钝化膜的生成;氯盐侵蚀后,大气预锈作用降低了低碳钢筋的耐蚀性,但低合金钢筋的耐蚀性不受预锈作用影响,原因是低合金钢筋基体与氧化皮间的缝隙内形成了致密的富Cr锈层,抑制了氯盐对钢筋基体的进一步侵蚀.

混凝土模拟液中钢筋钝化和脱钝过程的量化判别方法

基于混凝土模拟液中钢筋的钝化和脱钝试验,系统分析了钢筋钝化和脱钝过程中腐蚀电化学参数的变化规律,研究提出了钢筋钝化和脱钝过程的量化判别方法。首先制备了混凝土模拟液和钢筋电极,然后分别利用饱和甘汞电极和汞/氧化汞电极作为参比电极,通过半电池电位法、电化学阻抗谱法和动电位极化法测试了钢筋钝化和脱钝过程腐蚀电化学参数(包括开路电位、极化电阻和腐蚀电流密度)的变化规律,进而提出了混凝土模拟液中钢筋钝化和脱钝过程的量化判别方法,并确定了混凝土模拟液中钢筋形成钝化膜所需的时间和脱钝的临界氯离子浓度。分析结果表明,在钢筋钝化过程中,当开路电位、极化电阻及腐蚀电流密度随时间的相对变化率降低到10%以内并趋于稳定时,钢筋表面形成稳定的钝化膜,所需时间约为5 d;在钢筋脱钝过程中,当开路电位、极化电阻及腐蚀电流密度随氯离子浓度的相对变化率分别超过30%、50%和150%时,钢筋发生脱钝,对应的临界氯离子浓度约为0.12 mol/L。

钢筋在混凝土模拟液中的电化学腐蚀行为

通过测定HPB235,HRB335和HRB400这3种钢筋在不同pH值和不同氯离子浓度模拟混凝土孔隙液中的稳态电位、腐蚀速率和阳极极化曲线,分析了腐蚀参数的变化规律,并对三者的腐蚀性能进行对比.结果表明:随着模拟混凝土孔隙液的pH值减小,HPB235,HRB335和HRB400耐受氯离子侵蚀的能力变弱.模拟混凝土孔隙液的pH值相同时,氯离子浓度对材料的腐蚀行为也有很大的影响:孔隙液pH=13.6时,这3种钢筋暴露在高浓度氯离子(0.30mol/L)环境下,材料仍能保持良好的耐蚀性;孔隙液pH=12.5时,微量的氯离子浓度(0.05mol/L)破坏了钝化膜,导致3种钢筋均发生严重的孔腐蚀;孔隙液pH=10.0时,3种钢筋未能形成钝态而导致其耐蚀性差.在相同介质下,HPB235耐蚀性能最佳,HRB335次之,HRB400最差.

基于温差发电的混凝土模拟液中钢筋阴极保护

采用温差发电片作为电源,混凝土模拟孔隙液作为介质,研究温差发电应用于钢筋阴极保护的可行性.结合半电池电位、线性极化、Tafel曲线和电化学噪声,分析了温差发电单元对钢筋进行阴极保护的效果.结果表明:温差发电单元具有与直流电源相同的电学性能,内阻不会随着两端温差变化而明显变化;在阴极保护系统中温差发电单元具有很好的稳定性,实施阴极保护可以使钢筋电位负移至保护电位;阴极保护后钢筋的腐蚀速率大大减小,从腐蚀状态进入热力学稳定状态而得到有效保护.

混凝土模拟液中碳素钢-不锈钢连接时的腐蚀规律

为了探明混凝土中普通碳素钢与不锈钢搭配使用时的腐蚀规律,使用含氯离子的混凝土模拟液模拟氯盐污染混凝土环境,测试分析了一系列不锈钢、碳素钢试件的动电位极化曲线(CP)、电化学阻抗谱(EIS)和零电阻电流(ZRA)。研究结果表明:连接不锈钢的碳素钢腐蚀速度明显加快,工程应用时宜采取绝缘措施以降低腐蚀风险;碳素钢-碳素钢之间由于锈蚀程度不同也存在电偶腐蚀,但相比不锈钢-碳素钢连接其腐蚀速度较慢且腐蚀规律不太稳定;在氧气含量一定情况下,受腐蚀产物的影响试件后期腐蚀速度普遍减小。

缓蚀剂对混凝土模拟液中HRBF500钢筋耐蚀性的影响

应用动电位极化、交流阻抗谱(EIS)、Mott-Schottky曲线测量及扫描电镜(SEM)观察,研究了缓蚀剂D-葡萄糖酸钠(SD)、苯并三氮唑(BTA)、亚硝酸钠(SN)对含质量分数为3.5%NaCl的模拟混凝土孔隙液(SCP溶液)中细晶高强钢筋(HRBF500钢筋)耐蚀性的影响,并与文献报道的此类缓蚀剂对碳素钢筋的缓蚀效果进行了比较.结果表明:在SCP溶液中添加SD后,HRBF500钢筋的腐蚀过程受到抑制,阻抗增大,钝化膜为n型半导体,载流子密度降低,钢筋表面光整致密;添加BTA后,HRBF500钢筋的各项电化学指标下降,钢筋表面布满腐蚀坑;添加SN后,HRBF500钢筋的腐蚀过程也受到抑制.SD,SN可作为HRBF500钢筋的缓蚀剂;BTA不适合作为HRBF500钢筋的缓蚀剂,不同于其对碳素钢筋的缓蚀作用.

不锈钢及其焊缝在混凝土模拟液中的腐蚀行为

通过测定不锈钢及其焊缝在不同pH值、不同氯离子浓度的模拟混凝土孔隙液中的腐蚀速度和阳极极化曲线,分析了其腐蚀行为。结果表明:在不含氯离子的模拟混凝土孔隙液中,随着pH值的减小,不锈钢母材及其焊缝能保持优良的钝性,钝化膜的自愈修复能力很强,混凝土碳化对不锈钢的耐蚀性影响不大;在相同pH值的模拟混凝土孔隙液中,随着氯离子浓度的提高,不锈钢及其焊缝点蚀电位降低,钝化膜的自我修复能力变弱,腐蚀率略有增大;在相同介质条件下,不锈钢母材耐蚀性能比焊缝区域好,腐蚀后表面形貌分析表明,焊缝附近主要发生晶间腐蚀,母材区域主要发生点腐蚀。

β-甘油磷酸钠对模拟混凝土孔隙液中HRBF500钢筋耐蚀性的影响

为了提高细晶高强钢筋(HRBF500钢筋)的耐蚀性及对应海工混凝土结构的耐久性,在含3.5%NaCl的模拟混凝土孔隙液(SCP溶液)中添加β-甘油磷酸钠(BG),通过动电位极化和交流阻抗谱(EIS)测试研究BG含量对HRBF500钢筋电化学腐蚀行为的影响,通过Mott-Schottky曲线测试研究HRBF500钢筋表面腐蚀产物膜的半导体特性,采用SEM观察钢筋表面的腐蚀形貌,并与普通碳素光圆钢筋(HPB235)作比较。结果发现:BG为阳极型缓蚀剂,有利于钢筋钝化。随着BG含量的增加,HRBF500钢筋的腐蚀电流密度先明显降低后稍有提高,钝化膜的载流子密度减小,阻抗值明显增大。以1.0 g/L BG时的缓蚀效果最佳。不含缓蚀剂时,HPB235钢筋的耐蚀性优于HRBF500钢筋,但1.0 g/L BG缓蚀剂使二者的耐蚀性十分接近。在含氯离子的混凝土环境中,添加合适的缓蚀剂,可以确保HRBF500钢筋的耐久性和安全性,有利于其工程推广应用。

土木工程用螺纹钢表面防护处理及在模拟混凝土孔隙液中的耐蚀性

本研究选取土木工程结构常用的HRB335螺纹钢作为实验基体,磷化处理后接着进行封闭处理以提高螺纹钢在混凝土环境中的耐蚀性。结果表明:磷化膜完全覆盖螺纹钢基体,浸在防锈油中封闭处理对磷化膜的形貌特征和厚度无明显影响,但是能明显提高磷化膜的耐蚀性。浸在硅酸盐溶液中封闭处理使磷化膜的致密性得到改善,化学成分也发生变化,并且耐蚀性明显提高。通过磷化和硅酸盐溶液封闭处理在螺纹钢表面生成一层较致密的磷化膜起到屏蔽腐蚀介质的作用,是提高螺纹钢在混凝土环境中耐蚀性的有效途径。

新型复配阻锈剂在混凝土模拟液和试块中对钢筋锈蚀的抑制

利用半电池腐蚀电位、线性极化和电化学交流阻抗技术,分别在混凝土模拟液和干湿循环加速腐蚀混凝土试块中,研究了新型复配有机阻锈剂(IMC-16)对钢筋锈蚀行为的影响,并将其与常规Ca(NO2)2阻锈性能相对比。结果表明,无论在混凝土模拟液中还是在混凝土试块中,空白条件下,随实验时间延长钢筋电极腐蚀电位不断下降,腐蚀电流密度迅速升高,表明在Cl-侵蚀性作用下钢筋表面钝性遭到破坏,并发生严重局部腐蚀;而添加IMC-16阻锈剂后,钢筋电极腐蚀电位升高,阻抗模值增大,腐蚀电流密度与双电层电容显著下降,表明钢筋的锈蚀得到很好的控制。复配阻锈剂对Cl-诱导的钢筋局部腐蚀具有优良的抑制效果,并可有效延缓钢筋的起始锈蚀时间。干湿循环实验结果进一步表明,实验初期Ca(NO2)2虽可较好抑制钢筋的锈蚀,但其后期阻锈性能却明显下降;而复配阻锈剂在实验初期阻锈性能虽不明显,但相同使用浓度下,其后期阻锈效果及稳定性却明显优于Ca(NO2)2。

304不锈钢在海洋环境混凝土模拟液中的腐蚀行为

模拟混凝土失效不同时期的孔隙液环境,并通过循环极化曲线、电化学阻抗谱、M-S测试技术研究了304SS在模拟混凝土孔隙液中的耐蚀性。结果表明,在不同pH值以及不同Cl^-浓度模拟环境下,304SS钝化膜的耐蚀性随着pH值的降低以及Cl^-浓度的升高而降低;且在pH值为13的环境下钝化膜耐蚀性远高于pH值为9和11的,但在高pH值下孔蚀坑内流出的腐蚀产物会对钝化膜起破坏作用。通过电化学阻抗谱和M-S测试分析了不同pH值环境下钝化膜耐蚀性及其钝化膜半导体特征,表明在pH值为13的饱和NaCl环境下钝化膜电阻远高于pH值为9和11的,不同环境下304SS钝化膜在开路电位下均呈现N型半导体性质。表明海洋环境条件下,随混凝土碳化过程和Cl^-的富集造成的腐蚀环境改变会对304SS产生重要影响,304SS钝化膜稳定性降低,发生腐蚀的倾向性增加。

模拟混凝土孔隙液中钢筋电化学腐蚀行为及pH值的影响作用

应用极化曲线法和电化学阻抗技术,结合扫描电子显微镜方法,测试钢筋在模拟混凝土孔隙液中的钝化与去钝化行为,以及溶液pH值对钢筋电化学腐蚀行为的影响作用。结果表明,钢筋在pH值为12.50的模拟液中处于钝态,随着溶液pH值的降低,钢筋的耐蚀性下降。钢筋表面去钝化发生腐蚀的临界pH值在11.12～11.05范围内。

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

应用电化学技术,结合扫描电子显微镜(SEM)观测,研究D-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%(w)NaCl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-葡萄糖酸钠、钼酸钠和硫脲浓度分别为750、250和500mg·L-1时,对钢筋的缓蚀效率可达到94.5%.应用软硬酸碱(HSAB)理论分析缓蚀机理,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钢筋的腐蚀.

混凝土模拟孔隙液中钢筋腐蚀临界氯离子浓度试验研究

钢筋腐蚀的临界氯离子浓度是混凝土耐久性研究的重要参数之一。影响临界氯离子浓度的参数非常多,其中,钢筋表面的电位被认为是反映各参数的综合的控制性因素。采用恒电位方法,考虑pH值的影响,研究了不同电位下混凝土模拟孔隙液中氯离子浓度对钢筋腐蚀状态的影响,并用统计处理的方法得到了不同的pH值和不同控制电位下具有95%保证率的临界氯离子浓度值。试验结果发现:pH值对临界氯离子浓度有比较大的影响,钢筋开始腐蚀时的氯离子浓度均值与模拟液的pH值呈指数关系;钢筋开始腐蚀时的氯离子浓度均值的对数与钢筋电位呈线性关系。

钢筋钝化膜在含缓蚀剂的模拟混凝土孔隙液中的电化学特性

应用线性极化法、Mott-Schottky曲线研究了钢筋钝化膜在含有亚硝酸钠和D-葡萄糖酸钠复合缓蚀剂的模拟混凝土孔隙液中的电化学特性。结果表明,复合缓蚀剂的加入,使钢筋在含有氯离子的模拟混凝土孔隙液中耐蚀性提高;在外加亚硝酸钠的模拟混凝土孔隙液中,钢筋钝化膜在一定的电位区间内呈现n型半导体特性并具有单一施主浓度,而D-葡萄糖酸钠加入则增大了施主浓度。此外,钢筋钝化膜的耐蚀性和半导体性质受溶液中氯离子浓度的影响较大,加入一定浓度的氯离子可使钝化膜的施主浓度增大,耐蚀性降低。

复合缓蚀剂对模拟混凝土孔隙液中钢筋的阻锈作用

应用电化学技术和扫描电子显微镜(SEM)等方法,研究了亚硝酸钠和D-葡萄糖酸钠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,复合缓蚀剂主要起阳极型缓蚀剂作用。含3.5%NaCl,pH值为11.00的模拟液中加入含5g/L亚硝酸钠的复合缓蚀剂后,钢筋的腐蚀电流降低至未加缓蚀剂的1%,缓蚀效率达99%。

不锈钢在模拟混凝土孔隙液中的腐蚀行为研究

利用动电位扫描和交流阻抗法研究了普通碳钢与不锈钢在模拟混凝土孔隙溶液中的腐蚀行为及其差别,以及Cl-浓度、溶液pH值对腐蚀行为的影响,从而探讨了不锈钢取代碳钢作为混凝土钢筋骨架的可能性.结果表明:即便混凝土碳化导致孔隙液pH值下降后,氯离子对不锈钢的影响仍然较小,钝化膜致密完好,而普通碳钢的耐蚀性明显变差,钝化膜极易被氯离子侵蚀而破坏.

十二烷基肌氨酸钠对模拟混凝土孔隙液中钢筋的缓蚀作用

应用极化曲线法和电化学阻抗技术,考察了十二烷基肌氨酸钠对模拟混凝土孔隙液中钢筋的缓蚀作用。结果表明,十二烷基肌氨酸钠对在含氯离子的模拟混凝土孔隙液中的钢筋有良好的缓蚀效果。极化曲线和电化学阻抗谱的测试结果一致证实十二烷基肌氨酸钠的加入量为100mg/L时,对含0.6mol/LNaCl的模拟混凝土孔隙液中钢筋的缓蚀效果最好。

HRB400钢筋在模拟混凝土孔隙液中的电化学腐蚀行为

采用循环动电位极化技术研究了HRB400钢筋在不同碳化程度和不同Cl-含量的模拟混凝土孔隙液中的电化学腐蚀行为,分析了腐蚀参数的变化规律,并与HPB235钢筋的腐蚀性能作了对比。结果表明,钝化膜破坏前,HRB400钢筋与HPB235钢筋的腐蚀特性相似;钝化膜破坏时HRB400钢筋对碳化和Cl-的腐蚀敏感性大于HPB235钢筋,前者的临界pH值大于后者、临界Cl-含量小于后者;2种钢筋的接触处暴露于较严重腐蚀环境下,HRB400钢筋作为阳极被加速腐蚀,HPB235钢筋作为阴极受到保护。为了确保工程结构的耐久性,在较严重腐蚀环境下建议对HRB400钢筋和HRB235钢筋的接触处进行绝缘处理。