混凝土中鋼筋鈍化與去鈍化機(jī)理的研究

混凝土中鋼筋鈍化膜的穩(wěn)定性決定了鋼筋的耐蝕性。鋼筋鈍化與去鈍化的研究是了解鋼筋腐蝕機(jī)理的前提。本項(xiàng)目按照制定的研究計(jì)劃，發(fā)展和應(yīng)用多種電化學(xué)測(cè)試技術(shù)和現(xiàn)代表面分析方法，研究了鋼筋的鈍化與去鈍化機(jī)理。在執(zhí)行年限內(nèi)完成了計(jì)劃，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。取得的重要進(jìn)展和主要成果有：（1）發(fā)展原位拉曼光譜與電化學(xué)測(cè)試相結(jié)合技術(shù)，通過檢測(cè)鐵化合物拉曼信號(hào)變化，探測(cè)了鋼筋鈍化膜組成及其變化，揭示鋼筋的去鈍化機(jī)理和Cl-的影響作用。（2） 以X射線光電子能譜分析與電化學(xué)技術(shù)相結(jié)合，檢測(cè)鋼筋鈍化膜的組成，表明鋼筋鈍化膜主要由Fe3 氧化合物組成。當(dāng)鈍化膜被破壞，生成以Fe2 化合物為主的腐蝕產(chǎn)物。因此，可根據(jù)鋼筋表面膜中二價(jià)鐵和三價(jià)鐵含量的變化判斷鋼筋的鈍化與去鈍化的變化趨勢(shì)。模擬液中Cl-濃度為0.6 mol/L或pH值降至11.31時(shí)，鋼筋表面處于活化狀態(tài)。（3） 以掃描微參比電極技術(shù)（SMET）等電化學(xué)測(cè)試法，結(jié)合電化學(xué)掃描隧道顯微鏡（ECSTM）和掃描電鏡等多種表面分析技術(shù)，研究和獲得了不同條件下引起鋼筋腐蝕的介質(zhì)中臨界pH值和Cl-濃度。（4) 發(fā)展掃描微電極與掃描隧道顯微鏡（SMET-STM）聯(lián)用技術(shù)，探測(cè)了鋼筋的局部腐蝕行為，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋電極表面腐蝕活性點(diǎn)的定位、跟蹤及監(jiān)測(cè)，測(cè)定了引起鋼筋去鈍化的Cl-臨界濃度和評(píng)價(jià)了緩蝕劑的阻銹作用。（5) 成功研制了埋置式多功能復(fù)合傳感器和開發(fā)了適用于測(cè)試混凝土中鋼筋腐蝕狀態(tài)的新技術(shù)并獲得了實(shí)際應(yīng)用。傳感器可以同步測(cè)量混凝土孔隙液中的pH值和Cl-濃度，現(xiàn)場(chǎng)無損地檢測(cè)混凝土中鋼筋的腐蝕狀態(tài)和腐蝕速度，可用于研究混凝土中鋼筋的腐蝕行為及其pH值和Cl-濃度的影響機(jī)制。以上結(jié)果對(duì)于鋼筋腐蝕機(jī)理的認(rèn)識(shí)和腐蝕控制有重要意義。 　　項(xiàng)目組在執(zhí)行期內(nèi)共發(fā)表SCI或EI收錄的論文19篇。申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利5項(xiàng)，其中有1項(xiàng)獲得授權(quán)。培養(yǎng)博士研究生和碩士研究生分別有3人和10人，其中已有2人和７人分別獲得博士學(xué)位和碩士學(xué)位。 2100433B

鋼筋腐蝕是當(dāng)今世界混凝土結(jié)構(gòu)提前失效而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的首要原因，是迫切需要研究的課題。混凝土中鋼筋的耐蝕性取決于其表面鈍化膜的穩(wěn)定性。鋼筋表面的去鈍化是其發(fā)生腐蝕的先決條件。本項(xiàng)目擬應(yīng)用多種電化學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代表面分析方法，特別是發(fā)展原位ECSTM和掃描微電極技術(shù)，開發(fā)適用于測(cè)試混凝土中鋼筋腐蝕狀態(tài)的新技術(shù)，研究鋼筋在混凝土和模擬混凝土孔隙液中表面鈍化膜組成、結(jié)構(gòu)、微觀形貌、電化學(xué)性質(zhì)等；揭示鋼筋鈍化、去鈍化和再鈍化機(jī)理及其發(fā)生腐蝕的臨界條件；探明混凝土中鋼筋腐蝕發(fā)生和發(fā)展過程的主要控制因素和動(dòng)力學(xué)規(guī)律以及影響鋼筋耐蝕性的關(guān)鍵參數(shù)。項(xiàng)目的開展對(duì)探明鋼筋腐蝕機(jī)理有重要意義，其成果對(duì)混凝土中鋼筋的保護(hù)和腐蝕監(jiān)測(cè)有重要應(yīng)用價(jià)值。

混凝土中鋼筋腐蝕是鋼的電化學(xué)腐蝕，它是導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過早失效的首要因素。本項(xiàng)目擬應(yīng)用電化學(xué)研究方法和現(xiàn)代表面分析技術(shù)，研究模擬混凝土孔隙液和混凝土中鋼筋腐蝕行為，尤其是研究不同介質(zhì)條件下氯離子對(duì)鋼筋鈍化與去鈍化機(jī)理的影響；建立原位探測(cè)鋼筋與混凝土界面微環(huán)境中氯離子濃度和pH的電化學(xué)新技術(shù)；探測(cè)和研究氯離子的臨界濃度及其影響因素；揭示鋼筋/混凝土界面環(huán)境對(duì)鋼筋耐蝕性的影響特征，探明多種因素對(duì)鋼筋保持鈍化或腐蝕的影響機(jī)制；研究受氯離子等侵蝕的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的電化學(xué)處理新技術(shù)的機(jī)理并建立相應(yīng)的保護(hù)鋼筋新方法，具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用前景。

針對(duì)目前混凝土中鋼筋銹蝕的氯離子臨界濃度值范圍廣，離散性大的現(xiàn)狀，本項(xiàng)目研究混凝土中鋼筋脫鈍的氯離子臨界濃度值影響因素，并運(yùn)用正交設(shè)計(jì)方法進(jìn)行氯離子臨界濃度的顯著性影響因素分析，確定鋼筋銹蝕的氯離子臨界濃度關(guān)鍵影響因素；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究鋼筋脫鈍時(shí)混凝土孔溶液中氯離子和氫氧根離子濃度的影響因素，確立孔溶液的氯離子、氫氧根離子濃度與混凝土結(jié)構(gòu)氯離子臨界濃度之間的相互關(guān)系，完善氯離子臨界濃度值的表達(dá)方式，結(jié)合鋼筋開始腐蝕時(shí)混凝土與鋼筋界面處產(chǎn)物與微細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征分析，闡明混凝土中鋼筋脫鈍的真實(shí)機(jī)理；通過鋼筋混凝土腐蝕的電化學(xué)測(cè)試方法研究，提出混凝土中鋼筋表面脫鈍的快速評(píng)定方法，建立電化學(xué)腐蝕參數(shù)與氯離子臨界濃度影響因素之間的相關(guān)關(guān)系，揭示多因素作用下鋼筋混凝土腐蝕的氯離子臨界濃度值變化規(guī)律，預(yù)測(cè)混凝土中鋼筋銹蝕的起始時(shí)間，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)、規(guī)范制訂和壽命預(yù)測(cè)提供科學(xué)的理論依據(jù)。

臨界鈍化電位愈低的金屬。愈易鈍化。在電化冶金中，陽極金屬的鈍化對(duì)于可溶陽極電解精煉以及電鍍、化學(xué)電源十分有害，它使槽電壓升高和電耗增大的同時(shí)，嚴(yán)重阻礙待精煉金屬的溶解，極端情況下甚至?xí)Ｖ谷芙舛優(yōu)槲龀鲅鯕?。采取選擇適當(dāng)?shù)碾娏髅芏取嚢韬图訜崛芤?，調(diào)整溶液pH，通入還原性氣體，添加去鈍化劑(如Cl^-離子)，使陰極極化(如周期反向電解、脈沖電解、等措施，均可減輕乃至完全消除電解鈍化現(xiàn)象。而在不溶陽極的金屬電解提取或金屬防腐的情況下，則需利用陽極鈍化現(xiàn)象來延長(zhǎng)不溶陽極的壽命和確保陰極沉積金屬的質(zhì)量，或阻止受保護(hù)的金屬被腐蝕。往陽極金屬摻入易鈍化的合金元素(如鐵中摻入鎳、鉻、鉛中摻入銀、鈣)、除去溶液中的去鈍化劑(特別是Cl^-離子)，避免陽極表面的機(jī)械損傷等，都是保持陽極鈍態(tài)的有效辦法 。