阳离子类型对混凝土中钢筋腐蚀临界氯离子浓度的影响

选用4种常见化冰盐KCl,NaCl,CaCl2和MgCl2,应用半电池电位法、电化学阻抗谱、电化学滴定与X射线衍射分析等方法,研究了阳离子类型对混凝土中钢筋腐蚀临界氯离子浓度的影响,利用半电池电位和腐蚀电流密度分别判定钢筋的起始腐蚀.结果表明:阳离子类型影响临界氯离子浓度,临界氯离子浓度的相对大小与其表征形式有关.以游离氯离子质量分数表征时,wf(MgCl2)＜wf(CaCl2)＜wf(NaCl)＜wf(KCl);以c(Cl-)/c(OH-)表征时,cKCl(Cl-)/cKCl(OH-)≈cNaCl(Cl-)/cNaCl(OH-)＜cCaCl2(Cl-)/cCaCl2(OH-)＜ cMgCl2(Cl-)/c MgCl2(OH-);以总氯离子质量分数表征时,wt(KCl)≈wt(NaCl)＜wt(MgCl2)＜wt(CaCl2).     

混凝土中氯离子传输模拟及速率分析

为模拟氯离子在混凝土中传输规律,基于Fick第二定律和Darcy定律建立氯离子扩散-对流模型,同时考虑温湿度、孔隙率、结合效应等多种影响因素对扩散系数进行修正,利用Matlab和COMSOL Multiphysics实现多场耦合数值模拟,最终结合试验数据模拟氯离子传输过程.结果表明:数值模拟与实验结果相关性良好,能有效...     

拉伸疲劳对钢筋锈蚀临界氯离子浓度的影响

采用不同应力水平和次数对Q235钢筋进行拉伸疲劳试验,在饱和Ca(OH)2模拟液中,采用自腐蚀电位法和电化学阻抗谱法测定钢筋锈蚀的临界氯离子浓度,同时通过扫描电镜观察拉伸疲劳作用引起的钢筋显微结构变化。结果表明:在拉伸疲劳作用下,钢筋锈蚀的临界氯离子浓度随着拉伸疲劳应力水平的增大和疲劳次数的增加而减小;拉伸疲劳会使钢筋晶粒细化,晶界、相界增多,并且随着拉伸疲劳应力水平的增大和疲劳次数的增加,这种变化就越明显;钢筋晶粒的细化以及晶界的增多会引发短路扩散,降低钢筋锈蚀的临界氯离子浓度。     

阳离子类型对钢筋腐蚀临界氯离子浓度的影响

采用饱和Ca(OH)2溶液和水泥浸泡液2种混凝土模拟孔溶液,选用NaCl,KCl,MgCl2和CaCl2等4种氯盐,通过逐级添加氯盐方式腐蚀钢筋,以半电池电位法测得的自腐蚀电位和电化学阻抗技术测得的腐蚀电流密度分别判定钢筋起始腐蚀对应的临界氯离子浓度.研究结果表明:阳离子类型对钢筋腐蚀的临界氯离子浓度有明显影响;在饱和Ca(OH)2溶液中,Mg2+和Ca2+降低了钢筋腐蚀的临界氯离子浓度;在水泥浸泡液中,Mg2+和Ca2+则提高了钢筋腐蚀的临界氯离子浓度;在2种混凝土模拟孔溶液中,同价阳离子的临界氯离子浓度相同.     

混凝土模拟液中钢筋腐蚀电化学测试结果比较

为了研究电化学噪声(ENM)、电化学阻抗谱(EIS)和线性极化(LPR)3种方法对混凝土中钢筋锈蚀情况评价的可靠性,采用不同Cl-浓度的高碱性模拟液对钢筋进行浸泡,在钝化期和腐蚀期分别用3种方法测试了极化电阻,并分析了不同方法对腐蚀机理的表征.结果表明:3种方法得出的极化电阻值比较接近;当体系处于活化腐蚀状态时,ENM和LPR结果符合较好,EIS结果略小;当体系处于钝化状态时,EIS和LPR结果吻合,而ENM结果明显偏小;ENM和EIS对腐蚀机理的表征是一致的.3种方法对钢筋腐蚀的评价均具有较高的可靠性.     

水泥中S/Al比和外渗硫酸盐对氯离子临界浓度影响研究

采用线性极化法、压汞法和X射线衍射分析等方法研究了外渗氯盐条件下水泥中S/Al比及外渗硫酸盐对氯离子临界浓度的影响,研究结果表明：氯离子临界浓度随水泥中S/Al比提高先增大后减少,而氯离子的结合量随S/Al比提高而降低,氯离子临界浓度最大值时的S/Al比随水泥中Al2O3含量的提高而降低,S/Al比和Al2O3含量对氯离子临界浓度的影响实质上是对砂浆孔隙结构的影响。在SO42-和Cl-含量与华南地区海水相近的复合渗透液中,氯离子临界浓度随水泥中的S/Al比提高而先增大后减少,且临界浓度约为NaCl溶液浸泡试件的70%。复合渗透液中的SO42-渗透进砂浆先会使砂浆结构变致密,然后才引起体积膨胀,提高水泥中的S//Al比可提高水泥中AFm的生成量,从而相对降低由于生成滞后钙矾石引起的体积膨胀。     

混凝土冻融损伤后的氯离子浓度分布预测

引入损伤因子对氯离子扩散系数加以修正,进而得到了同时考虑混凝土质量损失和内部损伤累积的冻融循环后混凝土中氯离子浓度分布的预测方法 ,通过与实验结果 比较初步证明了该方法 的有效性.     

水泥中S/Al和外渗硫酸盐对氯离子临界浓度的影响

采用线性极化法、压汞法和X射线衍射分析等方法研究了外渗氯盐条件下水泥中S/Al摩尔比及外渗硫酸盐对氯离子临界浓度的影响,研究结果表明:氯离子临界浓度随水泥中S/Al摩尔比的提高先增大后减少,而氯离子的结合量随S/Al摩尔比的提高而降低,氯离子临界浓度达最大值时的S/Al摩尔比随水泥中Al2O3含量的提高而降低;在SO24-和Cl-浓度与华南地区海水相近的复合渗透液中,氯离子临界浓度随水泥中S/Al摩尔比的提高先增大后减少,且临界浓度低于NaCl溶液浸泡试件;复合渗透液中的SO42-渗透进砂浆使砂浆结构变致密,但过量后会引起体积膨胀,使氯离子临界浓度下降.     

混凝土环境中β-甘油磷酸钠影响钢筋阻锈行为研究

在混凝土高碱环境中,为了提高混凝土中钢筋抗氯离子侵蚀能力,采用新型环保型有机阻锈剂——β-甘油磷酸钠保护钢筋,达到延长钢筋混凝土结构整体寿命的目的。本文通过采用电化学方法对该种有机阻锈剂作用下,不同阳离子类型的模拟孔溶液中钢筋性能演变过程进行实时监测,并获取相应的关键参数,探究了钝化时期β-甘油磷酸钠与钢筋钝化膜,以及维钝时期,β-甘油磷酸钠、钢筋钝化膜与氯离子之间的作用关系,揭示了该种有机物的阻锈机制。通过OCP、LPR以及EIS电化学测试方法得到的结果表明：β-甘油磷酸钠与钝化膜中Fe氧化物/氢氧化物通过物理化学作用进行结合,使得钢筋表面形成阻锈能力更强的保护膜,从而提高了钢筋抗氯离子侵蚀能力。4种模拟孔溶液中钢筋抗氯离子侵蚀能力分别为NaOH+0.1 mol/L β-甘油磷酸钠>饱和澄清Ca(OH)₂>NaOH>饱和澄清Ca(OH)₂+0.1 mol/L β-甘油磷酸钠;其中,NaOH,NaOH+0.1 mol/L β-甘油磷酸钠与饱和澄清Ca(OH)₂溶液中钢筋相应的临界氯离子浓度(c_...     

模拟混凝土孔溶液中有机阻锈剂对钢筋的保护作用

为了更好地量化和表征钢筋混凝土阻锈剂的作用效果及机理,对模拟混凝土孔溶液中钢筋电极的电化学行为及表面元素分布进行了研究.通过线性极化、电化学阻抗谱等测试对羧酸铵作为混凝土中钢筋阻锈剂的效果进行了评价,并通过X射线光电子能谱(XPS)测试分析了不同溶液中钢筋表面元素组成的差异,分析了阻锈剂分子对钢筋保护的作用机理.研究表明,钢筋电极在含阻锈剂及仅含NaCl的模拟混凝土孔溶液中相比,电荷转移电阻显著提高,表面裸露零价铁的含量也有明显减少.这证明羧酸铵能显著减少碱性环境中氯盐对钢筋钝化膜的破坏,从而对钢筋混凝土的提高起到良好的保护作用.     

Influence of mill scale and rust layer on the corrosion resistance of low-alloy steel in simulated concrete pore solution

Electrochemical impedance spectroscopy, cyclic potentiodynamic polarization measurements, and scanning electron microscopy in conjunction with energy-dispersive X-ray spectroscopy were used to investigate the influence of mill scale and rust layer on the passivation capability and chloride-induced corrosion behaviors of conventional low-carbon (LC) steel and low-alloy (LA) steel in simulated concrete pore solution. The results show that mill scale exerts different influences on the corrosion resistance of both steels at various electrochemical stages. We propose that the high long-term corrosion resistance of LA steel is mainly achieved through the synergistic effect of a gradually formed compact, adherent and well-distributed Cr-enriched inner rust layer and the physical barrier protection effect of mill scale.     

热镀锌钢在模拟混凝土孔隙液中电化学腐蚀行为

采用电化学阻抗法研究了不同pH值、不同氯离子浓度条件下热镀锌钢在模拟混凝土孔隙液中的电化学腐蚀行为,建立了两种腐蚀等效电路模型,分析了腐蚀参数的变化规律.结果表明:当饱和Ca(OH)2溶液受到严重碳化(pH<11)时,热镀锌钢在该体系中会发生析氢反应,耐腐蚀性能降低;当饱和Ca(OH)2溶液受到较小程度的碳化(11.5≤pH<12.5)反而更有利于热镀锌钢的进一步钝化,耐腐蚀性能提高,pH=12.0时的年腐蚀率最小,仅为0.59μm/a,而pH=12.5时的年腐蚀速率约为1.21μm/a;当饱和Ca(OH)2溶液未碳化(pH=12.5)且NaC l浓度不超过0.5%时,热镀锌钢在该体系中所形成的钝化膜的耐蚀性能较好,不会发生析氢反应;随着碳化程度的增大,氯离子对热镀锌钢腐蚀作用加剧.     

恒电流脉冲法研究钢筋在模拟混凝土孔溶液中的腐蚀行为

通过恒电流脉冲法研究了钢筋在不同pH值模拟混凝土孔溶液中的腐蚀行为.应用时间常数与双电层电容计算了钢筋的极化电阻.结果表明:钝化钢筋的时间常数大于活化腐蚀钢筋,钝化钢筋的双电层电容比活化腐蚀钢筋小;腐蚀末期较好的抗腐蚀能力证实了钢筋在CP模拟液(pH13·6)中形成的钝化膜比在CH模拟液(pH12·5)中更致密,耐蚀性更好,而在CN模拟液(pH11·0)中基本无法形成完整的钝化膜;SO2-4与SiO2-3加入CP模拟液能提高钢筋的极化电阻,钢筋表面形成了更致密的钝化膜,在腐蚀末期钢筋表现出了更好的耐蚀性.最后,比较了恒电流脉冲、线性极化及电化学阻抗谱所测的极化电阻与腐蚀电流密度,表明这三种电化学方法在测试钢筋腐蚀速率方面具有较好的相关性.     

304 L不锈钢焊缝在混凝土模拟孔隙液中的点蚀行为

采用动电位极化曲线、电化学阻抗谱、Mott-Schottky曲线等电化学方法研究了以308 L为焊丝的304 L不锈钢焊接接头在不同氯离子含量的混凝土模拟孔隙液中腐蚀行为和电化学规律。随Cl-增加,304 L不锈钢焊接接头的三个区域(母材、焊缝和热影响区)在混凝土模拟孔隙液中的自腐蚀电位、点蚀电位及电荷转移电阻降低,钝化膜中载流子密度和焊接接头的点蚀坑数量增加。在同浓度的腐蚀溶液中,308 L的焊缝区域耐蚀性最佳,热影响区次之,304 L基体表现出低的电荷转移电阻和高的掺杂浓度使得母材的耐蚀性最差。     

Electrochemical and analytical characterization of three corrosion inhibitors of steel in simulated concrete pore solutions

Corrosion inhibitors for steel, such as sodium phosphate (Na₃PO₄), sodium nitrite (NaNO₂), and benzotriazole (BTA), in simulated concrete pore solutions (saturated Ca(OH)₂) were investigated. Corrosion behaviors of steel in different solutions were studied by means of corrosion potential (E_corr), linear polarization resistance (LPR), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and potentiodynamic polarization (PDP). A field emission scanning electron microscope (FESEM) equipped with energy dispersive X-ray analysis (EDXA) was used for observing the microstructures and morphology of corrosion products of steel. The results indicate that, compared with the commonly used nitrite-based inhibitors, Na₃PO₄ is not a good inhibitor, while BTA may be a potentially effective inhibitor to prevent steel from corrosion in simulated concrete pore solutions.     

电化学方法研究混凝土模拟液中细晶粒钢的耐蚀性

通过腐蚀电位、线性极化法与循环极化法等电化学方法研究了细晶粒钢和普通低碳钢在模拟混凝土孔溶液中的均匀腐蚀与点蚀行为,并考虑了砂磨和未处理两种钢筋表面状况对钢筋腐蚀行为的影响.结果表明,细晶粒钢与普通低碳钢在模拟液中的耐均匀腐蚀的能力很接近;砂磨钢筋的钝化效果比未处理钢筋好;腐蚀末期砂磨钢筋表现出比未处理钢筋更强的抑制均匀腐蚀能力.循环极化测试表明：砂磨钢筋由于其相对均匀的表面组织形貌,故表现出比未处理钢筋更好的抑制点蚀能力;其次,由于细晶粒钢含有较多晶界,晶界处含有较多易发生点蚀的夹杂,故表面未处理细晶粒钢发生点蚀的概率稍大于未处理低碳钢.     

混凝土C_S和D双时变下氯离子浓度分布解析解

为了准确分析氯离子侵蚀环境下混凝土结构的耐久性,同时考虑表面氯离子浓度和扩散系数的时变性对混凝土中氯离子扩散过程的影响。首先应用变量代换法、Laplace积分变换及其逆变换,建立了同时考虑混凝土表面氯离子浓度和扩散系数时变性的氯离子扩散解析解。通过算例分析验证了解析解的正确性,并对比研究了表面氯离子浓度和扩散系数的时变性对混凝土中氯离子扩散的影响。结果表明,两个参数的时变性都会对混凝土中氯离子浓度分布产生显著影响,且随着计算深度增大,双时变影响越显著,其中扩散系数的时变性影响更大。因而,混凝土结构耐久性分析和设计中应同时考虑表面氯离子浓度和氯离子扩散系数的时变性。