钢筋混凝土腐蚀控制中探针技术及多功能钢筋缓蚀剂的研究

钢筋混凝土是当今世界最普遍使用的建筑材料，广泛应用于各种基础设施。由钢筋腐蚀引起的钢筋混凝土结构过早失效问题，造成巨大经济损失和社会危害。钢筋混凝土的腐蚀与防护已成为世界性的研究热点和难点。混凝土碳化和氯离子侵蚀是引起混凝土中钢筋腐蚀的主要原因。发展混凝土结构中钢筋腐蚀和防护的电化学探针监测技术对预测和判断钢筋混凝土结构耐久性、安全性和使用寿命，对腐蚀防护措施的选择和优化等具有重要理论和实际意义。使用缓蚀剂是一种简单、经济、有效的腐蚀防护措施，目前常用的缓蚀剂主要为亚硝酸盐类及其它有机复合物，缓蚀效果较好，但其毒性会对环境造成污染。针对钢筋混凝土腐蚀监测和防护中存在的问题，本工作发展了阵列电极技术和复合pH/Cl-探针技术，考察混凝土腐蚀微环境以及电化学除氯对钢筋腐蚀行为的影响;发展了一种多功能型缓蚀剂，并考察了其对混凝土中钢筋的缓蚀作用，并探索其缓蚀机理。论文主要取得以下研究结果:
　　(1)发展了一种pH/Cl-复合探针技术，制备的W/WO3-pH探针和Ag/AgCl-Cl-探针对混凝土环境中的pH值和Cl-浓度有良好的响应。利用复合探针技术对电化学除氯过程混凝土腐蚀微环境进行原位监测。结果表明，电化学除氯可明显降低混凝土孔隙液中Cl-浓度，短时间内可提高钢筋附近孔隙液的pH值。电化学除氯施加的阴极电流使钢筋处于阴极极化状态，除氯完成后混凝土中钢筋的腐蚀电位明显正移，腐蚀电流降低，钢筋发生再钝化，耐蚀性增强。
　　(2)发展了一维Fe-Ag/AgCl阵列电极技术，原位研究氯离子在钢筋/混凝土界面的Cl-浓度分布及其对钢筋的影响。研究发现，在浸泡实验的初期，钢筋/混凝土界面Cl-浓度较低，钢筋处于钝化状态，随着浸泡时间的延长，钢筋/混凝土界面的氯离子浓度升高，钢筋的腐蚀电位逐渐负移，腐蚀倾向增大。在本实验条件下钢筋腐蚀的临界氯离子浓度为0.12 mol/L。在混凝土中添加2％NaNO2缓蚀剂后，当受到0.75 mol/L Cl-侵蚀时，钢筋仍处于钝化状态，说明NaNO2对钢筋具有优良的缓蚀作用。
　　(3)利用混合沉淀、煅烧、离子交换制备了一种复合型缓蚀剂Zn-AlCLDHs-tar。在模拟混凝土孔隙液中考察了Zn-Al CLDHs-tar对钢筋的缓蚀作用，发现在pH90.3 mol/L NaCl的混凝土孔隙液中缓蚀剂添加量为5 g/L时，缓蚀效率在浸泡24 h后可达91.33％。研究发现，复合型缓蚀剂Zn-Al CLDHs-tar在模拟孔隙液可释放出酒石酸根离子，对钢筋有良好的缓蚀作用;同时还能吸收溶液中的氯离子，并提高溶液的pH值，由此改善混凝土腐蚀微环境，有效降低钢筋的腐蚀速度。