酸雨环境下氨基醇类阻锈剂的阻锈机理

摘要

钢筋混凝土是目前最常用的建筑结构，由于混凝土孔隙液中的pH接近12.6，使钢筋在高碱性环境下形成钝化膜，不易受侵蚀性离子的破坏。随着工业的发展，酸雨日渐严重，尤其是工业重区，随着钢筋混凝土服役时间的延长，受到较严重的酸雨侵蚀。本文选取能同时抑制腐蚀的阴、阳极过程的氨基醇类阻锈剂，使用单氟磷酸钠阻锈剂做对比，探究氨基醇类阻锈剂在酸雨环境下的阻锈性能，并分析其阻锈机理。
　　本试验通过宏观观察和计算碳钢和钢筋表面锈蚀面积初步判断钢筋阻锈剂的阻锈效果。然后使用微观表征法深入判断阻锈剂的阻锈性能，通过SEM电镜扫描法，测定碳钢表面钝化膜的完整性和致密度、混凝土孔隙的致密性；使用XRD物相分析法，测定碳钢表面和混凝土内的水化产物。最后对碳钢电极和钢筋混凝土电极采用电化学方法，测定其在添加不同阻锈剂的介质条件下的电荷转移电阻、腐蚀溶液电阻等。并与单氟磷酸钠阻锈剂做比较，综合评定氨基醇类阻锈剂在酸雨和氯盐环境下的阻锈性能并探究其阻锈机理。通过试验，本文主要得到了以下结论：
　　1）钢筋混凝土结构中，氨基醇类阻锈剂一方面通过促进钢筋表面形成致密完整的钝化膜，提高钢筋表面活化能，来保护钢筋，另一方面，外涂型阻锈剂通过在混凝土表面形成沉淀，阻碍侵蚀性离子和介质进入混凝土内；内掺型阻锈剂促进混凝土水化，形成凝胶物质，吸附侵蚀性离子和介质，抑制侵蚀性离子和介质侵入混凝土内。从而达到保护钢筋的目的。
　　2）模拟孔隙溶液中，不论氯盐环境还是酸雨条件下，宏观观察、微观表征和电化学阻抗测试均显示氨基醇类阻锈剂阻锈性能优于单氟磷酸钠，其中外涂型阻锈剂效果最佳。相比粉末状的单氟磷酸钠，不论在模拟孔隙溶液还是混凝土结构中，液状的氨基醇类阻锈剂更易扩散且与接触物融合。外涂型阻锈剂效果更优，原因是其扩散和毛细吸收能力强，更易渗入混凝土，不仅在混凝土表面与水泥中的部分物质形成白色沉淀，阻止外界侵蚀性离子的侵入，并且到达钢筋表面后通过特定的官能团或螯合物能与钢筋表面形成更均质稳定的钝化膜；内掺型阻锈剂的XRD物象分析图显示，其C3S衍射峰升高，说明该类阻锈剂能促进混凝土水化，增大其致密度起到阻止侵蚀性离子侵入的作用；到达钢筋表面后两类钢筋阻锈剂在钢筋表面形成保护膜。两类阻锈剂虽均改善了混凝土的致密度，阻止侵蚀性物质的进入，但也抑制了阻锈剂的进入。
　　3）混凝土结构中，氯盐环境下的外涂型阻锈剂性能优于内掺型阻锈剂，而酸雨试剂条件下的内掺型阻锈剂性能优于外涂型阻锈剂，且均优于单氟磷酸钠阻锈剂。相比侵蚀介质单一的氯盐环境，酸雨试剂中较低的pH，复合离子能更快速改变试件所处的环境，加速钢筋脱钝，故钢筋阻锈剂在氯盐环境下能提供更好的阻锈效果。酸雨环境下，内掺型阻锈剂性能更优的原因是硫酸盐与氯盐的耦合作用影响了外涂型阻锈剂的迁移。
　　4）氯盐环境中，模拟混凝土孔隙溶液和混凝土试件中外涂型氨基醇阻锈剂阻锈性能优于内掺型氨基醇阻锈剂。酸雨溶液中模拟混凝土孔隙溶液中外涂型氨基醇阻锈剂阻锈性能优于内掺型氨基醇阻锈剂，但混凝土试件中内掺型氨基醇阻锈剂阻锈性能优于外涂型氨基醇阻锈剂。原因是模拟孔隙溶液中，水剂型阻锈剂可以快速充分的与碳钢电极表面进行反应，外涂型氨基醇阻锈剂对碳钢表面的吸附能力强于内掺型氨基醇阻锈剂的，能更快速形成致密完整的钝化膜，保护钢筋。混凝土试件中，氯盐环境时，外涂型氨基醇阻锈剂通过在混凝土表面形成白色沉淀，能够直接抑制侵蚀性离子侵入混凝土内部，外涂型氨基醇阻锈剂进入混凝土内部后，相比内掺型氨基醇阻锈剂，通过毛细吸收、挥发等方式能更快速到达钢筋表面；酸雨中的氢离子结合混凝土中的碱性物质，降低了混凝土的pH，并且酸雨中的硫酸盐和混凝土中的碱性物质形成沉淀，虽一定程度上抑制侵蚀性物质的进入，但也抑制阻锈剂的进入。模拟孔隙溶液中，酸雨中的硫酸盐和氯离子间存在竞争关系，水化铝酸钙会先与氯离子结合，然后硫酸盐再与剩余的水化铝酸钙反应，所以氯离子能够延缓硫酸盐侵蚀，但降低了溶液pH，恶化了钢筋表面形成钝化膜的条件。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 钢筋混凝土的腐蚀原理

1.2.1 混凝土腐蚀机理

1.2.2 混凝土中钢筋的锈蚀

1.3 国内外阻锈剂研究现状

1.3.1 钢筋阻锈剂的种类

1.3.2 氨基醇类阻锈剂的作用机理

1.4 本文研究的主要目的、内容和意义

第二章 氨基醇类阻锈剂在模拟孔隙溶液中对碳钢的作用行为

2.1 主要试验材料及添加方式

2.2 试验原理和内容

2.2.1 挂片试验

2.2.2 SEM微观结构观测

2.2.3 XRD物相分析

2.2.4 电化学阻抗谱测试

2.3 试验结果及分析

2.3.1 宏观观察试验结果及分析

2.3.2 碳钢形貌观测结果及分析

2.3.3 XRD物相分析结果及分析

2.3.4 电化学阻抗试验结果及分析

2.4 本章小结

第三章 氨基醇类阻锈剂在钢筋混凝土中对钢筋的作用行为

3.1 主要试验材料及添加方式

3.2 试验原理和内容

3.3 试验结果及分析

3.4 本章小结

第四章 氨基醇类阻锈剂在钢筋混凝土中对混凝土的作用行为

4.1 试验原理和内容

4.2 试验结果与分析

4.2.1 宏观观测

4.2.2 SEM电镜扫描

4.2.3 XRD物相分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文与科研成果清单

致谢