摘要：通过电化学测试，在模拟混凝土孔隙液和砂浆干湿循环条件下，研究并分析两种阻锈剂对钢筋腐蚀行为的影响。结果表明：无机阻锈剂和有机阻锈剂均会降低钢筋的腐蚀速率，相同阻镑效率下有机阻锈剂掺量更低。干湿循环试验表明，有机阻镑剂和无机阻镑剂均能显著延长钢筋起始镑蚀时间，有机阻镑剂在钝化膜破钝后抑制效果更优。
关键词：钢筋镑蚀；阻镑剂；氯盐；复合氨基醇；亚硝酸盐
引言
钢筋混凝土作为最大宗的建筑材料，广泛应用于桥梁、隧道、水电、核电、高铁以及民用建筑等工程中。由于受到氯盐等腐蚀介质的侵蚀，钢筋混凝土结构极易出现开裂、保护层剥落、钢筋镑蚀等问题，而钢筋镑蚀是目前国内外学者及工程技术人员认为影响钢筋混凝土结构破坏的最主要原因。通常水泥的水化反应会形成一个髙碱性环境，在这种环境下钢筋表面会生成一层致密的钝化膜，侵蚀性氯离子进人混凝土内部后会吸附在钝化膜处，加速钝化膜的溶解和破钝，从而引起钢筋锈蚀。钢筋锈蚀，导致截面积减少。截面积损失率达到10%-60%的严重锈蚀，钢筋的各项力学性能严重下降，从而影响结构使用安全。内掺或外涂钢筋混凝土阻镑剂被美国混凝土协会（ACI）确认为防止混凝土内部钢筋镑蚀最方便且有效的措施之一。本文通过在模拟混凝土孔隙液和砂浆中研究了两类常用阻镑剂对钢筋耐蚀性能的影响，为阻锈剂开发与应用提供指导。
1研究现状
国内对钢筋阻锈剂的研究起步相对较晚，90年代初钢筋阻锈剂才开始得到应用。有机复合型阻锈剂的研究在国内还处于刚刚起步阶段，因此，开展有机钢筋阻锈剂组成、结构与性能的相关性研究，开展阻锈剂在钢筋表面吸附特性和阻锈机理研究，以及进行阻锈剂对混凝土各项性能的影响研究，从而设计制备出高效、可靠、适用、环保的钢筋阻锈剂，无论对于严酷环境下新建混凝土结构耐久性提升，还是已建老混凝土结构耐久性的修复，都具有重要十分重要的理论意义和实际意义[1]。目前，世界上还没有一个得到公认的钢筋阻锈剂标准或规范。国外采用较多的标准有美国的《混凝土钢筋阻锈剂》ASTMC1582/C1582M－04和日本的《钢筋混凝土阻锈剂》JISA6205；国内也有一些相应的技术规程和规范，如冶金部的《钢筋阻锈剂使用技术规范》（YBPT9231－98）、交通行业标准《钢筋混凝土阻锈剂》（JT/T537－2004）和2010年7月1日才开始实施的《钢筋阻锈剂应用技术规程》（JGJ/T192－2009）。
2试验
2.1实验原材料
模拟液原材料分别为氢氧化钙、氯化钠，均为分析纯；钢筋电极取自HRB400螺纹钢，做成∮1.0×0.5的圆柱体，工作面积为1cm2，依次用400#，600#，2000#砂纸打磨光滑，用丙酮或乙醇擦洗表面，吹干待用。砂浆原材料包括水、水泥、河沙、阻锈剂等。其中阻锈剂为江苏苏博特新材料股份有限公司生产的SBT©-ZX（I）和SBT©-ZX（V），分别为无机阻镑剂和有机阻锈剂，有效含量分别为30%和17%。
2.2实验方法
混凝土孔隙液为含0.3mol•L-1NaCl的饱和氢氧化转溶液，pH=12.45，阻锈剂按一定量添加。线性极化在钢筋开路电相对稳定后进行测试，测试相对开路电位±10mV，扫描速率0.1667mV•s-1。参照GB/T33803-2017《钢筋混凝土阻锈剂耐蚀应用技术规范》砂浆试样干湿冷热循环实验，研究阻锈剂对砂浆中钢筋电化学腐蚀行为的影响。干湿循环盐溶液为３％的NaCl溶液，循环周期为浸泡12h，干燥8h，浸泡溶液温度25℃，干燥烘箱温度75℃，每个循环浸泡期间进行电化学测试，如此循环记录钢筋腐蚀行为的变化[2]。
3结果与讨论
3.1模拟液中钢筋电化学腐蚀行为研究
图1为两种阻镑剂掺量对钢筋腐蚀电流密度及腐蚀电位的影响，结果显示随着摻量的增加，钢筋的腐蚀电流密度逐渐降低，当掺量超过0.4%以后，腐蚀电流密度降低的幅度下降。两种阻锈剂加入后对钢筋腐蚀电位的影响规律不尽相同，ZX-1掺量增加，腐蚀电位增加；ZX-V随着掺量增加，钢筋腐蚀电位降低。ZX-1具有强的氧化性，随着掺量增加，对钝化膜生成的促进作用增强；而ZX-V是有机物，主要机制是在钢筋表面吸附，产生吸附成膜，一方面会隔离腐蚀性氯离子与钢筋基体的接触，另一方面会降低氧气等在钢筋/溶液界面的交换，所以会同时抑制了钢筋腐蚀的阴阳极反应。而腐蚀电位的降低表明该有机阻镑剂对钢筋腐蚀的阴极腐蚀反应抑制更为明显。
图1 模拟混凝土孔隙液中阻绣剂掺量对钢筋腐蚀行为影响
3.2砂浆中钢筋电化学腐蚀行为研究
为了更加准确的表征两种阻锈剂对钢筋电化学腐蚀抑制行为的影响，我们进行了砂浆试件干湿循环实验，分别测试了不同掺量的两种阻锈剂对钢筋腐蚀电流密度的影响，结果见图2所示。结果显示，在未加阻锈剂的砂浆中，钢筋的腐蚀电流密度较高，表明此时钢筋的腐蚀速率较快。掺加阻锈剂后钢筋的腐蚀电流密度均大幅降低，且随掺量增加，降低幅度更为明显。其中在0.4%和0.6%掺量时，掺加ZX-V有机阻锈剂的钢筋的腐蚀电流密度更低，说明该掺量下，有机阻锈剂对钢筋腐蚀抑制的效果最为明显。1.2%掺量时，则ZX-1无机阻锈剂对钢筋的腐蚀抑制效果更为显著。图3为两类阻锈剂在不同循环周期下对钢筋腐蚀电流密度的影响。结果显示，随着干湿循环的进行，基准钢筋最先出现腐蚀电流密度增加的情形，大致在第3个周期时，钢筋腐蚀电流密度就开始增加，且随着循环的进行，腐蚀电流密度增加的趋势越来越明显。腐蚀电流密度的极具增大，说明氯离子通过干湿循环作用已到达钢筋表面，并破坏钢筋表面钝化膜，加快基准钢筋锈蚀[3]。加人阻锈剂后，钢筋腐蚀电流密度长时间维持在钝化状态，其中ZX-1和ZX-V均在第8个循环时出现腐蚀电流密度增加的情形。与ZX-V相比，ZX-1在钢筋钝化膜破裂后腐蚀电流密度增幅更加明显，在15个循环时，三者腐蚀电流密度的大小关系为JZ＞ZX-1＞ZX-V。结果也说明，有机阻锈剂具有更优异的长期耐腐蚀性能，特别是在钢筋钝化膜破裂以后还具有较好的腐蚀抑制效果。
图2 两种阻绣剂掺量对砂浆中钢筋腐蚀电流密度的影响
图3 不同循环周期下阻绣剂对钢筋腐蚀电流密度的影响
4结论
（1）模拟液中电化学测试结果表明，随着有机阻镑剂和无机阻镑剂掺量的增加，钢筋的腐蚀电流密度均逐渐减小，均显著降低了钢筋腐蚀速率。相同阻镑效率下，有机阻镑剂需要的掺量相对更低，更加高效。
（2）随着砂浆干湿循环的进行，氯离子会逐渐到达钢筋表面，基准钢筋最先出现脱钝化；有机阻锈剂和无机阻镑剂均显著的延长了钢筋钝化膜初始破钝时间，而且有机阻镑剂对钝化膜破坏后的钢筋腐蚀抑制效果更为明显。
结束语
我国有机复合型阻锈剂的研究在国内还处于刚刚起步阶段，需加速对有机钢筋阻锈剂的组成、结构与性能的相进行研究，明确阻锈剂在钢筋表面吸附特性与阻锈机理，同时进行阻锈剂对混凝土的凝结特性、早期强度与后期强度的影响研究，从而设计制备出高效、可靠、适用、环保的钢筋阻锈剂，用来提升新老混凝土结构的耐久性，将具有非常广阔的应用前景。
参考文献：
[1]余亮，何旸，吕健，等.腐蚀环境下带裂钢筋混凝土的侵蚀作用研究[J].混凝土与水泥制品，2018（1）：27-31.
[2]宋宁.绿色化迁移性阻锈剂及对含氯盐砼中钢筋腐蚀行为的影响[D].烟台大学，2017.
[3]侯磊.新型迁移型阻锈剂在海洋钢筋混凝土结构中阻锈性能研究[D].青岛理工大学，2018.
论文作者:徐梅
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/3
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