模擬混凝土孔隙液中幾種有機(jī)緩蝕劑在碳鋼表面的吸附及緩蝕行為研究.pdf

1、鋼筋混凝土是當(dāng)前世界上使用最廣泛、用量最大的建筑工程結(jié)構(gòu)材料，混凝土中鋼筋的腐蝕破壞是混凝土結(jié)構(gòu)件失效的主要原因之一。添加緩蝕劑是一種較為有效的抑制鋼筋腐蝕破壞的手段，但目前鋼筋混凝土體系中，能夠同時(shí)抑制均勻腐蝕及局部腐蝕的緩蝕劑多為亞硝酸鹽等無(wú)機(jī)緩蝕劑，這類緩蝕劑往往具有一定的毒性。而較為綠色環(huán)保的有機(jī)緩蝕劑由于作用機(jī)制復(fù)雜、對(duì)局部腐蝕抑制行為較難觀測(cè)，研究相對(duì)較少。對(duì)均勻腐蝕及局部腐蝕具有良好抑制作用的有機(jī)緩蝕劑亟待研究。為克服傳統(tǒng)

2、電化學(xué)方法對(duì)緩蝕劑界面作用行為觀測(cè)困難等問(wèn)題，將光譜系統(tǒng)與電化學(xué)測(cè)試、分子模擬連用研究腐蝕行為細(xì)節(jié)、緩蝕劑的作用機(jī)制是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本論文的研究對(duì)象是丁二酰亞胺(SI)、L-脯氨酸(LP)、木質(zhì)素磺酸鈣(CLS)、羧甲基纖維素鈉(CMC)及油酸鈉(SO)五種有機(jī)分子;本論文的主要內(nèi)容是研究這五種緩蝕劑對(duì)Q235碳鋼在模擬鋼筋混凝土孔隙液中的吸附行為及緩蝕機(jī)理。在進(jìn)行研究之前，我們首先對(duì)五種有機(jī)分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并探索了一種適用于

3、檢測(cè)有機(jī)緩蝕劑在碳鋼表面對(duì)局部腐蝕作用行為的體系，即，pH值12.5含0.1mol/L NaCl的飽和Ca(OH)2溶液作為模擬鋼筋混凝土孔隙液（SCP溶液）。本論文的研究成果主要分如下幾個(gè)方面:
　　(1)通過(guò)進(jìn)行靜態(tài)失重實(shí)驗(yàn)、動(dòng)電位極化曲線慢掃、SEM-EDS及XPS測(cè)試研究了丁二酰亞胺(SI)、L-脯氨酸(LP)、木質(zhì)素磺酸鈣(CLS)、羧甲基纖維素鈉(CMC)及油酸鈉(SO)五種緩蝕劑對(duì)碳鋼在SCP溶液中的緩蝕行為，研究表

4、明，緩蝕劑對(duì)碳鋼腐蝕的抑制作用由大到小依次為CLS＞SO＞CMC＞SI＞LP。其中，CLS對(duì)碳鋼在SCP溶液中的均勻腐蝕及局部腐蝕均有良好的緩蝕作用，在添加量為0.001mol/L時(shí)，靜態(tài)失重測(cè)得緩蝕率達(dá)到98％以上，極化曲線鈍化區(qū)范圍約960mV，CLS對(duì)小孔腐蝕有較強(qiáng)的抑制作用。SO和CMC的緩蝕率在添加量為0.0008mol/L時(shí)分別為77％及61％。SI及LP對(duì)碳鋼在SCP溶液中不具有緩蝕性能，添加LP后，伴隨緩蝕劑濃度增加，試

5、樣表面腐蝕反而加速。
　　(2)對(duì)CLS及SO對(duì)碳鋼在SCP溶液中的緩蝕機(jī)理進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，CLS分子中的-SO3基團(tuán)能夠與鈍化膜上富集的Ca發(fā)生吸附，形成“Ca-O-S共吸附”結(jié)構(gòu)，是一種物理吸附，其苯環(huán)基團(tuán)能夠形成離域的π鍵與界面Fe的3d空軌道配位，形成化學(xué)吸附。CLS既有化學(xué)吸附又有物理吸附，與界面結(jié)合吸附能較高，形成的膜層較為致密、牢固，因此對(duì)均勻腐蝕和局部腐蝕抑制良好。SO分子溶于水后帶有負(fù)電荷，會(huì)自發(fā)向在SCP

6、溶液中帶有正電荷的碳鋼表面擴(kuò)散，極性的羧基吸附在碳鋼表面，而非極性的長(zhǎng)碳鏈向碳鋼外部排布，在鈍化膜的表面形成了一層新的阻隔層，對(duì)溶液中Cl-離子有一定的阻隔作用，顯著地降低了試樣表面Cl元素含量，該緩蝕機(jī)理得到有機(jī)分子在金屬/溶液界面吸附機(jī)理的支持。
　　(3)采用熒光顯微鏡觀測(cè)了在未添加及添加了五種有機(jī)緩蝕劑的SCP溶液中浸泡10h后試樣表面膜層的結(jié)構(gòu)，通過(guò)觀測(cè)添加不同緩蝕劑后試樣表面在熒光顯微鏡下發(fā)出熒光顏色及強(qiáng)弱，驗(yàn)證了有機(jī)

7、緩蝕劑在鈍化體系中“吸附膜-鈍化膜-基體”的雙層膜結(jié)構(gòu)。
　　(4)通過(guò)測(cè)定試樣在分別添加五種緩蝕劑的SCP溶液中浸泡7200h的長(zhǎng)期靜態(tài)失重實(shí)驗(yàn)，研究了五種緩蝕劑的長(zhǎng)期緩蝕性能，其緩蝕率從高到底依次為CLS＞SO＞CMC＞SI＞LP，整體趨勢(shì)與720h失重實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。SI、LP及CMC在長(zhǎng)期失重實(shí)驗(yàn)中失去緩蝕效果，SO僅在添加量高于0.0008mol/L時(shí)緩蝕率超過(guò)75％。CLS在低濃度也具有一定的緩蝕效率，添加量為0.000

8、2mol/L時(shí)，緩蝕率為75％，添加量在0.0008mol/L以上時(shí)，緩蝕率大于93％，是一種適用于長(zhǎng)期使用的有機(jī)緩蝕劑。
　　(5)首次采用了顯微紅外成像系統(tǒng)對(duì)添加緩蝕劑SCP溶液浸泡10h后試樣表面進(jìn)行顯微紅外成像觀測(cè)，研究了五種緩蝕劑在碳鋼表面的吸附行為。并首次通過(guò)官能團(tuán)分布圖測(cè)試觀測(cè)到了CLS中的紫丁香基團(tuán)對(duì)小孔的特性吸附，CLS的特性吸附得到軟硬酸堿理論的支持。
　　(6)通過(guò)對(duì)五種緩蝕劑的量子化學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，根