交流干扰下钢筋在混凝土孔隙液中的腐蚀研究.pdf
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1、TOTAL CORROSION CONTROLVOL.37 No.09 SEP.202382腐蚀研究Corrosion Research技术交流干扰下钢筋在混凝土孔隙液中的腐蚀研究刘衍科1杨建宇1蒋鹏霄2(1.长沙理工大学土木工程学院,湖南 长沙 410000;2.中国建筑第五工程局有限公司,湖南 长沙 410000)摘 要:由于交流干扰对金属腐蚀具有一定的危害,为了探究交流电对A3碳钢在混凝土模拟溶液中腐蚀的影响,采用开路电位、动电位极化曲线、Mott-schottky测试等方法,研究了在交流电影响下A3碳钢在混凝土模拟溶液中的腐蚀行为。研究结果表明:在交流电的影响下,开路电位负移,极化曲线
2、钝化区变小,Mott-schottky曲线的施主浓度增大;在交流电的作用下,A3碳钢的钝化膜更难形成,钢筋更容易被腐蚀。关键词:交流干扰钢筋锈蚀钝化膜电化学实验中图分类号:TE88 文献标识码:A DOI:10.13726/ki.11-2706/tq.2023.09.082.05Study on Corrosion of A3 Carbon Steel in Concrete Simulation Solution Under ACLIU Yan-ke1,YANG Jian-yu1,JIANG Peng-xiao2(1.Changsha University Of Science&Techno
3、logy,Changsha 410000,China;2.China Construction Fifth Engineering Division Corp.,ltd.Changsha 410000,China)Abstract:As AC interference has certain harm to metal corrosion,in order to explore the influence of AC on A3 carbon steel corrosion in concrete simulated solution,the open circuit potential,po
4、tentiodynamic polarization curve and mott-schottky test were used to study the corrosion behavior of A3 carbon steel in concrete simulated solution under the influence of AC.The results show that under the influence of alternating current,the open circuit potential shifts negatively,the passivation
5、area of the polarization curve becomes smaller,and the donor concentration of the mott-schottky curve increases.Under the action of alternating current,the passivation film of A3 carbon steel is more difficult to form and the steel bar is more easily corroded.Key words:AC interference;steel corrosio
6、n;passivation film;electrochemical experiments作者简介:刘衍科(1996),男,湖南长沙人,硕士,主要研究方向为钢筋锈蚀。基金:国家自然科学基金资助项目(52209155)0 引言随着科技的不断进步,各种高压输电线路随处可见,由于地理环境等因素的影响,输电线路不可避免的与埋地管道等金属构件并行轨道,交流干扰随之而来。在长达一百多年的研究中,人们发现尽管在相同电流密度下,交流腐蚀速度远小于直流腐全面腐蚀控制第37卷第09期 2023年09月83腐蚀研究Corrosion Research技术蚀的速率,但交流干扰对金属腐蚀的危害仍然不可忽视。近年来,人
7、们对于埋地金属管道的交流干扰进行了大量的研究,通过实验现象、理论分析等方式总结出了法拉第整流模型、碱化机理、交流去极化机理、振荡机理、电致击穿机理 等典型的腐蚀模型。然而这些机理仅能解释各自所观察到的实验现象,由于交流腐蚀比较复杂,因此模型难以统一。钢筋混凝土构件是世界上用途最广的结构构件,其被用于各种结构设施当中,如房屋、桥梁、高压变电站、高速铁路等。而混凝土中的钢筋一旦锈蚀,生成的氧化产物导致体积膨胀使混凝土胀裂,使钢筋混凝土构件的耐久性下降甚至失效。近期李俊豪 的研究认为在交流电的电磁感应下,地铁隧道的结构钢筋产生的感应电流远大于直流制下产生的直流杂散电流。国内外大部分学者都认为,交流电
8、会对埋地金属管道危害程度较大,而忽视了交流电对钢筋混凝土构件的腐蚀。因此本文运用开路电位、极化曲线、Mott-schottky测试和观察试件腐蚀形貌等方式,研究交流电的影响下A3碳钢在混凝土模拟溶液中的腐蚀行为,以用于交流干扰下的钢筋混凝土构件提供参考。1 实验方法电化学测试实验材料选用A3碳钢(原Q235碳钢),其金相组织为铁素体加珠光体组织组成。其主要的化学成分(质量分数)为C 0.22%,Mn 1.4%,Si 0.35%,S 0.050%,P 0.045%,其余为Fe。实验所用溶液为混凝土模拟孔隙液,其溶质为0.001mol/lL Ca(OH)2+0.2 mol/L NaOH+0.6 m
9、ol/L KOH的混合溶液,PH值约为13.5。溶液采用纯净水配置,配置溶液的化学试剂均采用分析纯级。电化学实验装置示意图如图1所示,交流电路通过台湾普斯交流电源PS61005对试样施加交流电流,电路中串联一个10的电阻,通过改变交流电压大小来准确控制实验所需的交流电流的大小,电路中所包含的电容起到“通交阻直”的作用,防止电化学工作站提供的直流电流对交流电路的干扰,其电容容量为470uf,耐压值为25V;电化学工作站的工作电极线所串联一个感抗为20H的电感元件,型号为EI57X30,其内阻值大约为220,起到“通直阻交”的作用,能隔绝绝大部分的交流成分,防止交流电路对电化学工作站产生干扰。图1
10、 实验装置示意图电化学实验所用试样尺寸为直径8mm,长3cm的光圆钢筋,使用环氧树脂将钢筋部分面积密封,从而使得电极的工作面积约为3cm2,实验前将试样放入无水乙醇清洗,吹干后待用。电化学工作站选用RST5000系列电化学测试系统,测试交流电下A3碳钢在交流电下的电化学行为。实验采用经典三电极体系。工作电极为暴露面积约为3cm2的A3碳钢,由于溶液为高碱环境,饱和甘汞电极在高碱环境下不稳定,因此选用汞-氧化汞电极,辅助电极为石墨电极,测试电路如图所示。测试时设置不同的电流梯度(0、50、100、200、500A/m2)对A3碳钢电化学行为的影响。在实验正式开始之前,由于钢筋在空气中难免会生成一
11、层氧化膜,因此首先将工作电极在-1V下极化3min,以去除空气中生成的氧化膜的影响,接着TOTAL CORROSION CONTROLVOL.37 No.09 SEP.202384腐蚀研究Corrosion Research技术让工作电极在溶液中静置0.51h,待开路电位稳定后,施加交流电,探究交流电对钢筋开路电位的影响,然后待开路电位达到“较稳定”后,在施加电流的情况下进行动电位极化曲线的测试,扫描速度为0.001V/s,电位范围为相对于参比电极-11.1V。为了讨论交流电对钢筋钝化膜的影响,另选一组钢筋首先将工作电极在-1V下极化3min,以去除空气中生成的氧化膜的影响,然后将工作电极在0
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