温度对钢筋在模拟混凝土孔隙液中点蚀性能的影响.pdf
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1、第 1 8卷第 6期 2 0 1 5年 l 2月 建筑材料学报 J OURNA1 OF BUI LDI N f G M ATERI ALS Vol I 1 8 No 6 De c , 2 0l 5 文章编号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 9 9 9 0 7 日 皿 度对钢 筋在 模拟混凝 土孔隙液 中点蚀性 能的影响 刘 明 , 程 学群 ( 1 北京科技大学 腐蚀与防护中 李晓刚 , 金 柱 , 刘海 霞 , 高 鑫 心 , 北京 1 0 0 0 8 3 ; 2 北京科技大学 冶金工程研究院, 北京 1 0 0 0 8 3 ) 摘 要 : 应 用动
2、电位 极 化 、 电化 学 阻 抗谱 ( E I S ) 、 Mo t t - S c h o t t k y曲 线、 恒 电位 极 化 和 浸 泡 方 法研 究 了 HR I M0 0钢筋在 N a C l 质量 分数 为 0 1 的饱和 C a ( OH) 。 模 拟 混凝 土 孔 隙液 中的点蚀 性 能 结果 表 明 : 随 着模 拟液 温度 的升 高, HR B 4 0 0钢 筋的 自腐 蚀 电位 负移 , 腐蚀 电流 密度 增 大 , 点蚀 电位 降低 , 钝 化膜阻抗降低; 发生点蚀的孕育期缩短 , 点蚀敏感性增加 ; 均匀腐蚀速率增大且其表面在较高的温度 下出现 了明显的点蚀坑;
3、 在不同模拟液温度下, HR B 4 0 0钢筋的半导体类型和性质发生了改变 关键词 : 动电位极化 ;电化学阻抗谱 ; 钝化膜;点蚀 ;浸泡 中图 分类 号 : T U5 0 2 ; T U5 1 1 3 2 文献标 志 码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 5 O 6 0 1 5 I nf l u e nc e o f Te mp e r a t u r e o n Pi t t i n g Co r r o s i o n o f St e e l Re b a r i n S i mu l a t e d C
4、o n c r e t e Po r e S o l u t i o n LI UMi n g , CHENG Xu e q u n , LI Xi a o ga n g , JI N Z h u , LI U Ha i xi a , GAO Xi n ( 1 Co r r o s i o n a n d P r o t e c t i o n C e n t e r ,Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Be ij i n g,B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ,Ch i n a ; 2
5、 Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Me t a l l u r g y En g i n e e r i n g,Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y B e ij i n g,Be ij i n g 1 0 0 0 8 3 ,C h i n a ) Ab s t r a c t :Th e e l e c t r o c h e mi c a l b e h a v i o r s o f HRB 4 0 0 s t e e l r e b a r s p e c
6、i me n s we r e i n v e s t i g a t e d b y p o t e n t i o d y n a mi c p o l a r i z a t i o n,e l e c t r o c h e mi c a l i mp e n d e n c e s p e c t r o s c o p y ( EI S ) ,Mo t t S c h o t t k y c u r v e ,c o n s t a n t p o t e n t i a l p o l a r i z a t i o n a n d i mme r s i o n t e s t
7、 i n C a ( OH) 2 s a t u r a t e d s o l u t i o n c o n t a i n i n g 0 1 ( b y ma s s )Na C 1 Th e r e s ul t s s ho w t ha t wi t h t he i n c r e a s e o f t he s o l u t i o n t e m p e r a t u r e , c o r r o s i o n p ot e nt i a l a nd pi t t i ng c o r r o s i on p ot e nt i a l de c r e a
8、s e,c or r os i o n c ur r e nt d e ns i t y i n c r e a s e s,t h e i mpe d a n c e o f p a s s i v e f i l m d e c r e a s e s The s e mi c o n d u c t i v e s t y l e s a n d p r o p e r t i e s o f p a s s i v e f i l m c h a n g e a t d i f f e r e n t s o l u t i o n t e mp e r a t u r e s Th
9、e p r e g n a n c y t i me o f p i t t i n g c o r r o s i o n i s s h o r t e n e d a n d t h e s e n s i t i v i t y o f p i t t i n g c o r r o s i o n i n c r e a s e s r e ma r k a b l y a s t h e S O l ut i o n t e mpe r a t ur e i nc r e a s e s I n a dd i t i o n,wi t h t he i nc r e a s e o
10、f s o l ut i on t e m p e r a t ur e,t he u ni f or m c or r os i o n r a t e o f HRB4 00 s t e e l r e b a r i nc r e a s e s ,s e r i o us pi t t i ng c o r r o s i on a pp e a r e s on t h e s u r f a c e of t he s pe c i me ns a t hi ghe r s o l ut i on t e m p e r a t u r e s Ke y wo r d s :p o
11、 t e n t i o d y n a mi c p o l a r i z a t i o n;e l e c t r o c h e mi c a l i mp e d a n c e s p e c t r o s c o p y ( EI S ) ;p a s s i v e f i l m;p i t t i ng c o r r o s i on:i mm e r s i o n HR B 4 0 0钢筋 具有 强度 价格 比高 , 质量 稳 定 , 机 械 、 焊 接 、 抗 震 等性 能 良好 的优 点 , 已 成 为 中 国混 凝 土结构的主导钢筋 。 但混凝土结构 中的钢
12、筋会 因 腐蚀生锈而发生体积膨胀 , 破坏钢筋 和混凝土之 间 的黏结 , 严重时会导致混凝土保护层脱落 , 使结构承 载能力 下 降甚 至破 坏 一 般情 况下 , 处 于混 凝 土 结 构 中的钢 筋 表 面形 成了一层钝化膜 , 这层钝化膜在高碱性 的环境中是 稳 定 的 当环境 中存 在 的氯 化 物进 入 到 混 凝 土 中且 钢筋界 面上 的氯 化 物含量 达 到 引起 钢 筋锈蚀 的临 界 收稿 日期 : 2 0 1 4 0 6 3 0 ;修订 日期 : 2 0 1 4 0 7 3 0 基金项 目: 国家重点基础研究发 展计划 ( 9 7 3计划) 项 目( 2 O 1 4 C
13、B 6 4 3 3 O 0 ) ; 国家科技基础条件平台建设项 目 第一作者 : 刘 明( 1 9 8 7 一 ) , 男 , 甘肃 定西 人, 北京科技大学博士生 E - ma i l : l i u mi n g 8 7 0 3 1 3 s t u x t u e d u c n 通信作者 : 李 晓刚( 1 9 6 3 一) , 男 , 湖北广水人, 北京科技大学教授 , 博士生导师 , 博士 E ma i l : l i x i a o g a n g u s t b e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 8卷 值时,
14、 就会破坏这层钝化膜 , 使钢筋失去保护而导致 锈蚀 由氯化物和混凝土碳化引起的钢筋腐蚀行为 已有大量的研究报道L 7 。 引 实际上 , 由于钢筋服役的 环 境温度 差异 很 大 , 因 此环 境 温 度对 钢 筋 的 腐蚀 行 为可能会有很大影响 然而, 关于温度对钢筋腐蚀行 为 的影 响研究 相 当匮 乏 , 而且 研 究 结果 也 存 在 很 大 差 异 1 3 - 1 5 为 了深 入 理 解 温 度 对 HR B 4 0 0钢 筋 腐 蚀 行 为的影响 , 本 文采用 电化学 测试 结 合浸 泡试 验 , 研 究 了 HRB 4 0 0钢筋 在 Na C I 质 量分 数 为 0
15、1 的 饱 和 C a ( OH) 模 拟混 凝土 孔 隙液( 以下 简称 为模 拟 液) 中的腐蚀行为, 考察了模拟液温度的变化对电化 学腐蚀过程和腐蚀性能的影 响 应用 电化学极化和 电化学阻抗谱解析 、 Mo t t - S c h o t t k y曲线 、 恒 电位极 化 和数据拟 合 技术 获 得 电 化学 腐 蚀 的 主要 参 数 , 同 时通 过浸泡 试验 获得 不 同浸 泡温 度下钢 筋 的平 均腐 蚀速率 和 腐 蚀 损 伤形 态 通 过 这 些 分 析 来 阐 明 HR B 4 0 0钢筋在不 同温度模拟液 中的腐蚀机理 , 为 提 高 HRB 4 0 0钢 筋 在 模
16、拟 液 中 的 耐 腐 蚀 性 提 供 依 据 1 试验方法 试验材料采用 HR B 4 0 0钢筋 , 该钢筋化学组成 ( 质 量分 数) 为 : C 0 2 0 , S i 0 5 7 , Mn 0 5 7 , S 0 0 2 4 ,P 0 01 7 ,Ni 0 0 4 ,Cr 0 08 , V 0 0 5 4 , 余量为 F e HR B 4 0 0 钢筋经线切割加工 成 1 0 mm1 0 mm3 mm 片状试样 , 作为电化学测 试试样 , 非工作面部分用耐高温环氧树脂密封 , 与腐 蚀介质绝缘 ; 工作面积为 1 c m , 用 1 5 0 8 0 0号水砂 纸依次打磨后再用去离子
17、水和无水 乙醇清洗 , 在空 气中干燥后备用 腐蚀溶液 为 Na C 1 质 量 分数 为 0 1 的饱 和 C a ( 0H) z 模拟混凝土孔隙液 , 采用去离子水和分析 纯 化学试 剂 配制而 成 模 拟液 的温度 T 在恒 温 电热 水 浴锅 上 调 节 电 化 学 测 试 在 P AR S T AT 2 2 7 3电 化学测试系统上进行, 电解池为 1 L的玻璃电解池 电化学测量采用三电极体 系, 研究 电极为 HR B 4 0 0 钢筋试样, 辅助电极为铂 电极 , 参比电极选用饱和甘 汞 电极 ( S C E) 极化 曲线 的测 量 在 丁 s 为 2 5 , 4 0 , 6 0
18、 , 8 O的模拟液中进行 , 待置于模拟液中的试样开路 电位 ( OC P ) 稳定 后 , 采 用 动 电位 扫 描 方 法进 行 极 化 曲线测试 动 电位扫描范 围从阴极相对于开路 电位 一 2 5 0 mV扫描到阳极方 向, 扫描速率为 1 mV s , 当 阳极 电流密 度 为 l mA 时停 止扫 描 电化 学 阻 抗 谱 测试 的频率 范 围为 1 0 0 k Hz 1 0 mHz , 阻 抗测 量 信 号幅值为 1 0 mV正弦波 测定结果利用 Z s i mp Wi n 软件进 行 解 析Mo t t S c h o t t k y曲 线 测 试 频 率 为 1 k Hz
19、, 电位极化 范 围为 一 0 6 0 8 V, 交 流 激 励信 号幅值 为 1 0 mV 点蚀 的孕育期在 T s 为 2 5 , 4 O , 4 5 和 5 0 的模 拟液 中进行 测 量 , 外 加 +4 0 0 mV( 相 对 于 S C E ) 的直流 电压 。 , 持 续 1 h记 录 电流 随时 间 的变化 , 并 观察腐 蚀 电流密度 ( i 。 ) 是 否发 生 突变 并 持续增 长 浸泡试验采用 5 0 mm2 5 mm( 3 4 ) mm 的 挂片 试 样 , 每 组 3个 平 行 样 ; 将 加 工 好 的试 样 用 1 5 0 8 0 0号水 砂纸 逐级 打磨 ,
20、测 量 尺 寸并 称 重后 将 试样分别浸泡于模拟液 中, 腐蚀时间为 7 d , 采用失 重法计算试样 的均匀腐蚀速率 在浸泡试验过程 中, 采用电热恒温水浴锅加热 2 试验结果与讨论 2 1 温 度对 HR B 4 0 0钢 筋极 化行 为 的影响 图 1 ( a ) 为 HRB 4 0 0钢筋在 2 5模拟液( Na C 1 质量分数分别 为 0 , 0 1 , 0 5 , 1 0 ) 中的极 化 曲线 由图 1 ( a ) 可见 , 在 Na C 1 质量分数为 0 5 的模拟液中, HR B 4 0 0钢筋的点蚀 电位显著负移 , 而 在 N a C 1 质量分数为 0 1 的模拟液
21、中, HRB 4 0 0钢 筋的极 化 曲线 形状 与不 含氯离 子时 的极化 曲线差 异 不大 说明在 Na C 1 质量分数为 0 1 的 2 5模拟 液 中 , HRB 4 0 0钢筋表 面 的钝化膜 比较完 整 , 所 以选 择 N a C 1 质量分 数为 0 1 的饱和 C a ( OH) : 溶液 作 为基础模 拟液 , 考察 温度变 化对 钢筋钝 化行 为的 影响 图 1 ( b ) 为 HRB 4 0 0钢筋在不同温度基础模拟 液中的动电位极化 曲线 表 1为采用 Ta f e l 外推法 拟合的电化学参数 , 其 中的 E 。 为 自腐蚀 电位 ; E 为点蚀 电位 ; b
22、 为 阳极 T a f e l 斜 率 ; b 为 阴极 T a f e l 斜率 ; i 。 为 自腐蚀 电流密度 当电化学极化 的净 电 流密度为零时, 对应的极化电位为自腐蚀电位 E 。 由图 1 ( b ) 可 见 , 随 着 模 拟液 温 度 的 升 高 , 钢筋 的 自 腐蚀 电位逐渐下降 当模拟液温度为 2 5 , 4 0时 , HR B 4 0 0钢筋的阳极极化曲线直接进入钝化 区, 没 有表 现 出明显 的活化一 钝 化过 度转 变特 征 由表 1 可 见 , 随着模拟液温度的升高 , 钢筋的 自腐蚀电流密度 。 增大 , 即钢筋 的腐蚀速率增大 当电极 电位 升高 到某 一
23、值 时 , 自腐 蚀 电流 密 度 迅 速 增 大 , 发 生 了 点 蚀 , 且点蚀电位随着模拟液温度的升高而明显负移 原 因是 随着温 度 升 高 , 钢 筋表 面 钝 化膜 上 吸 附 氧 的 热 运动逐 渐加 剧 , 而溶解 氧浓 度下 降 , 从 而改 变 了溶 解 氧与钢 筋表 面 钝 化 膜上 吸附 氧 之 间 的吸 附 平衡 , 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 刘 明 , 等 : 温度对钢筋在模拟 混凝土孔隙液 中点蚀性能 的影 响 l g ( 1 i l ( c m。 2 ) ) ( a ) Wi t h d i f f e r e
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