氯盐侵蚀混凝土结构延寿技术初探Ⅰ——模拟孔隙液中6种胺类有机物阻锈性能分析.pdf
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1、第 1 7 卷第 4期 2 0 1 4年 8月 建筑材料学报 j oURNAL OF B UI LDI NG MATE RI ALS V01 1 7, No 4 Au g, 2 01 4 文章编号 : 1 0 0 7 - 9 6 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 5 7 2 0 7 氯盐侵蚀混凝 土结构 延寿技术初探 I 模拟孔隙液 中 6种胺类有机物阻锈性能分析 许 晨 , 金伟 良 , 章思颖 ( 1 浙江大 学 结 构 工程研究 所 , 浙 江 杭 州 3 1 0 0 5 8 ; 2 浙江 大学 宁波理 工学 院 土木 建筑 工程 学院 , 浙江 宁波 3 1 5 1 0 0
2、) 摘要 :采用动电位极化测量和电化学阻抗谱法, 结合氯 离子浓度、 阻锈剂浓度及溶液 p H值这 3个 影响 因素 , 研 究 6种胺 类有机 物 ( 三 乙烯 四胺 、 二 甲胺 、 N, N一 二 甲基 乙醇胺 、 1 , 6 一 己二 胺 、 胍 及 乙醇 胺) 在有氯盐存在的模拟混凝土孔隙液 中对钢筋锈蚀行为的影响 结果表明: 随着氯离子浓度的增 加 , 同一 阻锈 剂 的 阻锈 能 力 下 降 ; 相 同氯 离子 浓 度 下 , 不 同的胺 类 阻锈 剂 阻锈 效 果 不 同; 在 P H一 1 2 5 O情况 下 , 当阻锈 剂浓度与 氯 离子浓度 比值接 近 1时 , 二 甲胺
3、 、 1 , 6 一 己二胺 、 胍及 三 乙烯 四胺 的 阻锈 效果 比较理 想 , 而 乙醇胺 和 N, N一 二 甲基 乙醇胺 阻锈 能 力较 弱 ; 当 阻锈 剂 浓度偏 低 时 , 其 没 有 明显的 阻锈 效 果 , 甚 至有 可能形成 阳极 腐蚀 而加 速钢 筋腐蚀 ; 随 着溶 液 P H 值 的 降低 , 钢 筋的耐 蚀 性 能 降低 , 同一 阻锈 剂的 阻锈效 果下 降 关键 词 :胺 类 阻锈 剂 ;钢筋 ;氯 离子 ;动 电位极化 测 量 ;电化 学阻抗谱 ; p H 值 中图分类 号 : TU3 7 5 文献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9
4、j i s s n 1 0 0 7 - 9 6 2 9 2 0 1 4 0 4 0 0 3 Pr e l i mi n a r y S t u d y o n S e r v i c e Li f e Ex t e ns i o n o f Co nc r e t e S t r u c t u r e s u nd e r Ch l o r i d e En v i r o n me n t m Ef f e c t i v e ne s s o f Si x Ami ne - Ba s e d I n hi b i t o r s f O r S t e e l i n Chl o r i
5、 d e - Co nt a mi n a t e d S i mu l a t e d Co nc r e t e Po r e S o l u t i o ns XU C h e n , - , N W e i l i a n g , ZHANG S i yi n g ( 1 I n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g,Z h e j i a n g Un i v e r s i t y,Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ,Ch i n a ; 2 S c h o o l o f Ci
6、v i l E n g i n e e r i n g& Ar c h i t e c t u r e ,Ni n g b o I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y ,Z h e j i a n g Un i v e r s i t y ,Ni n g b o 3 1 5 1 0 0,Ch i n a ) Ab s t r a c t :Th e e f f e c t i v e n e s s o f s i x a mi n e b a s e d i n h i b i t o r s ,i e t r i e t h y l e n t e
7、 t r a mi n e ,d i me t h y l a mi n e ,N , N d i me t h y l e t h a n o l a mi n e ,e t h a n o l a mi n e ,1 , 6 - h e x a n e d i a mi n e , g u a n i d i n e ,i n p r e v e n t i n g c a r b o n s t e e l c h l o r i d e - i ndu e e d c o r r o s i o n i n c hl o r i de - c o nt a m i n a t e d
8、s i mul a t e d c on c r e t e p or e s ol u t i on s wa s i nv e s t g a t e d Co r r o s i o n b e h a v i o r s of s t e e l i n d i f f e r e nt s o l ut i o ns w e r e o bs e r v e d by m e a ns o f e l e c t r o c he mi c a l po t e nt i od y na mi c po l a r i z a t i o n a n d e l e c t r o
9、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 ) Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e e f f e c t i v e n e s s o f a mi n e b a s e d i n hi b i t o r s i S r e l a t e d t o t h e pH v a l u e o f t he s o l ut i on。i n hi b i t o r s c o nc e n t r a t i on s a nd c hl o r i d
10、e i o n c o n c e n t r a t i on s The r e s ul t s i nd i c a t e t ha t 。t he d r op o f P H v a l u e a nd t he i n c r e a s e o f c hl o r i de i 0 1 2 c onc e nt r a t i on wou l d r e s u l t i n t he de c l i n e of c o r r o s i o n r e s i s t a nc e o f r e i nf or c e d s t e e 1 i n t h
11、e s o l ut i o n wi t h s a m e i nh i bi t or s c o n c e n t r a t i 0 n At s a me i n h i b i t o r s c o n c e n t r a t i o n a n d c h l o r i d e i o n c o n c e n t r a t i o n。d i f f e r e n t a mi n e b a s e d i n h i bi t or s h a v e di f f e r e n t i nhi b i t i ng e f f e c t i n p
12、r e v e n t i ng c a r b o n s t e e l c hl o r i d e i nd uc e d c o r r o s i o n I n c a s e of 收稿 日期 : 2 0 1 3 - 0 4 0 1 ;修订 日期 : 2 0 1 4 0 1 - 0 1 基金项 目: 国家 自然科 学基金 重大 国际合 作项 目( 5 0 9 2 0 1 0 5 8 0 6 ) 宁波市科 技创 新团 队项 目( 2 0 1 1 B 8 1 0 0 5 ) ; 质 检总局 公 益性 科研 项 目 ( 2 0 1 2 1 0 2 2 9 2 ) ; 杭 州市科技计划
13、项 目( 2 0 1 3 0 5 3 3 B 1 8 ) ; 浙江省 自然科学基金资助项 目( L Q1 4 E 0 8 0 0 1 0 ) ; 科研发展专项 ( 2 0 1 4 F Z A 4 0 1 8 ) 第 一作者 : 许晨( 1 9 8 4 一 ) , 男 , 浙江杭州人 , 浙 江大学助理研究员, 博士 E ma i l : z j u x u c h e n z j u e d u c n 通 信作者 : 金伟 良( 1 9 6 1 一 ) , 男 , 浙江杭州人 , 浙江大学教授 , 博士生导师, 博士 E ma i l : j i n wl z j u e d u c a 学
14、兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4 期 许晨 , 等 : 氯盐侵蚀混凝土结构延寿技术初探 I 模拟孔隙液 中 6种胺类有机物阻锈性能分析 5 7 3 pH 一 1 2 5 0,whe n t he c on c e n t r a t i o n r a t i o o f a m i ne ba s e d i nhi b i t o r s a n d C1 一 i s c 1 o s e t o 1 。t r i e t hy l e n t e t r a mi ne, d i me t hy l a mi ne, 1,6 一 he xa ne d i
15、 a mi ne a n d gu a n i di n e c l e a r l y de l a y t h e s t a r t o f c or r o s i on 。N N di m e t hy l e t ha no l a mi ne a nd e t ha no l a m i ne h a v e l i t t l e e f f e c t o n t he s t e e 1 He nc e a m i n e s b a s e d i n hi b i t o r s。 t r i e t h yl e nt e t r a m i n e,d i me t
16、 h yl a m i n e,1, 6 - he xa n e d i a mi ne a n d gu a ni d i ne c a n b e u s e d a s c o r r o s i on i nh i bi t or s f o r e l e c t r o c h e mi c a l i n j e c t i o n i n c h l o r i d e p o l l u t e d c o n c r e t e Ke y wo r d s : a mi n e b a s e d i n hi bi t o r; r e i nf o r c i n g
17、s t e e l ; c hl o r i de ; p ol a r i s a t i on; e l e c t r o c he mi c a l i m pe da n c e s p e c t r o s c o p y ( EI S) ;p H v a l u e 处 于海 洋环 境 中的 钢筋 混 凝 土 结 构 , 当氯 离 子 侵入 并在 钢 筋表 面 累 积 到 一定 浓 度 后 , 将 引 起 钢 筋 的锈 蚀 , 导致 结构性 能 退化甚 至 提早破 坏 口 如 何 延 长已受氯盐侵蚀的钢筋混凝土结构 的使用 寿命 , 成 为学 术界 和工 程 界 的 重要 研
18、究 课 题 之 一 电化 学 除 盐技术 2 虽能有效地将混凝土 中的氯离子排除, 但 这只能消除诱发钢筋锈蚀 的外部因素 电化学除氯 后 , 若钢筋仍处于活化状态, 则钢筋将继续锈蚀 受碳化混凝土中阻锈剂电迁移研究 5 的启发 , 将阻锈剂电迁移技术应用于氯盐侵蚀环境下的混凝 土结构 中, 可在氯离子排除的同时将阻锈剂电迁移 至钢筋表面。 这样既消除了引起钢筋锈蚀 的外 因, 又 能阻止钢筋继续锈蚀 , 不失为一种很好的受氯盐侵 蚀混凝土结构的延寿技术 此方法被命名 为双 向电 渗技术 , 这项技术的关键之一是找到一种既有 阻锈 能力又有电迁移能力 的阻锈剂 国内有学者作过相 关研究 , 但
19、未对阻锈剂 的阻锈效果作详细研究 8 本 文采 用 动 电位 极化 测 量 g 和 电化学 阻抗 谱 法 1 。 。 , 在 模拟混凝土孔隙液中, 结合氯离子浓度、 阻锈剂浓度 及溶液 p H值这 3个因素 , 研究 6种胺类有机物( 三 乙烯 四胺 、 二 甲胺、 N, N一 二 甲基 乙醇胺 、 1 , 6 一 己二 胺 、 胍及 乙醇 胺) 在 有氯 盐存 在 的模拟 混凝 土孔 隙液 中对钢筋锈蚀行为的影响 , 为双向电渗技术 的开发 与应用 选 出合适 的 阻锈剂 1 试 验 1 1 钢 筋样 片 的制备 采用 直径为 1 4 0 0 mm 的 Q 2 3 5光 圆钢筋 为试验 材
20、料 , 用 精 细切割 仪 S YJ 一 2 0 0将 钢 筋 切成 2 0 0 mm 厚 的 均 匀 薄 片 试 验 前 , 先 将 钢 筋 样 片 用 6 5 3 8 0 m的金相砂 纸 逐 级 打磨 , 经 去离 子 水 清 洗 后 , 再用无水 乙醇清洗 , 然后存放在无水乙醇中备用 测 试时, 将样片放人专 门的样片支持体 1 妇中, 作为工 作 电极 , 钢筋 薄 片暴露 在溶 液 中的面 积为 1 0 0 c m。 1 2电解 液配 制 试验 以饱 和 C a ( 0H) 。 +0 0 1 mo l L Na OH 溶 液作为模拟混凝土孔隙液 】 引, 测定不 同条件下钢筋 的阳
21、极极化曲线和电化学 阻抗谱 阻锈剂名称及分 子式 如 表 1所 示 ; 电解 液 配 制 如 表 2所 示 , 其 中 , 0 1 0 , 0 3 0 mo l L分别为氯离子阈值浓度 的上限值 和下 限 值口 另 外 提 供 两 种 参 照 溶 液 : 一 种 以 Na N O。 为 阻锈剂 ( 编 号 为 m) , 其 他 条 件 不 变 ; 另 一 种是 不加 阻锈 剂 的 空 白溶 液 ( 编号 为 n ) , 其 他 条 件 不变 采用 Na HC O 。调 节 溶 液 p H 值 溶 液 用 去 离 子水 配置 , 化学 试 剂 等级 为 分 析 纯 测试 前 , 将 钢 筋 样
22、片在 待测 溶液 中浸 泡 1 h 表 1 待测阻锈剂的分子式 Tabl e 1 For m ul a of ru st i nhi bi t or Di me t h y l a mi n e ( CH3 ) 2 一 NH Gu a n i d i n e HN C( NH2 ) 2 1 , 6 - h e x a me t h y l e n e d i a mi n e H2 N CH2 ( CH2 ) 4 CH2 一 NH2 Et h a n o l a mi n e HO( CH2 ) z NH2 Tr i e t h y l e n e t e t r a mi n e NH2 一
23、 CH2 C H2 一 ( NHCH2 CH2 ) 2 一 NH N, N d ime t h y l e t h a n o l a mi n e ( CH3 ) 2 ( CH2 CH2 OH) 一N 表 2电解液配制 Ta b l e 2 Ch e mi c a l c o m p o s i t i o n o f s o l u t i o n s 1 3 仪 器设 备及 参数 设置 试 验采 用 三 电 极 系 统 , 工 作 电 极 为 表 面 积 为 1 0 0 e m。的 钢 筋 薄 片 , 参 比 电极 为 饱 和 甘 汞 电极 ( S C E ) , 辅 助 电极 为 表
24、面 积 为 2 O 0 c m。的 铂 片 电 极 电化 学测试 均 用 电化 学工 作站 Re f e r e n c e 6 0 0进 行 , 控制室温为 2 O 2 5 动 电位阳极极化 曲线测 试从低于开路电位 1 5 0 mV 处开始扫描 , 至电流密 度 大于 1 0 mA c m。为止 , 扫描 速率 为 0 1 6 7 mV s 电化学阻抗谱测量在腐蚀 电位下进行 , 频率范围为 0 0 1 1 0 0 0 0 0 Hz , 振幅为 5 mV 动 电位阳极极化 曲线数据由电化学工作站 R e f e r e n c e 6 0 0自带 的分 析 软件 Ga mr y E c h
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