疏水功能型有机阻锈剂的阻锈作用和机理

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内掺型有机阻锈剂是提高钢筋混凝土耐腐蚀性能与耐久性的最有效手段之一。然而传统的内掺型有机阻锈剂往往功能单一,只能提高钢筋本身的耐腐蚀性,对混凝土的孔结构与抗渗性无明显优化作用,甚至会导致不可忽视的负面影响。疏水功能型有机阻锈剂同时具有多位点吸附基团与强疏水基团,既能提高钢筋的耐腐蚀性,又能改善混凝土孔结构、提高孔壁疏水性,可以有效提高严酷海洋环境中钢筋混凝土的耐久性。为了厘清疏水功能型有机阻锈剂的阻锈作用与阻锈机理,本文研究了疏水功能型有机阻锈剂在钢筋表面的吸附行为及其对钢筋腐蚀行为的影响,并研究了疏水功能型阻锈剂对对硬化水泥浆体孔结构、疏水性的改善作用,以及对混凝土抗渗性与耐久性的影响。本文的主要研究结果如下:(1)在模拟混凝土孔溶液中,疏水功能型有机阻锈剂会水解为两部分,一部分为包含C=O、O-H等强吸附基团的多位点吸附组分,溶解于水中,吸附在钢筋表面。另一部分为包含-COO、C-H等憎水基团的强疏水组分,与孔溶液中的Ca2+反应生成不溶性脂肪酸钙沉淀。(2)在模拟混凝土孔溶液中,疏水功能型有机阻锈剂能在钢筋表面有效吸附,吸附量与阻锈剂掺量有关,阻锈剂掺量越大,吸附量越大,阻锈效果越好。钢筋腐蚀发生前(前7 d),疏水功能型有机阻锈剂的早期吸附速度较快,阻锈剂吸附在钢筋表面后,能提高诱发钢筋腐蚀的临界氯离子浓度,促使钢筋的开路电位正移、延迟腐蚀发生的时间。当钢筋腐蚀发生后,疏水功能型有机阻锈剂吸附速度变慢,但仍能持续吸附在钢筋表面,降低钢筋腐蚀速度,并且促使形成更致密的腐蚀产物(α-Fe2O3),阻碍腐蚀的进一步发生。(3)疏水功能型有机阻锈剂会一定程度上延缓水泥浆体的水化进程,并消耗氢氧化钙生成不溶性脂肪酸钙以填充硬化浆体孔隙,发挥堵孔作用与疏水作用:一方面可以改善硬化水泥净浆的孔结构,减小孔径、降低孔隙率(降低5.0%~13.7%),减少有害孔;另一方面可以提高水分在硬化水泥浆体表面的接触角(提高约3-4倍),降低硬化水泥浆体的毛细吸水速率与毛细吸水率(降低24.3%~48.6%)。(4)在钢筋混凝土中,疏水功能型有机阻锈剂能发挥显著的阻锈作用与疏水作用。掺入阻锈剂后,混凝土中钢筋的开路电位正移200 m V以上,阻抗提升5倍以上,钢筋的耐腐蚀性大幅度增强。此外,混凝土的疏水性有效提高(阻锈剂掺量为4 wt.%,混凝土的平均接触角增大约38.9°),吸水率减低54.2%~64.3%,说明疏水功能型有机阻锈剂显著提高了混凝土的抗渗性。此外,疏水功能型有机阻锈剂还可明显延缓氯离子在混凝土中的渗透,大幅度降低混凝土中的氯离子渗透深度(降低57.8%~76.1%)与浓度(阻锈剂掺量为4 wt.%时可降低58.9%),显著提高了钢筋混凝土的抗氯离子侵蚀能力。
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