目前,大宗生命线工程主要采用钢筋混凝土结构,然而,钢筋混凝土结构的耐久性问题日益严重,对工程的寿命造成了极大的危害。钢筋锈蚀是造成混凝土耐久性破坏的主要因素。混凝土在正常情况下碱性较高,混凝土中的钢筋表面会形成一层稳定的钝化膜,若混凝土中存在大量氯盐或发生碳化,钢筋表面钝化膜就会被破坏,导致钢筋锈蚀。为抑制有害物质对钢筋的腐蚀,在混凝土中掺入钢筋阻锈剂,是现今经济有效、简单易行的方式。本文针对青岛地铁某站点应用的一种以亚硝酸盐为主要阻锈成分的复合型阻锈剂,通过碳钢在不同阻锈剂掺量、不同p H值下模拟混凝土孔溶液中的电化学试验,并对碳钢表面进行扫描电镜(SEM)、原子力电镜(AFM)和X射线能谱(XPS)试验,研究阻锈剂的阻锈效果和机理;通过对不同阻锈剂掺量下混凝土的抗压强度、氯离子电迁移、快速碳化试验和砂浆的盐水干湿循环试验,并结合混凝土的SEM、X射线衍射(XRD)和压汞试验(MIP),研究阻锈剂对混凝土性能的影响;采用分子动力学模拟不同亚硝酸盐溶液在水化硅酸钙(CSH)纳米孔道中的传输过程,从微观角度研究不同亚硝酸盐溶液在纳米孔道中离子的存在形式,结论如下:(1)碳钢在不同阻锈剂掺量、不同溶液p H值的模拟混凝土孔溶液中的电化学试验表明,阻锈剂可在碳钢表面有效吸附成膜;随着阻锈剂掺量的增大,阻锈效率逐渐增大,当阻锈剂掺量大于6%后,阻锈效率的增大趋于平缓;在不同p H值下,阻锈剂均能达到良好的阻锈效果,当溶液p H值为10.3时,阻锈效率最高,达到89.84%。利用SEM、AFM和XPS对添加阻锈剂与未添加阻锈剂的碳钢表面进行观察和元素分析,结果表明,阻锈剂能够使碳钢表面膜层更加平滑和稳定。(2)不同阻锈剂掺量下混凝土的抗压强度、氯离子电迁移和快速碳化试验的结果表明,阻锈剂掺量越大,混凝土的性能越好;当阻锈剂掺量为4%时,对混凝土性能有着显著的提升效果,掺量增大后趋于平缓;不同阻锈剂掺量的砂浆28d盐水干湿循环试验结果表明,钢筋的平均腐蚀电流密度(Icorr)随着阻锈剂掺量的增大明显降低,阻锈剂的加入能够有效保护钢筋。SEM和XRD的结果表明,阻锈剂的掺入能够促进水化反应,增强混凝土的密实度。MIP试验结果表明,随着阻锈剂的掺量增大,孔结构更为细化,混凝土更加密实,从而使混凝土性能得到了提升。结合电化学试验结果,综合考虑建议工程掺量为胶凝材料的6%wt.。(3)基于亚硝酸盐溶液在混凝土纳米孔道中的存在形式为游离态才能传输到钢筋表面,从而起到阻锈作用,本文建立了亚硝酸盐溶液在CSH凝胶纳米孔道中水和离子传输过程的模型,解释了纳米孔道传输过程中NO2-的游离与吸附的微观机理。对比三种不同的亚硝酸盐溶液,Li NO2、Na NO2和Ca(NO2)2,Li NO2溶液中的NO2-在CSH纳米孔道界面吸附能力最差,从而孔道中游离的NO2-离子最多,离子运动到钢筋表面速度最快,更能有效传输至钢筋表面起到阻锈作用。