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钢筋腐蚀导致钢筋混凝土结构耐久性降低,造成钢筋混凝土结构过早失效的现象在当今世界十分普遍,给世界各国的生产和生活带来巨大的损失。因此,研究钢筋的腐蚀机理具有重要的现实意义。混凝土中钢筋是否发生腐蚀取决于维持其表面钝化膜稳定性的环境条件,氯离子侵蚀和混凝土碳化是导致钢筋表面去钝化发生腐蚀的主要原因。本工作采用电化学技术,结合现代表面分析方法,研究R235钢筋在不同pH值模拟混凝土孔隙液中的腐蚀行为,考察304不锈钢钢筋表面钝化膜半导体特性与其耐蚀性之间的关联,同时模拟混凝土碳化过程,研究混凝土中钢筋的腐蚀电化学行为。主要研究内容和结果如下:
(1)应用电化学阻抗谱和极化曲线测试方法,结合扫描电子显微镜技术,研究R235钢筋在模拟混凝土孔隙液中的腐蚀行为,初步探明了介质pH值对R235钢筋腐蚀的影响机制。结果表明,钢筋在高碱性模拟液中表面保持钝化状态,随着模拟液pH值的降低,钢筋的腐蚀速度升高,钝化膜稳定性下降,引起钢筋表面去钝化发生局部腐蚀的临界pH值在11.12~11.05之间。
(2)初步探明了304不锈钢钢筋表面钝化膜在不同pH值和氯离子浓度的模拟混凝土孔隙液中的半导体性质与其耐蚀性之间的关联。结果表明,钢筋表面钝化膜呈现出n型半导体性质,随着模拟液pH值降低,浅层施主浓度增加,深层施主浓度减小。在含氯离子溶液中浸泡1h后(pH12.50),钝化膜的n型半导体结构没有发生变化,浅层施主浓度和深层施主浓度均随着氯离子浓度的增加而增大,钝化膜稳定性下降,钢筋耐蚀性降低。
(3)利用碳酸盐高温热氧化法制备W/WO3 pH电极,结合XRD、Raman、SEM、EDS、XPS等分析技术对WO3膜层进行表征,考察了膜层的组成与表面形态及其对pH响应行为的影响。结果表明,研制的W/WO3电极具有良好的稳定性、灵敏度以及测试准确度,在较宽的pH(2~13)范围内线性响应好,适用于检测混凝土中的pH值。将所研制的W/WO3电极作为pH探针,原位检测模拟混凝土碳化过程中的pH值变化,结合电化学技术(半电池电位法、电化学阻抗谱)研究混凝土中R235钢筋的腐蚀电化学行为。结果表明,随着碳化时间的延长,电荷转移电阻Rct总体呈现出减小的变化趋势,钢筋钝化膜稳定性下降,钢筋耐蚀性降低,发生腐蚀的倾向加剧。