模擬混凝土孔隙液中幾種有機緩蝕劑在碳鋼表面的吸附及緩蝕行為研究.pdf

1、鋼筋混凝土是當前世界上使用最廣泛、用量最大的建筑工程結構材料，混凝土中鋼筋的腐蝕破壞是混凝土結構件失效的主要原因之一。添加緩蝕劑是一種較為有效的抑制鋼筋腐蝕破壞的手段，但目前鋼筋混凝土體系中，能夠同時抑制均勻腐蝕及局部腐蝕的緩蝕劑多為亞硝酸鹽等無機緩蝕劑，這類緩蝕劑往往具有一定的毒性。而較為綠色環(huán)保的有機緩蝕劑由于作用機制復雜、對局部腐蝕抑制行為較難觀測，研究相對較少。對均勻腐蝕及局部腐蝕具有良好抑制作用的有機緩蝕劑亟待研究。為克服傳統(tǒng)

2、電化學方法對緩蝕劑界面作用行為觀測困難等問題，將光譜系統(tǒng)與電化學測試、分子模擬連用研究腐蝕行為細節(jié)、緩蝕劑的作用機制是當前研究的熱點。本論文的研究對象是丁二酰亞胺(SI)、L-脯氨酸(LP)、木質素磺酸鈣(CLS)、羧甲基纖維素鈉(CMC)及油酸鈉(SO)五種有機分子;本論文的主要內容是研究這五種緩蝕劑對Q235碳鋼在模擬鋼筋混凝土孔隙液中的吸附行為及緩蝕機理。在進行研究之前，我們首先對五種有機分子的化學結構進行表征，并探索了一種適用于

3、檢測有機緩蝕劑在碳鋼表面對局部腐蝕作用行為的體系，即，pH值12.5含0.1mol/L NaCl的飽和Ca(OH)2溶液作為模擬鋼筋混凝土孔隙液（SCP溶液）。本論文的研究成果主要分如下幾個方面:
　　(1)通過進行靜態(tài)失重實驗、動電位極化曲線慢掃、SEM-EDS及XPS測試研究了丁二酰亞胺(SI)、L-脯氨酸(LP)、木質素磺酸鈣(CLS)、羧甲基纖維素鈉(CMC)及油酸鈉(SO)五種緩蝕劑對碳鋼在SCP溶液中的緩蝕行為，研究表

4、明，緩蝕劑對碳鋼腐蝕的抑制作用由大到小依次為CLS＞SO＞CMC＞SI＞LP。其中，CLS對碳鋼在SCP溶液中的均勻腐蝕及局部腐蝕均有良好的緩蝕作用，在添加量為0.001mol/L時，靜態(tài)失重測得緩蝕率達到98％以上，極化曲線鈍化區(qū)范圍約960mV，CLS對小孔腐蝕有較強的抑制作用。SO和CMC的緩蝕率在添加量為0.0008mol/L時分別為77％及61％。SI及LP對碳鋼在SCP溶液中不具有緩蝕性能，添加LP后，伴隨緩蝕劑濃度增加，試

5、樣表面腐蝕反而加速。
　　(2)對CLS及SO對碳鋼在SCP溶液中的緩蝕機理進行了研究，結果表明，CLS分子中的-SO3基團能夠與鈍化膜上富集的Ca發(fā)生吸附，形成“Ca-O-S共吸附”結構，是一種物理吸附，其苯環(huán)基團能夠形成離域的π鍵與界面Fe的3d空軌道配位，形成化學吸附。CLS既有化學吸附又有物理吸附，與界面結合吸附能較高，形成的膜層較為致密、牢固，因此對均勻腐蝕和局部腐蝕抑制良好。SO分子溶于水后帶有負電荷，會自發(fā)向在SCP

6、溶液中帶有正電荷的碳鋼表面擴散，極性的羧基吸附在碳鋼表面，而非極性的長碳鏈向碳鋼外部排布，在鈍化膜的表面形成了一層新的阻隔層，對溶液中Cl-離子有一定的阻隔作用，顯著地降低了試樣表面Cl元素含量，該緩蝕機理得到有機分子在金屬/溶液界面吸附機理的支持。
　　(3)采用熒光顯微鏡觀測了在未添加及添加了五種有機緩蝕劑的SCP溶液中浸泡10h后試樣表面膜層的結構，通過觀測添加不同緩蝕劑后試樣表面在熒光顯微鏡下發(fā)出熒光顏色及強弱，驗證了有機

7、緩蝕劑在鈍化體系中“吸附膜-鈍化膜-基體”的雙層膜結構。
　　(4)通過測定試樣在分別添加五種緩蝕劑的SCP溶液中浸泡7200h的長期靜態(tài)失重實驗，研究了五種緩蝕劑的長期緩蝕性能，其緩蝕率從高到底依次為CLS＞SO＞CMC＞SI＞LP，整體趨勢與720h失重實驗結果一致。SI、LP及CMC在長期失重實驗中失去緩蝕效果，SO僅在添加量高于0.0008mol/L時緩蝕率超過75％。CLS在低濃度也具有一定的緩蝕效率，添加量為0.000

8、2mol/L時，緩蝕率為75％，添加量在0.0008mol/L以上時，緩蝕率大于93％，是一種適用于長期使用的有機緩蝕劑。
　　(5)首次采用了顯微紅外成像系統(tǒng)對添加緩蝕劑SCP溶液浸泡10h后試樣表面進行顯微紅外成像觀測，研究了五種緩蝕劑在碳鋼表面的吸附行為。并首次通過官能團分布圖測試觀測到了CLS中的紫丁香基團對小孔的特性吸附，CLS的特性吸附得到軟硬酸堿理論的支持。
　　(6)通過對五種緩蝕劑的量子化學參數(shù)進行計算，根