两种缓蚀剂及其复配对不同混凝土模拟孔隙液中碳钢腐蚀行为的影响

摘要

钢筋混凝土是一种常用的工程材料，为了防止钢筋锈蚀，需要加入缓蚀剂来减缓腐蚀。目前混凝土领域中常用的缓蚀剂为亚硝酸盐，由于碳化过程中混凝土孔隙液中会含有NaHCO3，因此研究孔隙液中含有NaHCO3和不含NaHCO3的情况下NaNO2对Q235碳钢腐蚀行为的影响具有重要意义。将绿色缓蚀剂D-葡萄糖酸钠与亚硝酸盐进行复配，可有效抑制碳钢的腐蚀，并能保护环境，降低污染。
　　本文通过慢速动电位极化曲线、EIS和Mott-Schottky曲线测试等电化学方法，结合XPS和SEM/EDS等表征手段研究了混凝土领域常用缓蚀剂NaNO2对Q235碳钢在含不同浓度Cl-的四种凝土模拟孔隙液SCP1（pH=11，含NaHCO3）、SCP2（pH=11，不含NaHCO3）、SCP3（pH=10，含NaHCO3）和SCP4(pH=10，不含NaHCO3)中的电化学腐蚀行为，分析了混凝土孔隙液中含有NaHCO3和不含NaHCO3的情况下NaNO2对Q235碳钢小孔腐蚀和均匀腐蚀的抑制作用，重点探讨了NaHCO3和NaNO2共同存在条件下对Q235碳钢小孔腐蚀的作用机制。并研究了NaNO2与D-葡萄糖酸钠复配对Q235碳钢在SCP1孔隙液中的缓蚀作用。所得主要结论如下:
　　1、NaNO2和NaHCO3均能促使pH11的含有0.1 mol/L NaCl的孔隙液中碳钢表面形成钝化膜，有效降低碳钢的均匀腐蚀速率。当孔隙液中不含NaHCO3时（SCP2溶液），NO2-对碳钢的均匀腐蚀抑制作用更明显;当孔隙液中含有NaHCO3时（SCP1溶液），NO2-对碳钢的均匀腐蚀速率影响不太大，但可显著降低碳钢孔蚀的敏感性。与NaHCO3相比，NaNO2更能提高碳钢表面钝化膜的稳定性，对稳定孔蚀的抑制能力也更强。当NaNO2和NaHCO3同时存在时，碳钢表面钝化膜中的Fe3+/Fe2+值最大、缺陷最少，膜的稳定性最强，对孔蚀的抑制效果最明显。
　　2、在pH11含不同浓度Cl-的混凝土孔隙液中，NaNO2比NaHCO3能更好地减少碳钢亚稳态孔蚀的形核、降低亚稳态孔的寿命，且更好地抑制亚稳态孔向稳定孔的转变;当两者共同存在时，碳钢亚稳态孔蚀的形核率最低、亚稳态孔的寿命最短，亚稳态孔向稳定孔的转化最困难，即在含有NaHCO3的SCP1孔隙液中，加入NO2-后，对抑制碳钢亚稳态孔蚀的发生、生长以及抑制亚稳孔向稳定孔的转化效果最好。
　　3、在pH10含不同浓度Cl-的混凝土孔隙液中，NaNO2和NaHCO3均能促进碳钢表面钝化，减缓碳钢的均匀腐蚀。当孔隙液中不含NaHCO3时（SCP4溶液），NO2-对碳钢的均匀腐蚀抑制作用更明显;当孔隙液中含有NaHCO3时（SCP3溶液），NO2-对碳钢的均匀腐蚀速率影响不太大。与NaHCO3相比，NaNO2更能提高碳钢表面钝化膜的稳定性，抑制亚稳孔向稳定孔转变。在含有NaHCO3的SCP3孔隙液中，加入NO2-后，碳钢的亚稳态孔和稳定孔蚀敏感性均最低。
　　4、向含Cl-的模拟孔隙液中加入NaNO2和D-葡萄糖酸钠的复配缓蚀剂后，碳钢的腐蚀电位、稳定孔蚀电位、阻抗膜值均比只添加NaNO2时有较大提高，钝化膜中的缺陷浓度也显著降低;对碳钢的缓蚀率最高可达到96.7％，说明NaNO2与D-葡萄糖酸钠复配，不仅能够显著减缓碳钢的均匀腐蚀，也可大大降低碳钢的孔蚀敏感性。微区电位原位扫描测试(SRET)结果显示，孔隙液中添加复配缓蚀剂后，微区电位起伏显著降低，碳钢表面的活性点数量明显减少，即对亚稳态孔蚀的发生有很明显的抑制作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 钢筋混凝土结构概述

1．2 缓蚀剂概述

1．3 孔蚀概述

1．3．1 小孔腐蚀

1．3．2 孔蚀电位与再钝化电位

1．4 亚稳态孔蚀

1．4．1 电流波动与亚稳态孔蚀

1．4．2 亚稳态孔蚀的形核

1．4．3 亚稳态孔蚀的生长

1．4．4 亚稳态孔再钝化

1．5 孔蚀的影响因素

1．5．1 冶金因素

1．5．2 环境因素

1．6 亚稳态孔蚀研究方法

1．6．1 动电位极化法

1．6．2 恒电位极化法

1．6．3 交流阻抗法

1．6．4 Mott-Schottky曲线

1．6．5 电化学噪声测试

1．6．6 其他分析手段

1．7 选题意义

1．8 本课题的研究内容

第二章 实验方法

2．1 实验材料及试样制备

2．2 混凝土孔隙液的配制

2．3 实验测试方法

2．3．1 电化学测试方法

2．3．2 形貌及成分表征

2．3．3 失重法

2．4 实验数据处理

2．4．1 亚稳态孔蚀的生长速率与再钝化速率统计与计算

2．4．2 亚稳态孔蚀电位以及稳定孔蚀电位的统计

2．4．3 利用Mott-Schottky曲线计算施主浓度

第三章 NaNO2与NaHCO3对pH11的模拟混凝土孔隙液中Q235碳钢腐蚀行为的影响

3．1 碳钢在含有不同浓度Cl-的pH11的混凝土孔隙液中的极化曲线

3．2 碳钢在含有0．1mol/L Cl-的不同孔隙液中开路电位

3．3 碳钢在含有0．1 mol／L Cl-的不同孔隙液中钝化膜的半导体性质

3．4 碳钢在含有0．1 mol／L Cl-的不同孔隙液中的EIS测试

3．5 碳钢在含有0．1 mol／L Cl-的不同孔隙液中的XPS分析

3．6 碳钢在含有0．1 mol／L Cl-的不同孔隙液中的表面形貌

3．6．1 碳钢在含0．1 mol／L Cl-的不同孔隙液中的孔蚀形貌

3．6．2 碳钢在混凝土孔隙液中的原位微区电位图

3．7 本章总结

第四章 NaNO2与NaHCO3对不同Cl-浓度和pH条件下的模拟孔隙液中Q235碳钢腐蚀行为的影响

4．1 碳钢在pH11的含不同Cl-浓度的混凝土孔隙液中的极化曲线

4．2 pH11条件下几种溶液体系中Cl-浓度对碳钢孔蚀参数的影响

4．2．1 几种溶液体系中Cl-浓度对碳钢ic的影响

4．2．2 几种溶液体系中Cl-农度对碳钢Ec、Em和Eb的影响

4．2．3 几种溶液体系中碳钢的孔蚀电位Em和Eb与Cl-浓度的关系

4．2．4 几种溶液体系中碳钢的Eb、Em、Ec之间的差值随Cl-的变化

4．3 pH11条件下碳钢在不同溶液体系中亚稳态孔的特征参数分析

4．3．1 几种溶液体系中碳钢的亚稳态孔形核频率随Cl-浓度的变化

4．3．2 几种溶液体系中碳钢的亚稳态孔寿命随Cl-浓度的变化

4．4 碳钢在pH10的含不同Cl-浓度的混凝土孔隙液中的极化曲线

4．5 pH10时在不同体系中Cl-浓度对碳钢孔蚀参数的影响

4．5．1 几种溶液体系中碳钢ic随Cl-浓度的变化

4．5．2 几种溶液体系中碳钢的Ec、Em和Eb随Cl-浓度的变化

4．5．3 几种溶液体系中碳钢Ec、Em和Eb的差值随Cl-浓度的变化

4．6 两种pH条件下几种溶液体系中Cl-浓度对碳钢特征参数的影响

4．6．1 SCP2和SCP4溶液中碳钢的Ec和ic随Cl-浓度的变化

4．6．2 SCP1和SCP3溶液中碳钢的Eb、Ec和ic随Cl-浓度的变化

4．6．3 含NaNO2的SCP2和SCP4中碳钢特征参数随Cl-的变化

4．6．4 在含NaNO2的SCP1和SCP3溶液中碳钢特征参数随Cl-的变化

4．7 两种pH条件下碳钢在含NO2的孔隙液中Mott-Schottky曲线

4．8 两种pH下碳钢在含NO2-的孔隙液中的EIS图谱

4．9 本章总结

第五章 NaNO2与D-葡萄糖酸钠复配对Q235碳钢在混凝土孔隙液中腐蚀行为的影响

5．1 碳钢在含有不同浓度NaNO2的SCP1溶液中的极化曲线

5．2 碳钢在含有复配缓蚀剂的SCP1溶液中的极化曲线

5．3 复配缓蚀剂对碳钢在SCP1溶液中腐蚀行为的影响

5．3．1 复配缓蚀剂对碳钢在SCP1溶液中Ec和Eb的影响

5．3．2 碳钢在含有复配缓蚀剂的SCP1溶液中缓蚀率η

5．4 碳钢在含有复配缓蚀剂的SCP1溶液中的失重结果

5．5 碳钢在含有复配缓蚀剂的SCP1溶液中的开路电位监测结果

5．6 含有复配缓蚀剂的SCP1溶液中的碳钢钝化膜的半导体性质

5．7 碳钢在含有复配缓蚀剂的SCP1溶液中的EIS测试结果

5．8 复合缓蚀剂对碳钢表面微观形貌的影响

5．8．1 碳钢在含有复配缓蚀剂的SCP1溶液中的表面电位分布

5．8．2 溶液中添加复配缓蚀剂前后碳钢的表面形貌

5．9 本章总结

第六章 总结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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