土木工程专业外文翻译 预防混凝土中的钢筋锈蚀的有效方法

1、Effectiveness of pretreatment method to hinder rebar corrosion in concreteN. Etteyeb* Sanchez, L Dhouibi M C* Alonso, H. Takenouti and E. Triki*预防混凝土中的钢筋锈蚀的有效方法这篇论文的目的是评估磷酸盐通过使用合成孔电解和受氯离子污染的砂浆， 运用在钢筋里从而起到阻碍腐蚀的能力。预处理基质这种电化学的行为通过腐蚀 电位，耐极化，电化学阻抗谱测量进行评估。结果表明浸过NaPO (0.5M)溶液的钢筋有助于在钢筋表面形成消极层，这层膜不用任何措施就能把对腐

2、蚀的抵抗 力增加到了 0.3M Cl 2而不是0.1M Cl 2。这种预防措施也增强了钢筋在砂浆中防 腐蚀的能力。氯离子浓度的阻抗谱在函数中的演变与RP的测量结果达成了良好吻合。关键词 磷酸钠预处理；钢筋，腐蚀电流密度；电化学阻抗谱；砂浆1.引言：许多保护程序评估，以尽量减少钢筋混凝土结构暴露在恶劣环境下受腐蚀的 危险。文学报告用几种方式去减少或者阻止碳钢钢筋的锈蚀。在这些方法里面， 使用阻蚀剂的使用被认为是最划算的方法之一。以抑制剂为基础的磷酸盐被认为在混凝土中会显示出抑制的属性。然而，保护能力在不同的使用方法下功能可能不同。实际上，NqPOF已经被广泛地研究和运用在这个领域去阻止腐蚀的产生

3、或者减少腐蚀的几率，当处在有氯化物或者碳酸化作用的情况下。在那些情况下，抑制剂通过气孔被从混凝土表面渗进作为 一种添加剂，因为混合后，引起了一个显著的混凝土凝固阻滞， 由于它在气孔里 以磷酸钙的形态分解沉淀。另外，当磷酸钙被直接添加进去的时候，它表现出对 混凝土的机械性能的很强的作用。尽管，磷酸钠已经显示出了对被浸在碱性的合成溶液里的钢筋点状腐蚀的抑 制性能，如果抑制剂或者氯化物的比例 1,它的有效性明显地减弱了。最近，更加令人满意的保护膜已经被发现了， 在钢筋表面用溶解着以磷酸盐 为基础的抑制剂进行加固。在这个论文中，预防措施也被考虑到了，为了评估它 在砂浆中的有效性，当钢筋被暴露在几个氯化

4、物浓度，在碱性的合成溶液中的耐 腐蚀性。2. 试验方法进行了两个实验，一个是在合成的溶液中模拟混凝土气孔间隙中的电解质， 另一个是在一个更逼真的环境下，被嵌入砂浆样品中的钢条。2.1合成孔径的方案先描述下使用的电化电池。工作电极是一个直径6毫米长度30毫米的钢条。 活跃的表面面积是5.65平方厘米。外露的钢条是用粘胶带从溶解液中分隔的。 清洁之后，在0.5,M磷酸钠Na3PO （PH-12.5）溶液中经过24小时的浸泡后钝 化了。然后，这些钢条被浸入了饱和的Ca（OH）2, （pH=12.6）溶液中，其中包含不同浓度的氯离子：0, 0.1，0.3和0.5 M NaCl. 一个饱和的甘汞电极（S

5、CE 被作为参考，辅助电极是一个石墨棒。2.2砂浆实验先准备一个8cmx 5.5cm X 2cm立方厘米的柱状的砂浆样品。这个砂浆和普 通硅酸盐水泥一起被准备好。水泥和沙的比例是1比3,水和水泥的比例是0.5. 样本被放在温度20C上下。相对湿度100%勺室内进行7天水合作用。加固物用先前描述的与抑制剂相似的进行钝化处理。两个加强过的钢棒（工 作电极）一个石墨条（辅助电极）被分别嵌入砂浆样品中。氯化物在砂浆中被不 同的使用。（i）搅拌时氯化物的添加：搅拌的时候，氯离子被按水泥的重量被加入1%NaCl 中。事先加固的砂浆样本没有进行预处理或者用抑制剂处理过。（ii）氯化物的渗透：没有氯化物的砂浆

6、样本，包含没有预处理和预处理过的加 固物，被经过了 33个周期（99天）干湿循环：两天干，一天浸在 0.5M 的NaCl溶液中。3. 防蚀进展在使用不同电化学方法下合成气孔溶液中的加固物对腐蚀的反应 （腐蚀电位 Ecorr，耐极化Rp和电化学阻抗谱，EIS）。在砂浆样本中，Ecorr和Rp的容量 被计算出来了。3.1腐蚀电位和耐极化腐蚀电位Ecorr在三个星期内被定期监控着。在模拟水泥或者凝结中介的 溶液中，钢条在消极的或者活跃的过渡区在 -0.25V以上或者-0.30V 下有一定 的可能分别到饱和甘汞电极（SCE腐蚀产生的电流密度Icorr通过计算抗极化进行评估根据一个先前的研究，作者在这里

7、使用 B=26mV腐蚀电位和抗两极化测量被用一个 551 AMEL的稳压器定期记录着。这个电 阻被腐蚀电位上下10 mV的扫描决定着，5 mV min 21 一下。3.2电化学阻抗谱电化学阻抗谱在潜在的规则下（生态化学，模型 PGSTAE0）通过全自动生 化分析仪进行监控被计算出来。在 65 kHz到10mHz的频率范围内，每十个单位5点的情况下，测量在腐蚀电位（Ecorr ）的电化学阻抗谱。信号的振幅是10mV4. 结果与讨论首先，实验实施在饱和的Ca（OH）2溶液中代表简化了的间隙气孔溶液。 然后 钢筋的表面处理的效果被用嵌入砂浆的钢条进行检验。0.00,620 苗-0,41015Time

8、 / daysg图1、在0.5M磷酸钠溶液中浸泡24小时然后浸入饱和的包含不同数量的氯离子 的Ca（OH）2溶液中的钢筋腐蚀电位随着时间变化的曲线图在氯化物存在的情况下用磷酸盐进行预处理的有效性浸入磷酸盐溶液中24小时后预处理的有效保护性在碱性的有气孔的包含几 个浓度氯化物的混凝土溶液中被进行检验。 腐蚀电位，耐极化和腐蚀电流密度。腐蚀电位（Ecorr ）测量，包括图1，显示处理过的钢筋允许一种被动状 态，-250mVSCE它的长度取决于氯化物浓度。此外，一个潜在的转移被发现了， 在CI 2v0.3M的时候，尽管当氯离子增加的时候腐蚀电位（Ecorr）变得惰性少 了点。事实应该与被动层保护能力

9、的连续减少有关，EIS研究可以解释这一点。把电极浸在包含0.1M或者0.3M的氯离子溶液中一个星期后，腐蚀电位达到了从 活跃状态到消极状态的极限。然而，在浓度为0.5M的氯化钠溶液中，超过一个星期，发现腐蚀电位有明显的减少，而且比 -0.3V饱和甘汞电极（SCE所达到 的更加消极，表明被动层不能维持，对钢筋表面的防锈蚀不够充足， 锈蚀正在开 始。腐蚀电位的结果和dc Rp的测量（图2） 一致。对于浓度为0.1M到0.3M的 氯离子，在两个星期内先增加了然后少量减少。有氯化物的时候，Rp的最大值是750 k Q平方厘米，然而当氯离子不在的时候，Rp的值是两倍。最有侵略性的媒介（0.5M CI2）

10、, 一个星期后，Rp忽然减少到了 3kQ平方厘米。在合成气孔 溶液中的加特种元素钢的 Rp值与Ecorr 一一对应。3 2 o o1 1 d -Eo-S f H101015Time / days20图2、在0.5M磷酸钠溶液中浸泡24小时然后浸入饱和的包含不同数量的氯离子的Ca(OH)2溶液中的钢筋腐蚀极化电阻随着时间变化的曲线图在不同曝光时间的样品的 EIS状况10-1+ 0.5A4C/护 + 0 Qf510+ 0,5MCf 101520Time/days图3、在0.5M磷酸钠溶液中浸泡24小时然后浸入饱和的包含不同数量的氯离子的Ca(OH)2溶液中的钢筋腐蚀电流密度随着时间变化的曲线图在不

11、同曝光时间的样品的 EIS状况正如从图3中观察到的，仅仅当0.5M氯离子存在时，暴露在侵略性溶液中十天 后，证明Icorr的高价值与锈蚀的活跃过程有关。这意味着预处理减少了作为参 照物的引发斑点腐蚀的氯化物极限值的增加。在氯化物浓度低于0.3M的时候，Icorr (图3)在经过20天的浸泡后会低 于0.2卩A cm-2。这个值大于0.1 - 0.2卩A cm-2表明钢筋的活跃的腐蚀。在浸 入有0.5M氯离子的溶液七天后，Icorr显著地增加了然后达到了 10卩A cm-2。 活跃的腐蚀过程正如预期所料发生。在有 0.5M 氯离子存在的时，腐蚀速率太高 了以至于不能保证混凝土结构的耐久性。图 4

12、 展示出在不同浓度氯化物溶液中进行腐蚀试验的加特种元素钢的阻抗 谱的尼奎斯特定理。 所有的阻抗谱呈现出两个电容性的循环， 尽管只看到一个清 晰的电容性循环。当一个平行的R-C线路被试验性地被进行参数回归计算， 一个 实验和计算出的数据之间的系统的偏差被发现了，表明时间常量下模拟的不适 当。阻抗谱因此被在两个时间常量 ( 图 5a) 下被模拟。 Rt-Cdl 在高频率下和电 荷转移和界面的容量联系在了一起。在稍微低一点频率下的第二对 Rf-2Cf 可能 被归属到一个氧化还原过程中，这个过程包括在电极表明形成的氧化物。 X1 和 x2对Cole - Cole时间容量的统计进行了解释。图 4 中的实

13、线用一种简单的方法呈现出了计算出的频谱。实验和计算出的 频谱达成了很好的一致性，这使拟定的电路变得有效。然而随着被动性的减少， 发现 x 参数也相应减少了， 这表明当钢筋腐蚀的时候， 装置的精确度降低了， 正 如图20。对于预先处理的钢筋，在钝态下，x值大于0.9，当钝化减少后降到了 0.8 。在存在 0.5M 氯离子时， x 值小于 0.7.计算出的变量分析图5显示出通过逆向计算获得了不同变量的差异。首先， Cdl在85卩F cm2 和120卩F cm-2之间变化。这个值证实了在高频率下，当有钝化膜存在时电容的 开端。 Cdl 在氯化物不存在时就减少，这个转变导致了电荷数量的减少。在有氯 离

14、子(0.5M)时，Cdl增加了。这个可以通过电极表面的粗化来解释，被动层的稀 释或者电荷的增大的是氯离子进入引起的。 另外，双层电容的增加与腐蚀面积的 增大相对应。电阻Rt被平行地连接到Cdl，与电极借口的电荷转移也有联系。没有氯离 子的时候， Rt 随着时间增加与图 3 里 Icorr 的变化相一致。在存在氯离子时， 电阻在浸入很短的时间内 增加，然后显著的减少。当加特种元素钢在侵略性溶液中浸入超过一个星期后， 氯离子浓度越高， Rt 值越小。有氯离子存在时 Rt 的变化与 Icorr 的反应相一致。Cf在180到2000mFcm2之间变化。单个分子氧化层的形成符合 0.6 mFcm2。 因

15、此，钢筋样本上形成的氧化膜与 0.3-3 分子层相符合， 这个和先前的理论也一 致。图 5c 和 e 的对比表明 RF 至少比 Rt 高两个数量级在有 0 ，0.1 和 0.3M 氯离 子存在的情况下。从阻抗谱Rp(imp)计算出的耐极化与频率的极限值相一致，当趋向于0的时候，可以定义Rp(imp)=Re+Rt+RF由于高导电性Re变得很低的时候，就可以不用考 虑了。当钢筋残留物呈现钝态时，耐极化从跟上说由RF决定。然而，当0.5M氯离子存在时，当钢筋处在腐蚀的活跃期时，RP和Rt之间有细微差别。图6呈现了 Rp (图2)和Rt之间耐极化的比较，图7描述的是从阻抗谱160I1001201804

16、0(a)mHz2如对严工 lOmHiBlOOrnnzSymbol: E)(pennwntaii =: Fitted040 SO 120160Real part f kiLcm755025lOOmHzSymbol: Expenmental =亠二:FittedlOmHz/fOcOyi；/2doys10m Hz(b):00255075100Rwi pan t kn.ciTi60(C)EV540t;a 严=20 gi2曲7aeys 彳匸 lOmHOOmHz lOmHzlOcfSfS7650 -4days/ 即 Hz Ju/爲护FJf lOmhU26Symbol EKporimarialSlOOmHz

17、Wymbold : Expsrimuntal-* -: Firedf厂亠= .fitted7(Jays204060Real partfkilxm5075 ICO25Real part t hn.ciria.不加任何东西；b. 0.1M NaCI; c 0.3M NaCI; d 0.5M NaCI图4、在0.5M Na3P04溶液中浸泡24小时后然后浸入包含不同数量的氯离子的Ca(0H)2溶液中的加特种元素钢的阻抗谱中计算出的Rp (imp)=Rt+Rf的联系。我们发现Rt值比Rp值低，十天的浸泡后 Rt比较接近于RP仅当有0.5M氯离子存在时(当钢筋处在活跃期时)。但是，从 阻抗谱看，Rp值与

18、计算出的外加的电阻达成了很好的一致性。 也就是Rp(imp)。 通过直流电位扫描考虑确定RP的正确时间，它应该与电阻抗系数相符合，与图4 的数据相一致。在钝化状态下，腐蚀速率与耐极化密切联系而不是对电荷转移的抵抗。在最近的文件中，从电路模型的机械论分析发现，Rp与钝化膜的溶解速率密切相关。5. 砂浆试验呈现在图8a中的是浸泡过四个月的没处理过的和预处理过的样本腐蚀电10(a)(Cdh %1Ju+ 0.5fC2ori谒;/ .心;:壬董.二 _ + 0.2MCf/ -.eeu.210 g 10Cf曲05101520卅kQ-,-.- oSio-JChT10-Time / days?J- 斗：V-；

19、5. 0, iflff Cf iCf /h. -汕 I_丄丄丄 2_ J_ri_1_U_1_L 丄丄 N J. 1_丄丄0S 101520Time / days图5、从图4中呈现的阻抗谱计算的各种界面参数的时间变化。位的变化。预处理过的样本的腐蚀电位比没有处理过的更加活跃，尽管超过50天后差异变得很细微。腐蚀电位值似乎表明腐蚀在活跃期在两个样本中都有发 生。图8b展示的是从线性极化方法评估的腐蚀电位。两个曲线与腐蚀电位的变 化紧密联系。在这个图表中，可以看到表面经过磷酸钠预处理的有益影响。 然而, 这个有益影响在浸泡期间消失了。前 20天，经过预处理的钢筋的腐蚀电位值低 于0.2卩A cm2，

20、因此腐蚀速率在可接受的范围内。可是，初级阶段过后，正如 图中阴影部分所示腐蚀趋势增加了， 腐蚀速率与活跃性的结束相一致。经过两个 月的浸泡之后，腐蚀电位再次减少。腐蚀过程可能在处理过的样本活跃期发生， 对没有处理过的也一样，但是腐蚀电位在钝态时可接受的值是0.2卩A cm2。图9a显示的是嵌入砂浆的钢条未处理过和经过预处理后的腐蚀电位的时间 变化。在这 个体系中，氯离子经过干循环和湿循环透入砂浆中。与上述结果相似，这些数据从四个独立的实验中得到。两个样本在前 60天时，腐蚀电位和与SCE的相对的(EWE) M10101010 days20 days10VoCaOH) + 0JMCir + 0.

21、3M CII + 0.5M CII10 110* 10 10Rp(ki cm )cC图6在0.5M磷酸钠溶液中浸泡24小时然后浸入饱和的包含不同数量的氯离子 的Ca(OH)2溶液中的Rp钢筋和RT钢筋的之间的比较10*SI 宀 4 1 o o o 11叫 诃 10，110110图7、在0.5M磷酸钠溶液中浸泡24小时然后浸入饱和的包含不同数量的氯离子 的Ca(OH)2 溶液中的R和Rp(imp)=Re+Rt+RF的比较。12010r 7屛 、- IfBalediTtsa扫d1I.I1II.1Time day60 120TkTtA/da 心 J J J-0.6関0000Time t days恂）

22、0Unseated * TraslAdlao30603CTlw； days1(30-0.25V比更加积极，这表明钢筋样本处在活跃状态。然后 100天后，预处理的 和未处理的样本腐蚀电位开始减少，分别达到了 -0.35和-0.45V，与SCE相对。 电位的衰减通过氯离子达到钢条的减慢可以解释。嵌入砂浆的未处理的和处理过的钢条的腐蚀电位的时间依赖性服从于后期氯化 处理周期，参见图9b。两个月左右，两个样本的腐蚀电位（Icorr ）都变大了， 腐蚀电流密度在活跃期和钝化期的变化也与预期的一样。大约3个月时，腐蚀电位（ Icorr ）达到了它的稳定值。它的定态值接近于0.2卩A cm-2，钢筋腐蚀可接

23、受值的极限。与此相反，尽管在活化状态下的腐蚀，处理过的样本的腐蚀速率 显示了混凝土建筑物耐久性的可接受的取值范围。氯化过的和后期氯化过的砂浆 样本的腐蚀电流的定态和加特种元素刚相似。6. 总结这个论文的目的是研究被磷酸钠进行预处理过的钢筋达到的效果。 从得到的 实验数据来看，在被氯离子侵入的合成孔电解液中当钢条被嵌入砂浆时， 可以推 断出：6.1（i）、在合成孔溶液中：腐蚀电流密度（Icorr ）的评估值与腐蚀电位（Ecorr）的变化紧密联系， 这证实了上面所陈述的。在凝结中介的合成电解液，除了 0.5M氯离子存在 的情况，腐蚀速率比通常认为的可接受值，也就是0.2卩A cm-2低。从阻抗谱计

24、算出的不同界面参数的变化，时间和氯化物浓度也和通过家Ecorr和Icorr 测量的结果相一致。(ii)6.2.在砂浆中：i ）、即使在处理过的样本中，腐蚀也发生在活跃的地方，当氯离子被事先 加入砂浆时。如果氯离子被通过干湿循环供应， Ecorr 测量值表明钢筋 在某段时间处在钝化状态下。 接着，它变得活跃起来。 在所有的情况下， 磷酸盐处理的防止砂浆中的钢条腐蚀的效果都是暂时的。鸣谢作者在这里要感谢西班牙教育部和科学杂志通过 BIA 2004-02239 和 BIA2007-65394 进行的财政支持。也要感谢突尼斯 - 西班牙合作计划也促成了实 验的进行。 N. Etteyeb 感谢注突尼斯

25、法国大使馆奖学金的支持，让我可以在法 国完成这个论文。参考文献：1 L. Dhouibi, E. Triki and A. Raharinaivo: Cem. Concr. Compos.,2002, 24, 35-43.2 B. Elsener, M. Buchler, F. Stalder and H. Bohni: Corrosion, 2000,56, 727-732.3 N. S. Berke and M. C. Hicks: Proc. 12th Int. Corrosion Cong.,Houston, TX, USA, September1993, NACE, Paper 44

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27、lif, A. Shriri and M. G. S.Ferreira: Electrochim. Acta,2003, 48, 3509-3518.8 C. Monticelli, A. Frignani, G. Brunoro, G. Trabanelli, F. Zucchiand M. Tassinari: Corros. Sci.,1993, 35, 1483-1489.9 C. Andrade, C. Alonso, M. Acha and B. Malric: Cem. Concr. Res.,1992, 22, 869-881.10 C. Alonso, C. Andrade,

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29、F. Zucchi:Br. Corros. J., 2000, 35,145-149.14 N. Etteyeb, L. Dhouibi, M. Sanchez, C. Alonso, C. Andrade andE. Triki: J. Mater. Sci., 2007,42, 4721-4730.15 L. Dhouibi, E. Triki, E. Salta, P. Rodrigues and A. Raharinaivo:Mater. Struct., 2003, 36,530-540.16 X. H. To, N. Pebere, F. Dabosi, N. Pelaprat,

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