钢筋在混凝土模拟液中的电化学腐蚀行为.pdf

第 1 6卷第 1期 2 0 1 3年 2月 建筑材料学报 J 0URNAL OF BUI LDI NG MATERI AL S V0 1 1 6， No 1 Fe b ， 2 O 1 3 文章 编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 1 3 1 0 7 钢 筋在 混凝土模拟液 中的 电化 学腐蚀行为 陈海燕 ， 李欢 园 ， 陈丕茂 ， 唐振朝 ， 秦传新 ， 余 景 ( 1 广 东 工业 大学 材 料 与能源 学 院 ，广东 广 州 5 1 0 0 0 6 ； 2 中 国水 产科 学研 究 院 南 海水 产研 究 所 ，广东 广 州 5 1 0 3 0 0 ) 摘要 ： 通过测定 HP B 2 3 5 ， HRB 3 3 5和 HRB 4 0 0这 3种钢筋在不同 P H 值和不 同氯 离子浓度模拟混 凝土孔 隙液中的稳 态电位 、 腐蚀速率和阳极极化曲线 ， 分析 了腐蚀参数 的变化规律 ， 并对三者的腐 蚀性能进行对比 结果表 明： 随着模拟 混凝土孔隙液的 P H 值减小， HP B 2 3 5 ， HR B 3 3 5和 HR B 4 0 0 耐受 氯 离子侵蚀 的能 力变 弱 模拟 混 凝 土孔 隙液 的 p H 值 相 同时 ， 氯 离子 浓度 对材料 的 腐蚀 行 为也 有很 大的影 响 ： 孔 隙液 p H= = = 1 3 6时 ， 这 3种钢 筋暴 露 在 高浓度 氯 离子 ( 0 3 0 mo l L ) 环 境 下 ， 材 料 仍 能保持 良好 的耐蚀 性 ； 孔 隙液 p H一1 2 5时， 微 量 的氯 离子 浓度 ( 0 0 5 mo l L) 破 坏 了钝 化 膜 ， 导 致 3种 钢 筋均发 生严 重 的孔 腐 蚀 ； 孔 隙 液 p H一 1 0 0时 ， 3种 钢 筋 未 能形 成 钝 态 而导 致 其 耐 蚀 性 差 在相 同介 质 下 ， HP B 2 3 5耐蚀 性 能最佳 ， HR B 3 3 5次之 ， HR B 4 0 0最差 关键词 ： 钢筋 ；电化学腐蚀 ； 模拟混凝土孔 隙液；氯 离子浓度 中图分 类号 ： TU3 2 3 3 文献标 志 码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 3 0 1 0 2 5 El e c t r o c he mi c a l Co r r o s i o n Be ha v i o r o f Re i nf o r c i n g S t e e l i n S i mu l a t e d Co nc r e t e Po r e S o l u t i o n CH EN H al yan ，LI H u an yua n ，CH EN Pi ma o ，TA NG Zhe n z h ao ， QI N C h u a n x i n 。 。 y Ji n g ( 1 S c ho o l o f M a t e r i a l s a nd Ene r gy，Gu a ng do ng Uni ve r s i t y o f Te c hno l og y，Gu a ng z ho u 5 1 00 06，Chi na； 2 S out h Chi na Se a Fi s he r i e s Re s e ar c h I n s t i t ut e，Chi ne s e Ac a d e my of Fi s he r y Sc i e nc e s，Gu a ng z ho u 5 1 03 00，Chi na ) Ab s t r a c t ：Th r o u g h d e t e r mi n i n g t h e s t a b l e e l e c t r i c p o t e n t i a l ，t h e c o r r o s i o n r a t e a n d t h e a n o d i c p o l a r i z a t i o n c u r v e o f t h r e e t y p e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l HPB2 3 5，HRB3 3 5 a n d HRB4 0 0 i n s i mu l a t e d c o n c r e t e p o r e s o l u t i o n a t di f f e r e nt pH v a l ue a n d c hl o r i de i o n c o nc e nt r a t i on，t he v a r i a t i on r u l e of c or r o s i on p a r a m e t e r s we r e a n a l y z e d，a n d t h e c or r os i o n p r op e r t i e s o f t h e t hr e e t y pe s o f r e i n f o r c i n g s t e e l we r e c omp a r e dThe r e s ul t s s ho w t h a t t he a bi l i t y a g a i ns t c hl o r i de i o n e r o s i on o f t he t hr e e t yp e s of r e i n f o r c i n g s t e e l b e c o m e s we a k wi t h d e c r e a s i ng pH va l u e of t he s i m u l a t e d c onc r e t e po r e s o l ut i on For t he s a me pH v a l u e o f s i m u l a t e d c onc r e t e p or e s ol ut i on，c hl o r i de i o n c o nc e nt r a t i on ha s gr e a t i n f l ue n c e on t he ma t e r i a l c o r r o s i o n be ha v i o r I n t he p o r e s ol u t i o n w i t h pH = = = 1 3 6，t he t hr e e k i nds of r e i n f o r c e d s t e e 1 e x p os e d t o hi g h c o nc e n t r a t i o ns of c hl o r i d e i on ( O 3 0 mo l L)c a n s t i l l k e e p g o o d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e Ho we v e r ，i n t h e p o r e s o l u t i o n wi t h p H一1 2 5 ，t h e t r a c e c h l o r i d e i o n c o n t e n t s ( 0 0 5 mo l L )c a n d e s t r o y t h e p a s s i v e f i l m a n d s e r i o u s l y c o r r o d e t h e ma t e r i a l s Th e t h r e e t y p e s o f s t e e l h a v e a h i g h c o r r o s i o n t e n d e n c y b e c a u s e t h e y c a n t f o r m a p a s s i v e f i l m i n t h e c o n c r e t e po r e s s ol ut i on wi t h pH = 1 0 0 Am o ng t he t hr e e k i nd s of r e i nf or c i ng s t e e l u nd e r t he s a me a m b i e n t c o n d i t i o n 。c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f HP B2 3 5 s t e e l i S t h e b e s t 。 a n d HR B3 3 5 i S t h e n e x t 。HRB4 0 0 s t e e l i S t h e wo r s t 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 8 - 3 0；修订 日期 ： 2 0 1 1 - 1 0 1 0 基金项 目： 公益性行业( 农业 ) 科研 专项 经费项 目( 2 0 1 0 0 3 0 6 8 ) ； 农业部 南海渔业 资源环 境科学 观测实验 站开放课题 ( S S C S - 2 0 1 1 0 2 ， S S C S - 2 O1 2 1 5 ) 第 一作者 ： 陈海燕 ( 1 9 7 4 一 ) ， 女 ， 广 东化州人 ， 广东工业大学 副教授 ， 博士 主要从事材料腐蚀与 防护技术研究 E - ma i l ： g d u t c h y l 1 6 3 c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 6卷 Ke y wo r d s ：r e i n f o r c i n g s t e e l ； e l e c t r o c h e mi c a l c o r r o s i o n； s i mu l a t i o n c o n c r e t e p o r e s o l u t i o n；c ia l o r i d e i o n c on c e nt r a t i o n 钢筋混凝土及预应力混凝土结构中采用的钢筋 用量 最 大 的是 HP B 2 3 5 ， HR B 3 3 5和 HR B 4 0 0 ， 其 中 HP B 2 3 5钢筋为低碳钢 ， 其余 2种 钢筋均为低合金 钢 目前有关钢筋的研究成果主要集 中在这 3种钢 筋材料的力学特性以及与混凝土所制构件 的承载性 能等方面 1 ， 而对它们在混凝土中的腐蚀性能 的对 比研 究较 少 钢筋 在强 碱性 环 境 中 表 面形 成 钝 化 膜 ， 它 是 厚 度为 2 1 0 6 1 0 m 的水化 氧化 物 ( n F e O 。 mH O) ， 用来阻止钢筋进一步腐蚀 2 混凝土 中的 钢筋遭受腐蚀的主要原因是混凝土碳化和氯离子侵 蚀 ， 碳化使混凝 土碱性下 降； 氯离子侵蚀使 溶液酸 化， 导致 p H值下降 ， 从而使钢筋钝化膜破坏 ， 导致 金属 溶解 速度 大大增 加 由于 HP B 2 3 5 ， HR B 3 3 5 和 HR B 4 0 0这 3种 钢筋 的化学成分及显微 组织 的 差异 ， 必然造成三者在混凝 土中的腐蚀 行为有所差 别 本 文 利 用 电 化 学 测 试 方 法 研 究HP B 2 3 5 ， HR B 3 3 5和 HR B 4 0 0钢筋 的腐 蚀热力学 和动力学 特性 ， 揭示这 3种钢筋在混凝土 中的腐 蚀行 为及其 耐腐蚀性能的差异， 为在严重腐蚀环境下合理选用 钢筋材料提供必要的试验依据 1 试验方法 1 1 试 验材料 及 制备 试 验 材 料 为 建 筑 用HP B 2 3 5 ，HRB 3 3 5 和 HR B 4 0 0螺 纹钢筋 ， 其 主 要 化 学 组 成 ( 质 量分 数 ) 见 表 1 将其加工成 8 5 mm 的圆柱形试样后进行表 面 打磨 、 抛 光 ， 先 用 丙酮 浸 泡 去 除表 面 油污 ， 再 用 去 离子 水 冲洗干 净 ， 最 后用 无水 乙醇 清洗 ， 并 在 气 流干 燥器上干燥待用 表 1 3种钢筋的主要化学组成 T a b l e 1 C h e mi c a l c o mp o s i t i o n ( b y ma s s ) o f t h r e e t y p e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l 模拟混凝土孔隙液为饱和 C a ( OH) 。 溶液 ， 用浓 度为 0 8 0 mo l L的 N a HC O。 溶液调整模拟混凝土 孔隙液的 p H值 ， 用适量 Na C 1 来改变模拟液的氯离 子浓度 1 2 测 定钢 筋的稳 态 电位 采用 UJ 2 5型 直流 电位 差计 和 AC 1 5型 直 流 复 射式 检流计 测量 钢筋 在模 拟混凝 土孑 L 隙液 中 的稳 态 电位 ， 参比电极为饱和甘汞电极 ， 测得的电极电位值 均 为相对 饱 和甘汞 电极 ( S C E ) 电位 1 3阳极极 化 曲线的测 定 为研究试样在不 同腐蚀介质 中的腐蚀行 为， 用 稳态恒电位法测定阳极极化 曲线 试验仪器为德 国 产电化学工作站 I M6 ， 参比电极采用饱和甘汞 电极， 辅 助 电极 采用 铂 电极 ， 扫描速 度为 4 0 mV s ， 测 得 的 电极电位值均为相对饱和甘汞 电极( S C E) 电位 1 4腐 蚀试 验 采用 失重 试验法 对 3种钢 筋材料 在不 同介 质 中 的腐蚀率进行测定 2 试验结果与分析讨论 2 1 钢 筋 的稳态 电位 钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀主要是电化学腐 蚀 根 据 电化 学 原理 ， 金 属 材 料 的稳 态 电位 越 负 ， 腐 蚀倾向性越大【 7 3种钢筋的稳态电位如表 2所示 由表 2可 看 出 ， 在 p H一 1 3 6不 含氯 离 子 的 孔 隙液中， 3种钢筋材料 的电位均随时间的增加而正 移 ， 这表明在不含氯离子 的强碱性介质中， 3种钢筋 材料表面可能形成致密的钝化膜 当氯离子浓度增 加 到 0 0 5 mo l L时 ， HP B 2 3 5 钢 筋 的 电位 随 时 间 的 增 加而 正移 ， 表 明在强碱 性介 质 中 ， 微量 氯离 子浓 度 未 能破 坏金 属 表 面 的钝 化 膜 ； HRB 3 3 5钢 筋 的 电位 在这种介质条件下基本保持不变 ， 表 明 HRB 3 3 5钢 筋 的 表 面 膜 处 于 形 成 和 溶 解 的 动 态 平 衡 状 态 ； HRB 4 0 0 钢筋的电位随时间的增加而轻微降低， 这 时 HRB 4 0 0 形成的钝化膜致密性稍差些 ， 腐蚀倾 向 增加 当氯 离子 浓度 为 0 3 O mo l L时， HP B 2 3 5 ， HRB 3 3 5和 HR B 4 0 0这 3种钢筋材料的电位均随着 时间的增加 ， 呈先增加后减少的趋势， 表明它们在此 条件下 ， 先期形成 的钝化膜 由于氯离子的侵蚀而遭 到局部溶解 ， 在相同条件下 ， HP B 2 3 5的电位最大 ， HRB 4 O 0 钢筋 的电位最小 ， 因此 HP B 2 3 5钢筋发生 腐蚀的倾 向最小 ， HR B 4 0 0钢筋发 生腐蚀 的可能性 最大 随着氯离子浓度的增加， HP B 2 3 5钢筋的电位 变化范围较小 ， HR B 4 0 0钢筋 随着孔 隙液 的氯离子 浓度的增加 ， 电位变化较大 ， 因此从材料热力 学上 看 ， HR B 4 0 0钢筋对氯离子的腐蚀敏感性 明显大于 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 陈海燕 ， 等 ： 钢筋在混凝土模拟液 中的电化 学腐 蚀行为 表 2 3种钢筋在 模拟混凝土孔隙液中的稳态 电位 T a b l e 2 Op e n c i r c u i t p o t e n t i a l o f t h r e e t y p e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n s i mu l a t e d c o n c r e t e po r e s o l u t i o n p H c c r T i me P o t e n t i a l V p H c c rTi me P o t e n t i a l V v a l u e( mo lL ) mi n HPB2 3 5 HRB3 3 5 HRB4 0 0 v a l u e( m o lL一 ) mi n HPB2 3 5 H RB3 3 5 HRB4 0 0 5 0 8 6 4 0 9 6 9 1 0 7 6 5 0 8 3 7 1 4 3 0 一 1 6 2 6 1 5 0 8 5 5 0 9 5 5 0 9 4 7 1 5 0 8 3 0 1 6 0 0 1 6 7 0 0 3 0 0 8 4 8 0 9 2 3 0 9 l 6 1 2 5 0 3 0 3 0 0 8 4 2 1 5 9 2 1 6 2 8 4 5 0 8 2 3 0 9 0 0 0 8 5 3 4 5 0 8 51 1 6 8 2 1 6 8 7 6 0 0 8 2 2 0 9 0 1 0 8 5 2 6 0 0 8 51 1 6 5 2 1 7 4 1 5 0 8 7 0 0 9 2 7 1 2 5 8 5 1 0 8 5 1 5 6 8 1 5 4 5 1 5 0 8 7 2 0 9 1 4 1 2 8 6 1 5 1 0 5 5 1 5 8 1 1 5 7 0 1 3 6 0 0 5 3 0 0 8 0 0 0 9 2 0 1 3 I 5 0 3 0 一 I 0 2 2 1 5 9 1 5 8 8 4 5 0 7 9 4 0 9 2 8 1 3 0 7 4 5 1 0 4 2 1 5 9 8 1 6 1 1 6 0 0 7 9 1 0 9 2 7 1 3 1 3 6 0 0 9 9 4 1 6 0 3 一 I 6 2 3 5 0 7 3 0 0 7 6 5 1 3 4 0 5 1 4 1 0 1 5 2 4 1 8 5 2 1 5 0 7 1 2 0 7 5 7 一 I 3 9 5 1 5 1 6 5 7 1 8 7 5 1 8 5 6 0 3 0 3 0 0 7 1 6 0 7 6 2 1 4 0 8 1 0 0 0 0 5 3 0 1 7 8 7 1 9 1 8 1 8 3 4 4 5 0 7 2 7 0 7 6 2 1 4 2 0 45 1 7 8 0 1 9 4 2 1 8 9 1 6 0 0 7 2 8 0 7 7 0 1 4 3 3 6 0 1 7 8 3 1 9 6 5 1 9 9 1 5 0 8 1 0 0 8 6 8 1 6 2 3 5 1 _ 8 5 3 1 7 2 7 一 1 8 9 6 1 5 0 7 7 9 0 8 8 1 1 6 1 1 1 5 1 8 6 I I 7 1 9 1 9 09 0 3 0 0 7 7 5 0 8 9 0 一 I 5 8 8 0 3 0 3 0 1 8 7 7 1 7 6 0 1 9 7 0 4 5 0 7 7 I 一 0 8 9 8 1 5 45 4 5 1 9 2 3 1 7 8 2 1 9 9 2 6 0 0 7 5 1 0 9 0 3 1 5 7 0 6 0 1 9 5 0 一 I 81 9 一 1 9 9 2 5 0 8 6 2 0 7 9 6 1 6 51 1 5 0 84 2 0 8 7 9 1 6 65 0 0 5 3 0 0 85 2 0 8 2 0 1 6 95 4 5 0 8 4 0 0 8 2 4 1 7 36 6 0 0 86 0 0 8 3 5 1 7 43 HP B 2 3 5 钢 筋 在 p H一1 2 5的孔 隙液 中， 氯离 子浓 度 为 0时 ， HP B 2 3 5和 HR B 4 0 0钢 筋 的电位 随 时间 的增加 而变 大 ， 这 表 明 HP B 2 3 5和 HR B 4 0 0钢 筋 均 处 于 钝 态 ； HR B 3 3 5 钢筋的电位值却 随时 间的增加而下 降， 这 表明在 p H一1 2 5的孔隙液 中， 由于碱性 不足未 能 导致 HR B 3 3 5和 HRB 4 O 0钢筋形成钝化膜 氯离子 浓度 为 0 0 5 mo l L时 ， HP B 2 3 5钢 筋 的 电位 呈 先升 高后降低 的趋 势， 这表明 HP B 2 3 5表面是先形成钝 化膜 ， 后 由 于 暴 露 在 氯 离 子 环 境 下 而 被 溶 解 HR B 3 3 5和 HR B 4 0 0这 2种钢 筋 的 电位随 时 间变化 呈下降趋势 ， 因此在 p H一1 2 5的介质溶液中， 少量 氯离子对这 2种钢筋的钝化膜有破坏作用 ， 从而降 低 了其耐蚀性 氯离子浓度为 0 3 0 mo l L的孔隙液 中， 3 种钢筋 的电位都 向负方 向移动 ， 表明高浓度 的 氯离子破坏了金属表面的钝态 ， 从 而使腐蚀倾 向增 大 在这 3种钢筋材料中 ， HP B 2 3 5钢筋的电位 随氯 离子浓度的增加 ， 其变化范围较小， 因此 HP B 2 3 5对 氯离子的腐蚀敏感性较小 不含 氯离 子且 p Hi 0 0孔 隙液 中 的 HP B 2 3 5 钢筋 电位值 急剧 下降， 表 明 HP B 2 3 5在 p H一1 0 0 孔隙液中的热力学稳定性 变差 ， 其发生腐蚀的可能 性非常大； HRB 3 3 5和 HR B 4 0 0钢筋的电位值 随着 时间的增 加 而 下 降， 因此 即使 没有 氯 离 子侵 蚀 ， HR B 3 3 5和 HR B 4 O O钢筋也脱离 了钝 态， 钢筋发生 腐蚀 溶 解 的可 能 性 仍 很 大当氯 离 子 浓 度 大 于 0 0 5 mo l L时 ， 3种钢筋的腐蚀 电位均 随时间的增 加 而 减小 ， 说 明其表 面不 能形 成钝 化膜 由表 2可看 出， 相 同的环境条件下 ， 3种钢筋 的电位按高到低 的 顺 序 为 HP B 2 3 5 HRB 3 3 5 HR B 4 0 0 ， 在 钢 筋混 凝 土梁柱 构件 的纵筋较 多采用 HR B 4 o 0和 HR B 3 3 5 钢筋 ， 箍筋多采用 HP B 2 3 5钢筋 ， 因此从热力学上来 判断 ， HP B 2 3 5和 HP B 4 0 0的电位相差很大 ， 两者之 间如果相连接可形成电偶对 ， HP B 4 0 0钢筋 因电位 较小而作为阳极被加速腐蚀 ， HP B 2 3 5钢筋作为阴 极被保护 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 6卷 2 2阳极 极化 曲线 HP B 2 3 5 ， HRB 3 3 5和 HR B 4 O O在不 含氯 离子 且 p H=1 3 6的模拟混凝土孔隙液 中的阳极极化 曲 线如图 1 ( a ) 所示 ， 这 3种钢筋材料均经历 了活性溶 解 区一 活 化 钝 化 过 渡 区一钝 化 区一 过 钝 化 区 HP B 2 3 5 钢 筋在 不 含 氯 离 子 的 高 碱 性 孔 隙 液 中 ， 电 位为一0 3 9 一0 2 0 V时， 腐蚀电流密度 ( ) 随着电 位的升高而迅速增大 ， HP B 2 3 5钢筋在此 区间发生 溶 解反 应 ： F e 一 2 e F e 抖 ； 当 电流 密 度 达 到 最 高 点3 1 0 - 。 A c m ( 致钝 电流密度 ) 时 ， HP B 2 3 5钢筋 进 入活化 钝 化过 渡 区 ， 此 时 电 流密 度 随 电位 的 升 高 而 减小 ， 金属 表面上 生成 过渡 氧化 物 ， 主要 的 电化学 反 应为 ： 3 F e +4 H2 OF e 3 O 4 +8 H +8 e ； 电位 为 0 1 2 0 3 5 V， 钢筋电极进入钝态 ， 阳极可能发生反 应 ： 2 F e 纠 + 3 H2 oF e 2 03 + 6 H1 。 +2 e ， F e 2 O3为 耐 蚀性 好 的高价 氧 化 物 膜 ， 此 时 维 钝 电流 密 度 大 约 为 2 1 1 0 A c m ； 当 电位大 于 0 3 5 V， 阳极 电流 密度再次随电位 的升高而增大， 金 属溶解速度急剧 增加 ， 这可能 是 F e O。氧化膜 溶解 生成 F e 抖 的缘 故 HR B 3 3 5和 HRB 4 0 0钢筋 的阳极极化 曲线的形 状和趋势与 HP B 2 3 5相似 ， 均可形 成致密稳定的钝 化膜 ， 这说明 3种钢筋均呈现出优 良的耐蚀性 ， 但其 电化学参数 有所 不 同： 腐 蚀 电位从 高到低 顺序 为 HP B 2 3 5 HR B 3 3 5 HR B 4 0 0 ， 致钝 电流密度从高 到低顺 序 为 HR B 4 0 0 HRB 3 3 5 HP B 2 3 5 ， 维 钝 电 流密 度 从 高 到 低 顺 序 为 HRB 4 0 0 HR B 3 3 5 HP B 2 3 5 ， 因此在不含氯离子且 p H一1 3 6的孔隙液 中 ， HP B 2 3 5 的 耐 蚀 性 能 最 好 ，HRB 3 3 5 次 之 ， HRB 4 0 0最差 HP B 2 3 5 ， HR B 3 3 5和 HR B 4 O 0在 不 含 氯 离 子 且 p H一1 2 5的模拟混凝土孔隙液 中的阳极极化 曲 线 如 图 1 ( b ) 所 示 ， 与 p H一1 3 6孔 隙液相 比 ， 这 3种 钢筋 材料均 经 历 了活 性 溶 解 区后 ， 未 经 活化 钝 化 过 渡区就直接进入钝化 区 其中 HP B 2 3 5的钝化 区的 维钝 电流 密度 约为 2 3 1 0 A c m ， HR B 3 3 5的钝 化 区腐蚀 电流 约为 2 5 1 0 A c m ， HR B 4 0 0的钝 化区腐蚀电流约为 2 0 1 0 A c m。 ， 因此在不含 氯离子情况下 ， 这 3种材料均能形成 良好 的钝化膜 ， 其中 HP B 2 3 5的耐蚀性能最好 3种钢筋在不含氯离子且 p H一1 0 0的模拟混 凝土孔隙液中的阳极极化 曲线如图 1 ( c ) 所示 ， 3种 钢筋 的阳极极化 曲线的形状和趋势相似， 均经过活 化区后直接进人一个 范围很窄的钝 化区， 三者 的维 钝电流密度也较高， 约为 8 2 1 0 A c m。 ， 这表 明 随着模 拟混凝土孔 隙液 p H 值的下 降， 3种钢筋发 生钝 化 的可能性 变小 g J g S C E ) N ( a ) p H= 1 3 6 S C E ) V ( b ) p H= 1 2 5 S C E ) V ( c ) p H= l 0 0 图 1 3种钢筋在不含氯离子的模拟混凝土孔 隙液中的 阳极极化 曲线 F i g 1 An o d e p o l a r i z a t i o n c u r v e s o f t h r e e t y p e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n t h e s i mu l a t e d c o n c r e t e p o r e s o l u t i o n wi t h o u t c h l o r i d e i o n 图 2 ( a ) 为 HP B 2 3 5 ， HR B 3 3 5和 HRB 4 0 0在 氯 离子浓度为 0 0 5 mo l L且 p H= = = 1 3 6的模拟混凝 土孔隙液中的阳极极化曲线 ， 其 阳极极化曲线 的形 状和趋势 与 图 1 ( a ) 相 似 ， 还 存 在 明显 的钝化 区 HP B 2 3 5钢筋的维钝电流密度约为 1 0 A c m。 ， 但 HRB 3 3 5和 HR B 4 0 0钢筋 的维钝 电流密度值非 常接 近， 约 为 1 3 1 0 A c m ， 由 此 可 判 断 HP B 2 3 5的钝化 性 能 优 于 HR B 3 3 5和 HRB 4 0 0 图 2 ( b ) 为 HP B 2 3 5 ， HR B 3 3 5和 HRB 4 0 0在氯离子浓 0 0 4 罐 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 陈海燕 ， 等 ： 钢筋在混凝土模拟 液中的电化学腐蚀行为 度 为 0 0 5 mo l I 且 p H一 1 2 5的模 拟 混 凝 土 孔 隙 液中的阳极极化 曲线 ， 与 p H一1 3 6的间隙液相 比， 曲线未 经过 活化 钝 化 过 渡 区 ， 直 接 从 活 化 溶解 区进 入了钝化区， 其中 HP B 2 3 5和 HR B 3 3 5钢筋还保持 较宽的钝化 区， 这说明 HP B 2 3 5和 HR B 3 3 5钢筋仍 存在较为稳定 的钝化态， 但在两者的过钝化区， 阳极 电流密度随电位 的升高急剧增大， 此时钝化膜 的溶 解速度非常快， 有可能发生点蚀 HRB 4 0 0的钝化 区 域很窄( 一0 2 O O 0 5 V) ， 钝化 电流密度较大( 约为 3 0 1 0 A c m ) ， 这说 明此 时 HR B 4 0 0在氯离子 g S C E ) V ( a ) p H =1 3 6 4 基 的侵蚀下钝化膜不稳定， 很容易被击穿， 从而使其被 腐蚀速度加快 ， 因此在氯 离子浓度为 0 0 5 mo l L， p H一1 2 5的模 拟混凝 土 孔 隙液 中 HR B 4 0 0耐 蚀性 能 最差 图 2 ( c ) 为 HP B 2 3 5 ， HR B 3 3 5和 HRB 4 O O在 氯离 子 浓度 为 0 0 5 mo l L且 p H一 1 0 0的模 拟 混 凝土孔隙液中的阳极极化 曲线 ， 3种钢筋均经历 了 活 性 溶 解 区 后 ， 直 接 进 入 了 过 钝 化 区 ， 这 说 明 在 p H一1 0 0的孑 L 隙液中， 3种钢筋在低浓度的氯离子 侵 蚀 下 ， 钝 化 膜 未 能形 成 ， 因此 在 此 条 件 下 ， 3种 钢 筋 的腐 蚀速 度很 快 S CE ) V C o ) p H=1 2 5 S C E ) V ( c ) p H= 1 0 0 图 2 3 种钢筋在 氯离 子浓度为 0 0 5 mo l L的模拟混凝土孔 隙液 中的阳极极 化曲线 Fi g 2 An o d e p o l a r i z a t i o n c u r v e s o f t h r e e t y p e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n s i mu l a t e d c o n c r e t e p o r e s o l u t i o n wi t h c o n c e n t r a t i 0 n o f 0 0 5 mo l I c h l o r i d e i o n HP B 2 3 5 ， HRB 3 3 5和 HR B 4 0 0在 氯 离 子 浓 度 为 0 3 0 mo l L的模拟混凝土孑 L 隙液 中的阳极极化 曲线如 图 3所 示 由 图 3 ( a ) 可 看 出 ， 在 强 碱 性 介 质 ( p H一1 3 6 ) 中， 3种钢筋 尚可保 持 良好 的钝性 ， 但 在高氯条件下 ， 钝化区内的腐蚀 电流 比不含氯离子 的略高一点 图 3 ( b ) ， ( c ) 分别为 p H一1 2 5和p H： = = 1 0 0的高 含 氯 ( 0 3 0 mo l L ) 模 拟 混 凝 土 孔 隙液 中 的极 化 曲线 ， 均是 从 活化 区直 接进入 过钝 化 区 ， 而 曲 线 上没有 钝 化 区 间 ， 此 时这 3种 钢 筋 材 料 表 面未 能 吕 0 l20 40 60 8 1 0 1 2 1 4 1 6 日S C E ) V a 1 pH=1 3 6 吕 6 形成钝化膜 ， 金属材料始终处于活性溶解过程 中， 其 腐 蚀速 度很 快 2 3 均 匀 腐蚀 为 了 比较 HP B 2 3 5 ， HRB 3 3 5和 HR B 4 0 0这 3 种钢筋材料在钝态和非钝态下的耐蚀性能 ， 将试样 浸 泡在 p H一1 3 6 ， p H= = ： 1 2 5和 p H一1 0 0的氯 离 子浓度孔隙液中 1 2 0 0 h后 ， 取出试样 ， 去 除腐蚀产 物后称重 ， 用失重率方法计算材料的腐蚀率 ， 结果 如表 3 所 示 S CE ) V ( b ) p H= 1 2 5 图 3 3种钢筋在氯离子浓度为 0 3 0 mo l L的模拟混凝土孔 隙液 中的阳极极 化曲线 F i g 3 An o d e p o l a r i z a t i o n c u r v e s o f t h r e e t y p e s o f r e i n f o r c i n g s t e e l i n s i mu l a t e d c o n c r e t e p o r e s o l u t i o n wi t h c o n c e n t r a t i o n o f 0 3 0 mo l L c h l o r i d e i o n 0 ( O 2 O 一 4 O 一 6 0 4 罐 n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 建筑材料学报 第 1 6卷 裹 3 各试样在不 同介质中的腐蚀率 Ta b l e 3 Co r r o s i o n r a t e o f t h e s a mp l e s i n d i f f e r e n t s o l u t i o n 0 1 4 2 0 1 3 4 1 0 8 0 由表 3可知 ， 在 p H一1 3 6的孔隙液 中， 当氯离 子浓度为 0 ， 0 0 5 ， 0 3 0 mo l L时 ， 3种钢筋 的腐蚀 率均非常低 ， 样品经 1 2 0 0 h泡浸后还保持光洁 ， 这 表明在强碱性介质中， 3种钢筋表面能形成致密稳 定的钝化膜 ， 此时即使存在较高浓度( O 3 0 mo l L) 的氯 离子 ， 也不 足 以破 坏这 层钝化 膜 同时 由表 3中 还可 看 出 ， 在 材 料 处 于 钝 化 状 态 时 ， HP B 2 3 5和 HR B 3 3 5钢筋的腐蚀率非常接近 当孔隙液的 p H一 1 2 5时， 3种钢筋的腐蚀率提高了， 但在没有氯离子 的侵蚀下 ， 其还能保持较低 的腐蚀率 、 较好 的钝态 ； 当氯离子浓度达 到 0 0 5 mo l L时 ， 从数 据来看， 3 种钢筋 的腐蚀率还较小 ， 但样品的表面 已布满 了蚀 点 ， 因此在氯离子浓度为 0 0 5 mo l L且 p H一1 2 5 的孔隙液中， 钢筋材料的钝化膜已被破坏而发生了 孔蚀 ， 这与前面的阳极极化曲线的推断一致 当孔隙 液的 p H一1 0 0时 ， 即使没有氯离子， 3种钢筋的腐 蚀率均较大， 这表明材料表面未能形成致密的氧化 膜 ， 对材料基体起不了保护作用从而使其腐蚀加速 当氯离子浓度达 0 0 5 mo l L以上时 ， 3种钢筋的腐 蚀率均很大 由表 3可见 ， p H 值的下 降使得钢筋材 料对氯离子的腐蚀敏感性 明显增加 ， 当钢筋的钝态 被破 坏后 ， HP B 2 2 5的耐蚀 性能 最好 ， HR B 3 3 5次 之 ， HR B 4 0 0的耐 蚀性最 差 综上 所述 ， 在相 同介质 条件 下 ， 钢 筋材料 耐 蚀性 能从 高 到 低 排 列 顺 序 为 ： HP B 2 3