迁移型阻锈剂在钢筋混凝土中的研究进展.pdf

迁移型阻锈剂在钢筋混凝土中的研 究进展 潘崇根等 1 4 5 迁移型 阻锈剂在钢筋混凝土 中的研究进展 潘崇根 一 ， 李伊伊 ， 舒咚咚 ， 王锃 ， 祝少杰 ， 毛江鸿 ， 金伟 良 ( 1 浙江大学宁波理工学院土木建筑工程学院， 宁波 3 1 5 1 0 0 ； 2 浙江大学建筑工程学院， 杭州 3 1 0 0 5 8 ) 摘要 钢筋锈蚀导致混凝土耐久性的降低问题一直受到全世界的广泛关注， 迁移型有机阻锈剂可以有效提升 混凝土的耐久性， 并与混凝土结构有着很好的相容性， 且在经济上优于普通掺入型无机阻锈剂。从混凝土工程钢筋 锈蚀原因、 迁移型阻锈剂的阻锈机理进行分析， 进而介绍迁移型阻锈剂的国内外研 究情况以及迁移型阻锈剂的性能 试验 和评 价方 法， 最后就迁移 型阻锈 剂相关应用 的问题进 行总结 。 关键 词 迁移型阻锈剂氯离子 阳离子型耐久性 中图分类号： TU5 文献标识码 ： A D O I ： 1 0 1 1 8 9 6 j i s s n 1 0 0 5 0 2 3 X 2 0 1 6 0 1 3 0 2 3 De v e l o p me nt o f M i g r a t i ng Co r r o s i o n I nh i b i t o r i n Re i nf o r c e d Co n c r e t e P AN C h o n g g e n ，L I Yi y i ，S HU D o n g d o n g ，WANG Z e n g ，Z HU S h a o j i e ， MAO J i a n g h o n g ，J I N W e i l i a n g ， ( 1 C o l l e g e o f Ci v i l E n g i n e e r i n g& Ar c h i t e c t u r e ， Ni n g b o I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y ，Z h e j i a n g Un i v e r s i t y ， Ni n g b o 3 1 5 1 0 0 ； 2 C o l l e g e o f E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ， Z h e j i a n g Un i v e r s i t y ，Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8 ) Ab s t r a c t S t e e 1 b a r c o r r o t i o n - i n d u c e d d u r a b i l i t y d e g r a d a t i o n h a s r e c e i v e d e x t e n s i v e a t t e n t i o n f r o m a l l o v e r t h e wo r l d M i g r a t i n g c o r r o s i o n i n h i b i t o r c a n i mp r o v e t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e e f f e c t i v e l y ，a n d i t S we l l c o mp a t i b l e wi t h s t r u c t u r e o f c o n c r e t e Th e e c o n o my o f mi g r a t i n g c o r r o s i o n i n h i b i t o r i s a l s o s u p e r i o r t h a n i n o r g a n i c c o r r o s i o n i n h i b i t o r I n t h i s p a p e r ，t h e c o r r o s i o n r e a s o n o f c o n c r e t e a n d me c h a n i s m o f mi g r a t i n g c o r r o s i o n i n h i b i t o r a r e a n a l y z e d S u b s e q u e n t l y ，d o me s t i c a n d f o r e i g n d e v e l o p me n t s o f mi g r a t i n g c o r r o s i o n i n h i b i t o r a r e i n t r o d u c e d，a l s o wi t h t h e p r o p e r t y t e s t i n g a n d e v a l u a t i o n me t h o d o f mi g r a t i n g c o r r o s i o n i n h i b i t o r F i n a l l y，Ap p l i c a t i o n p r o b l e ms o f mi g r a t i n g c o r r o s i o n i n h i b i t o r a r e s u mma r i z e d Ke y wo r d s mi g r a t i n g c o r r o s i o n i n h i b i t o r ，c h l o r i d e i o n ，c a t i o n i c ，d u r a b i l i t y 0 引言 氯盐环境下的混凝土结构耐久性 问题是 困扰全 世界的 一 大难题_ 1 。美国标准局 1 9 7 5年的调查表明： 混凝土 中钢 筋 的腐蚀 占全美各种腐蚀的 4 O 。美 国国家研究委员会的 公路战略研究项 目对美 国桥梁结构腐蚀破坏造成的损失进 行估算 ， 金额超过 2 0 0 亿美元 年 ， 并以每年 5 亿美元的速度 增长 。英 国海洋工程 中混凝土结构物因钢筋腐蚀需要修复 的达 3 6 。前苏联工业建筑 的腐蚀损失 占工业 固定资产的 1 6 ， 仅混凝土和钢筋 的腐蚀损失就 占 G D P的 1 2 5 。 日 本约有 2 1 4 的钢筋混凝土结构破坏是 由钢筋腐蚀引起 的。 我国的海港码头 、 滨海设施 、 水工工程等更是有大量钢筋腐 蚀破坏的案例 ， 很多 钢筋混凝土工程 达不到设计 寿命的要 求。因此 ， 混凝土结构耐久性 的研究迫在眉睫。 在众多钢筋阻锈措施 中， 使用钢筋阻锈剂 的方法因为环 保低毒 、 经济实 用、 操 作简便而受到 了业 界的重视。据悉 ， 1 9 9 3 年以前， 全世界仅有 2 0 0 0 万 m。 的混凝土中使用了钢筋 阻锈剂 ， 而到 了 1 9 9 8年， 至少有 5 亿 m。 的混凝土中使用 了 钢筋阻锈剂， 可见其发展之迅猛_ 5 。美 国、 日本 、 中国等都在 积极开发和应用钢筋阻锈剂 。根据使用方式不 同， 钢筋阻锈 剂可以分为掺入型和迁移型。迁移型阻锈剂是近些年来 国 外发展起来的新型阻锈剂类型 ， 被誉为混凝土结构修复领域 中最 具 有 前 景 的 新 技 术_ 6 。1 9 9 7年， 欧 洲混 凝 土 标 准 E N V1 5 0 4 9 混凝 土结 构保 护与修 补 产品与 系统 ( 使 用总 则) 将迁移型阻锈剂列为控制钢筋腐蚀的一 种有效 的保护 和修补产品。除了保护钢筋 ， 有些品种还可以增加混凝土的 密实性 ， 通过混凝土表面 自发渗透到钢筋表面 ， 形成保护膜 来实现对钢筋的保护 。它可以有效 防止由于氯化物 、 碳化或 杂散电流等原因造成的钢筋锈蚀。 目前 ， 中国是世界建筑规模最宏大的国家 ( 占世 界水泥 用量的 5 5 ) E T 。大量新建的重点工程逐渐开始使用迁移型 阻锈剂。迁移型阻锈剂的研究与开发在我国起步 比较 晚， 其 作用机理和性能特点也未被广泛认识 ， 一定程度上影响 了这 一 新技术在我 国的推广。 *国家 自然科学基金( 5 1 5 4 1 9 0 4 ； 5 1 4 0 8 5 4 4 ) ； 浙江省自然科学基金( L Y1 6 E 0 9 0 0 0 7 ) ； 宁波市科技创新团队项 目( 2 0 1 1 B 8 1 0 0 5 ) ； 浙江 省公益基金 ( 2 O 1 5 C 3 1 O 3 3 ) 潘崇根： 男， 1 9 8 2年生， 博士， 讲师， 研究方向为混凝土耐久性 E - ma i l ： p a n c h o n g g e n z j u e d u e n 1 4 6 材料导报 A： 综述篇 2 0 1 6 年 7月( A) 第 3 O卷第 7期 1 混凝土钢筋腐蚀的原 因 混凝土钢筋的腐蚀主要是 由于混凝土不密实或存在裂 缝 ， 造成氯离子等腐蚀介质侵入 。氯离子 的主要来源是混凝 土原材料以及混凝土的使用环境。由于大量使用海砂和化 冰盐 ， 使得以钢筋混凝土结构为主的腐蚀破坏尤为突出_ 8 。 混凝土是一种强碱性物质， p H值在 1 2 1 3之间， 可在 钢筋表面形成氧化物钝化膜 ， 保护钢筋不被锈蚀 。当氯离子 侵入时， 其腐蚀作用主要有以下几个方面_ g 。 ( 1 ) 破坏钝化膜， 钢筋表面钝化膜只有在高碱性 环境 中 才是稳定的， 氯离子会使钢筋表面酸化 ， 导致 p H 降低 ， 钝化 膜在 p H 1 1 5 时就开始不稳定 ， 在 p H9 8 8 时生成困难 或已经生成的逐渐被破坏。 ( 2 ) 形成腐蚀 电池， 氯离子对钢筋表面钝化膜的破坏发 生在局部 ， 这些部位露出铁基体， 与尚完好 的钝化膜区域形 成电位差 ， 加速了钝化膜破坏和钢筋腐蚀 。 ( 3 ) 去极化作用， 氯离子与阳极反应产物 F e 。 结合生成 F e C 1 ， 将阳极产物搬运走 ， 使 阳极氧化过程顺利甚至加速进 行 ， 氯离子发挥的是阳极去极化作用； ( 4 ) 导电作用 ， 混凝土中的氯离子的存在强化 了离子通 道 ， 降低了阴阳极之间的欧姆 电阻， 提高了腐蚀 电池的效率 ， 加速了电化学腐蚀过程。 由于氯离子的作用导致钢筋腐蚀 ， 混凝土结构耐久性遭 到破坏 ， 劣化混凝土结构所需的维修和重建工程给资源和能 源供应带来了巨大的负担， 产生的建筑垃圾也给环境造成 巨 大的压力。而众多的钢筋阻锈措施 中， 使用迁移型阻锈剂符 合可持续发展理念且具有非常大的经济效益。 2 迁移型阻锈剂的阻锈机理 迁移型钢筋 阻锈剂 主要通过 3种途 径来 抑制钢 筋锈 蚀l_ 1 ： ( 1 ) 抑制阳极反应和阴极反应 ； ( 2 ) 大幅度提高两电极 之间的电阻； ( 3 ) 降低 混凝土渗透性 ， 减少 O 向钢筋表面迁 移。 目前迁移型阻锈剂主要是以胺、 醇胺及其盐或酯为主的 混合型水溶液或水乳液体系 1 。迁移型阻锈剂 的阻锈机理 可能是几种作用叠加组合 ， 所以阻锈效果与其 中各种组合的 结构密切相关。一般可以认为， 迁移型阻锈剂具有“ 成膜” 和 “ 塞孔” 双重功能。迁移型阻锈剂借助混凝土中的孔结构 ， 通 过毛细作用、 虹吸作用 、 液相扩散、 气相扩散 自发地渗透进混 凝土内部。阻锈剂分子随着水分以液相 的形式进入到混凝 土内部 ， 当水分蒸发后 ， 不同蒸汽压的有机物开始挥发， 形成 高浓度气相 ， 并在混凝土孔隙中继续缓慢扩散。除少量可能 被水泥水化产物吸附外 ， 部分阻锈剂分子通过气相和液相扩 散， 迁移至钢筋表面后 ， 竞相将钢筋表面吸附的水分子和氯 离子排挤出去， 形成物理和化学结合的表面吸附膜 ， 对钢筋 起到保护作用。迁移型阻锈 剂分子 中含氮的极性基 团通过 物理或化学吸附排除水分子和氯离子 ， 紧贴钢筋表面渗透 ， 形成单分子保护膜， 一般这层膜分子大致垂直于金属表面形 成排列。其非极性基 团在表面定向排布形成疏水层。这层 保护层能够阻碍金属离子和腐蚀介质 、 水和氧气 向金属表面 渗透， 从而起到阻锈作用 ， 如图 1 所示。 非极 图 1 迁移型钢筋阻锈剂阻锈机理 Fi g 1 M e c h a n i s m o f mi g r a t i n g c o r r o s i o n i n h i b i t o r 3 迁移型阻锈剂的国内外研究情况 前苏联 、日本 和美 国 是 最 早 使 用 钢 筋 阻 锈 剂 的 国 家E 1 3 , 1 4 。美国 2 O 世纪 7 O年代初开始研 究、 开发钢筋 阻锈 剂。1 9 9 2 年出台的 钢筋混凝土桥梁 的防腐蚀手册 指 出可 通过添加阻锈剂来防止桥梁腐蚀。 日本于 1 9 7 3 年首次在冲 绳发电站建设工程 中大量使用钢筋阻锈剂来 防止海砂对钢 筋的腐蚀 。前苏联于 2 O 世纪 5 0 年代开始研制 、 使用钢筋阻 锈剂， 在 1 9 8 5 年出版了 混凝土中钢筋阻锈剂 专著 ， 同时还 将阻锈剂 内容纳入国标 建筑 防腐蚀设计规范 中。 我国对钢筋阻锈剂的研究开发起步也 比较早 。1 9 9 8 年 ， 冶金工业部颁发了 钢筋 阻锈剂使用规范技术 。2 0 0 4 年我 国交通部颁布了 钢筋混凝土阻锈剂 ， 规定 了阻锈剂评价的 相关方法。2 0 0 9 年 中华人民共和 国住房和城 乡建设 部颁布 了 钢筋阻锈剂应用技术规程 ， 系统规定了阻锈剂 的使用环 境等级 、 种类选用、 施工工艺、 工程验收等_ 1 。我 国对钢筋防 腐方面越来越重视 ， 促进了钢筋阻锈剂的发展。 目前国内外钢筋阻锈剂的主流产品都属于掺人型口 ， 对 迁移型钢筋阻锈剂 的研究还处于起步阶段。 3 1 有机迁移型阻锈剂 直到 2 0世纪 9 O年代， 有机迁移型阻锈剂才开始 出现在 昆 凝土行业中 。有机迁移型阻锈剂不会发生类似 阳极型 阻锈剂因用量偏低 而导致腐蚀加速 的情况 1 引 。美 国 C o r t e c 公司率先使用以胺基羧酸盐为主 的迁移型阻锈剂来保护钢 筋混凝土l 1 。目前市场上销售较多的是瑞士 S i K a 公 司 F e r r o G a r d 9 0 3 。这是复合胺基醇类迁移型阻锈剂 ， 通过限制离 子在阴极区的运动 ， 隔离有害离子， 使其不能与钢筋接触， 从 而达到防腐蚀的 目的_ 2 。 。 E l s e n e r B等 2 l J 研究 了以乙醇胺为主要成分 的迁移型复 合阻锈剂对混凝土钢筋的阻锈效果 ， 乙醇胺能在混凝土中扩 散并吸附在钢筋表面上 ， 具有 良好的钢筋 防腐蚀效果。R a k a n t a 等 研究表明， 在 3 5 ( 质量分数 ) 的氯化钠溶液中， 氨基醇迁移型阻锈剂对钢筋腐蚀起到抑制作用。O r me l l e s e 等 2 3 , 2 4 研究表明， 迁移型阻锈剂具有 良好 的扩散能力， 并能 延缓钢筋腐蚀时间。H o l l o w a y 等 2 朝 利用氨气敏电极测定迁 移型阻锈剂中有机胺类在混凝土 中的浓度， 试验表明迁移型 迁移型阻锈 剂在钢筋混凝土 中的研究进展 潘崇根 等 1 4 7 阻锈剂能够顺利扩散到混凝土中钢筋表面， 并对氯离子引发 的腐蚀 起 到 很 好 的修 复 作 用 。B a v a r i a n等 研 究 表 明， MC I 2 0 2 0系列阻锈剂能扩散至钢筋表面并形成保护膜层， 而 未涂刷的混凝土 钢筋则受到腐蚀 。S tS y l e v E 等研究发现 氨 基醇和酯基阻锈剂在表面涂敷时对混凝土性能无不利影响， 由于能堵塞孑 L 隙使得表面涂敷阻锈剂的混凝土的吸水率、 干 缩性 、 抗冻融性能 均有所 改善。Ma e d e r 2 研究表 明氨基醇 取代氯离子在金属表面形成连续性保护层， 在金属表面同时 抑制阳极和阴极反应过程 ， 推迟了腐蚀始发时间 ， 降低了腐 蚀速度 国内对 迁移 型 阻锈 剂 的研 究 还处 于 刚 刚起 步 阶段。 2 0 0 7 年北京市建筑工程研究所 自主研发的 AMC I 迁移型阻 锈剂通过了市建委专家的鉴定 ， 实现了迁移型阻锈剂 的国产 化。这项新技术有效解决了混凝土钢筋腐蚀破坏这一严峻 难题 ， 已在天津塘沽地 区的滁 河大桥 、 大秦扩线御河特大桥 等工程中得到应用 ， 对我国今后沿海地 区的港工混凝土建筑 防腐起到重要作用。贺奎等L 2 9 1 对 A MC I 迁移型阻锈剂 的性 能进行了研究 ， 试验表 明 A MC I 具有 良好的抗氯离子侵蚀作 用和一定的迁移作用。曹琨等_ 3 0 _ 研究 了分别含有 D ME A+ S D B S 、 D ME A+T w e e n 8 0 、 D ME A+O P - 1 0的复合迁移型阻 锈剂对混凝土钢筋的保护作用， 试验表明 D ME A+S D B S有 很好 的协同作用 ， 两者复配后依靠竞争吸附和协 同效应极大 地增强了缓蚀作用。李遵云等_ 3 研究 了 自行研制的迁移型 阻锈剂对混凝土耐久性能的影 响。该阻锈 剂主要是 由多种 分子结构的醇胺类化合物( 包括短链的小分子醇胺类物质和 长链分子结构的大分子醇胺类物质) 、 表面活性剂及无机 酸 组成。不同分子的醇胺组合可 以使钢筋尽可能在短时间修 复并提高修复效果 ， 表面活性剂能改善阻锈剂在混凝土中的 迁移能力。张大全等 3 。 研究 了 Z D - 2 迁移型阻锈剂对混凝土 钢筋的阻锈作用 ， 其主要成分为吗啉多元胺和低分子量的羧 酸胺， 研究表 明 Z 2阻锈剂能够在碱性条件 下抑制氯离子 引起的钢筋点蚀 ， 对混凝土钢筋腐蚀 电化学 阴极和阳极过程 均有阻止作用 。 迁移 型阻锈剂有着非常多 的优点 ， 但也有些 不足的方 面。J a mi l 等_ 3 。 研究发现醇胺类迁移型阻锈剂涂覆于混凝土 表面 ， 必须经历较长时间穿透混凝 土保护层 ， 之后才开始发 生阻锈作用 ， 穿透 的混凝土层厚度越厚， 时间越长 。T r i t t h a r t 等_ 3 胡 考察了胺基乙醇类迁移型阻锈剂的传递过程， 通过毛细 管作用的富集量少 ， 涂覆于混凝土表面时大部分停留在混凝 土表面浅层 。 B o l z o n i F等 3 朝 对胺基、 烷醇胺基迁移型阻锈 剂进行了阻锈性能研究 ， 结果表明， 涂在混凝 土表面 的阻锈 剂在降 低钢 筋腐蚀 速率 方 面没有 达 到理 想效 果。Mo r r i s 等l_ 3 考察了烷胺基 乙醇迁移型阻锈剂对混凝土钢筋 的作用 ， 结果表明只有在混凝土 中氯离子浓度小于 0 2 ( 质量分数 ) 时 ， 此类阻锈剂对混凝土 中的钢筋才有很好 的防腐抑制作 用 。 一 些迁移型阻锈剂由于浓度不足或渗透性能较差 ， 仅仅 靠 自然状态下的迁移作用并不能保证其能透过较厚且 密实 的混凝土保护层到达钢筋表面， 需要使用 电迁移阻锈技术， 而电迁移技术中广泛使用的是阳离子迁移型阻锈剂。 3 2阳离子迁移型阻锈剂 阳离子迁移型阻锈剂作为一种性能优异的表面活性剂 ， 对铁 、 钢等金属具有 良好的缓蚀作用 ， 是电迁移 阻锈技术 中 广泛使用的一类阻锈剂 。阳离子迁移型阻锈剂水溶液能离 子化 ， 且离子化后的阻锈基团为 阳离子。在短期 内施加适 当 的阴极电流后 ， 该阻锈剂能迅速迁移至钢筋表面 ， 并且能在 电迁移结束后实现对钢筋 的长期保护_ 3 。 某些胺和醇胺类有机迁移型阻锈剂、 咪唑啉季铵盐类迁 移型阻锈剂等都属于常见 的阳离子迁 移型阻锈剂 ， 如美 国 C o r t e c 公司率先使用的以胺基羧酸盐为主的迁移型阻锈剂 ( MC I ) ， 目前市场上销售较多的瑞士 S i Ka 公司的F e r r o G a r d 9 0 3 ， 阻锈效果较好的 B E等。 We l l e 等口 胡 采用 X P S观察钢筋表面 ， 发现 N， N 一 二 甲基 乙醇胺阳离子迁移型阻锈剂可 以取代钢筋表面吸附的氯离 子 ， 并使钢筋表面形成稳定 的钝化膜。G a i d i s 研究发现二 甲基乙醇胺阳离子迁移型阻锈剂能抑制阴极活性 ， 阻塞氧 占 据的空间并使氢氧根离子浓度降低。S a w a d a 等 4 0 , 4 1 以乙醇 胺和胍为电解质溶液， 通 电测其在混凝 土中的迁移能力 ， 结 果表明乙醇胺和胍在混凝土中的迁移效果 随时间延长逐渐 增强。D h o u i b i 等 采用 电化学阻抗谱考察了烷基醇胺类 阳 离子迁移型阻锈剂的长期阻锈效果 ， 结果发现经过 0 5 m o l L 的 Na C 1 溶液浸泡 3 年 ， 该阻锈剂对混凝土的复盖度没有副 作用。J a mi l 等_ 4 采用动电位极化法研究发现醇胺类阳离子 迁移型阻锈剂主要对抑制阳极活性起作用 ， 并使其腐蚀 电位 增加 。Mo r r i s 等_ 4 认为在受到氯离子侵蚀的混凝土中， 链烷 醇胺基阳离子迁 移型阻锈剂能数倍地延缓钢筋在混凝土 中 腐蚀开始时间， 并能有效降低腐蚀速率 。 近年来国内的专家学者对 阳离子迁移型阻锈剂也有一 定的研究 。唐军务等l l4 研究表 明醇胺类阳离子迁移型阻锈 剂在 电迁移阻锈技术作用下 ， 其阳离子阻锈基团能快速迁移 到钢筋表面 ， 且迁移深度和浓度与施加 的电量有关。金伟 良 等_ 4 研究表明双向电渗过程中阳离子迁移型阻锈剂的迁 入 效率随电流密度增加 、 通 电时间的延长而增加 ， 其 与氯离 子 的质量摩尔浓度 比值在大多数情况下达到 1 以上 ， 能发挥较 好的阻锈效果。张俊喜等c 4 7 研 究表 明二 甲基乙醇胺和乙醇 胺 2种阳离子迁移型阻锈剂能够在碱性环境下稳定存在 ， 在 电场作用下能够加速进入混凝土中， 2 种阻锈剂都具有 良好 的阻锈效果 ， 其中二 甲基乙醇胺能加快 电化学再碱化后钢筋 腐蚀电位的正移 ， 减小 钢筋腐蚀 电流密度， 明显改善 电化学 再碱化的修复效果。沈长斌等 4 。 研究表明咪唑啉类 阳离子 迁移型阻锈剂具有良好的缓蚀性 能， 对碳钢的腐蚀具有较强 的抑制作用 。张光华 9 j 通过研究发现双烷基咪唑啉季铵盐 阳离子迁移型阻锈剂缓蚀率高达 9 9 6 以上 。余其俊等 0 合成了一种 阳离子型咪唑啉季铵盐迁移性阻锈剂 ， 并初步探 讨 了其阻锈机理 ， 试验表明其阻锈机理主要为抑制钢筋表面 电化学反应 的阴极反应 ， 且具有 良好 的钢筋防腐蚀效果 ， 当 其掺量为 1 0 时， 其阻锈效果略低于 2 0 掺量的亚硝 酸 钠， 但优于掺量为 2 0 的醇胺类有机阻锈剂。艾志勇_ 5 合 1 4 8 材料导报 A： 综述篇 2 0 1 6年 7月( A) 第 3 O卷第 7期 成了一种新型电迁移型阻锈剂氯 乙酸钠一 月桂酸基咪唑 啉季铵盐 ， 可在碱性环境 中形成带正 电荷 阳离子阻锈基 团， 其水溶性好 ， 阻锈性强， 且易于迁 移。试验通过 比较亚硝酸 钠、 咪唑啉季铵盐、 西卡 9 0 1 三种阻锈剂 的阻锈效果， 得 出咪 唑啉季铵盐 的阻锈效果虽 劣于亚硝 酸钠但 明显优 于西 卡 9 01 。 4 迁移型 阻锈剂 的性能试验和评价方法 4 1 迁移型阻锈剂在钢筋表面的耐锈蚀性能 检测迁移型钢筋阻锈剂对钢筋 阻锈的效果， 大多数方法 是对钢筋的锈蚀情况进行定性评 价， 例如盐水 浸渍法 、 干湿 冷热循环试验、 钢筋锈蚀快速检验方法、 电化学综合实验方 法等， 这些方法都是靠对 比曲线或通过视觉观察来判定阻锈 剂是否有效， 没有定量确定锈蚀指标。 屈文俊等l_ 5 。 进行了碳化混凝土的迁移型阻锈剂 的维护 试验 ， 试验表明在混凝土碳化或者碳化与氯离子侵蚀同时发 生 ， 在碳化尚浅 时施用迁移型 阻锈剂可 以保 护钢筋不受腐 蚀。王二强E 5 3 研究 了水泥基迁移型钢筋 阻锈剂对钢筋 的阻 锈效果， 结果表明其能有效地延缓钢筋 的锈蚀 ， 并且对钢筋 的握裹力也稍有提高。黄俊友等 5 研究 了电化学注入 阻锈 剂对混凝土中氯离子腐蚀的钢筋的阻锈效果 ， 结果表明电化 学注入阻锈剂方法相 比于其他阻锈处理方法能更有效地防 止钢筋进一步锈蚀 ， 且在 1 年后仍然维持着 很强的阻锈作 用。陈翠翠等 5 通过线性极化和交流阻抗谱测试了羧酸铵 类迁移型阻锈剂对钢筋的阻锈效果， 结果发现其能在钢筋表 面上吸附而形成保护膜， 从而实现 良好 的阻锈性能。李志清 等 s 6 通过电化学试验研究 了阻锈剂 B E掺量 对阻锈性能的 影响。结果表明， 当 B E质量浓度在 0 1 0 0 m g L时 ， 随着质 量浓度的增加 ， 反应 的阻抗增大 ， 阻锈效果增强 ； 当 B E质量 浓度在 l 。 。 1 0 0 0 m g L时 ， 阻抗并没有 随阻锈剂质量浓度 的增加而单调增大， 而是在一定范围之内上下波动； 当 B E质 量浓度高于 1 0 0 0 mg L时， 随着 B E质量浓度继续增 大， 反 应阻抗逐渐增大， 阻锈效果增强。 4 2 阻锈剂在混凝土中的迁移能力 迁移型阻锈剂在 昆 凝土中的迁移能力是衡量其性能 的 一 个重要指标。通常对阻锈剂渗透深度的检测来评价其迁 移能力。目前迁移型钢筋阻锈剂渗透深度测试方法有放射 性同位素示踪法、 氨气敏电极法、 电化学试验、 X射线光电子 能谱法和全氮测定法等。大多数有机阻锈剂都是含氮 的胺 或者铵盐 ， 其中含有氮元素， 而混凝土中不含氮元素， 关于阻 锈剂迁移能力的评价也大多通过氮元素含量来表征。 俄罗斯腐蚀与保护研究所采用同位素示踪技术 ， 用放射 性氚离子取代迁移型阻锈剂分子结构中的氢离子来检测其 在 昆 凝土 中的迁移性能 。黄莹等 取距混凝土 5 c m处 芯样研磨成粉 ， 用蒸馏水浸泡后取上层清夜 ， 利用氨 氮浓度 测定仪检测氨氮离子浓度来反映迁移型阻锈剂的迁移能力 。 洪定海等 g 对阻锈剂 B E进行 电迁移试验 ， 测试 B E在电场 作用下的混凝土中的渗透性能 ， 试验表明在 电场作用下 ， B E 能迅速渗透至重盐污染、 高 p H且保护层厚达 1 0 c m的钢筋 附近 ， 具有很好 的电迁移能力 。赵曦等i一 。 。 通过 X P S测试迁 移型阻锈剂的迁移能力 ， 采用 X射线光电子能谱仪测定迁移 型阻锈剂渗透到混凝土内部的浓度 ， 证明迁移型阻锈剂在2 d 内可以渗透到混凝土内部并达到稳定 ， 之后阻锈剂浓度不 随 时间推移而增加 ， 也不会 随挥发等原 因而降低， 能够实现对 钢筋表面的有效保护。 4 3 阻锈剂对混凝土耐久性能的影响 使用迁移型阻锈剂能在一定程度上提高钢筋 混凝土工 程的耐久性 。一种新型的阻锈剂在投人生产和使用之前， 需 要研究与其它外加剂的兼容性和对混凝土耐久性 的影响， 确 定其是否可以推广应用。 高杰等 l I 对采用 Y J 一 5 0 5 迁移型阻锈剂进行表面处理 的 低强度混凝土( C 1 0 、 C 1 5 、 C 2 0 ) 试件的耐久性( 抗碳化和抗氯 离子) 进行了试验研究。研究表明， 在混凝土表面涂抹 阻锈 剂后 ， 阻锈剂能有效地 阻止二氧化碳在混凝土中扩散， 提 高 低强度混凝土的抗碳化能力。张大利等_ 6 2 _ 研究迁移型阻锈 剂 自然渗透后混凝土的抗冻性能 ， 试 验借助快速冻融方法， 通过测定混凝土质量损失及动弹性模量下降 比率来判定混 凝土的抗冻性能。张雪松l_ 6 研究 了 S i k a 9 0 3迁移 型阻锈剂 对混凝土碳化的影响， 研究表 明 S i k a 9 0 3阻锈剂对混凝土碳 化有一定的延缓作用。庄庆平等_ 6 利用动电位扫描和失 重 法研究复合氨基醇类阻锈 剂对 混凝土性能 的影 响， 研究 表 明， 复合氨基醇类阻锈剂能改善混凝土工作性能和抗氯离子 渗透性能， 降低混凝土早期升温， 混凝土 的早期抗压强度 略 有降低但后期强度基本上无不利影响。张航等_ 6 I 采用 x射 线衍射 、 扫描电镜和 X射线能谱、 傅里 叶变换拉曼光谱等方 法 ， 分别研究 了含有醇胺化合物的复合迁移型阻锈剂对海水 海砂混凝土中水泥水化作用、 钢筋与混凝土交界面微观结构 与组成 、 钢筋表面吸附的影响。研究表 明该阻锈剂对水泥水 化有一定的延缓作用 ， 且能提高混凝 土密实程度 ， 对混凝 土 强度无不利影响。 5 迁移型阻锈剂工程应用的若干问题 混凝土结构耐久性的最根本保证来源于混凝土本身 ， 即 采用高性能 昆 凝土 ， 使用迁移型阻锈剂作 为防腐 的一种手 段 ， 只是提高混凝土耐久性的技术措施之一。迁移型阻锈剂 从研发到工程应用也需要经过进行大量 的论证试验 ， 并不只 是按照规范进行性能测试如果符合就可以投入生产和使用 的， 还要进行混凝土耐久性能影响试验、 实 际工程应用的跟 踪试验研究等。 迁移型钢筋阻锈剂在混凝土工程 中的应用一般需要满 足以下几个条件l_ 6 l 6 7 _ ： ( 1 ) 对钢筋有钝化作用， 抑制钢筋锈蚀 的发生与发展 ； ( 2 ) 不改变混凝 土的基本性 能或能改善提高 混凝土性能 ； ( 3 ) 与混凝土结构相容性好 ， 不产生副作用； ( 4 ) 在使用环境的温度和 p H值下均有效 ； ( 5 ) 快速在腐蚀 的钢筋 表面饱和， 不宜在混凝土结构中渗透 ； ( 6 ) 对人 与环境基本无 害。 混凝土施工一次性掺入阻锈剂效果一般可达到 5 O年左 右， 迁移型阻锈剂虽然有很 多优 点， 但是 也有一定 的限制 ： 迁移型阻锈剂在钢筋混凝土中的研究进展 潘崇根等 1 4 9 ( 1 ) 迁移型阻锈剂不宜在酸性条件下使用； ( 2 ) 掺人优质混凝 土 中能更好地发挥阻锈功能， 而掺入质量差的混凝土 中阻锈 效果难以持久； ( 3 ) 含有亚硝酸盐成分 的阻锈剂不适合在饮 用水系统中使用 ； ( 4 ) 阳极型阻锈剂多为氧化剂， 高温情况下 易氧化 自燃 ， 且不易灭火 ， 存放时要注意防火。 对迁移型阻锈剂 的研究和应用还需要 考虑以下几个 问 题_ 】 ： ( 1 ) 目 前 国内市场上进 口的迁移型阻锈剂价格 比较贵， 自主研究和开发迁移型阻锈剂新产品是推广其应用 的重要 环节； ( 2 ) 目 前 国内制订的钢筋 阻锈剂评价方法和使用标准 是建立在亚硝酸钙阻锈剂应用实践的基础上 ， 有必要制订统 一 的迁移型阻锈剂 的应用技术规程 ； ( 3 ) 迁移型阻锈剂 的作 用机理 、 迁移扩散规律、 阻锈效果与钢筋混凝土界 面上 的氯 离子浓度、 p H值的相关性 、 混凝土阻锈效果持久性等还需进 一 步研究以满足其应用实践要求。 6 结语 迁移型阻锈剂作为一种新型的混凝土结构耐久性提 升 新技术 ， 具有更高效的钢筋表面防护作用 ， 在一定程度上 延 长了钢筋混凝土工程的使用寿命 ， 在性能上弥补了使用亚硝 酸盐类无机阻锈剂 、 环氧树脂 涂层等传统方法 的多种缺陷。 迁移型阻锈剂能在混凝土孔隙中迁移到钢筋表面， 为钢筋阻 锈提供 了更多时间和空间上的可能性 。另外 ， 迁移型阻锈剂 越来越受到重视 ， 但产品种类繁多、 品质不一 ， 工程应用者有 必要深入熟悉国内外迁移型阻锈剂的研发和应用情况 ， 以及 相关规程、 规范的 内容， 结合 国内钢筋混凝 土结构 工程 的实 际需求 ， 合理选择并使迁移型阻锈剂得到更好的应用。 1 2 3 4 5 参考文献 Z h o u F u g e n ，Yu a n Qu a n l i ，Ca o C u n n i n g Th e c o a t i n g p r o t e c t i o n a n d m a i n t e n a n c e o f l a r g e b r i d g e m a i n s t r u c t u r o o f s e a _ c r o s s i n g J To t a l Cor r o s i o n C on t r o l ， 2 01 1， 2 5( 1 0) ： 2 4( i n Ch i n e s e ) 周福根， 袁泉利 ， 曹存宁 跨江( 海) 大型桥梁主体结构的涂层防护与 维护I- J 全面腐蚀控制， 2 0 1 1 ， 2 5 ( 1 O ) ： 2 4 Z h a n g J i n g s h u ，Wa n g C h a o c h e n g Re v i e w o f t h e c o r r o s i o n a n d p r o t e c t i o n m e a s u r e s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e f o u n d a t i o n E J J G r a d u a t e Sc h o o l o f t h e Ch i n e s e Ac a d e my o f Sc i e n c e s ， 2 0 1 0， 2 7 ( 2 )： 1 4 5 ( i n Ch i n e s e ) 张敬书， 汪朝成 钢筋混凝土基础的腐蚀与防护措施 J 中国科学 院大学 学报 ， 2 0 1 0 ， 2 7 ( 2 ) ： 1 4 5 Ama r e a nu M ，Me l i t a LA c o mp a r a t i v e r e s e a r c h s t u d y c on c e r n i n g t h e c e me n t s c o mp o s i t ion i n f l ue n c e o n t h e d u r a b i l i t y a n d p h y s i c a l me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c o n c r e t e s J E u r J E n v i r o n m e n t a l C i v i l En g， 2 01 6， 2 0( 3) ： 2 8 2 Yu Zh i g a n g S t u d i e s o n b e h a v i o r s o f c o r r o d e d r e i n f o r c e d c o nc r e t e s t r u c t u r e a n d s o m e c o r r o s i o n i n h ib i t o r s a n d t h e i r a p p l i c a t i o n D Ch a ng s h a：Hu n a n Un i v e r s i t y， 2 0 0 4 ( i n Ch i ne s e ) 余志钢 锈蚀钢筋混凝土结构性能和钢筋阻锈剂性能的研究及应用 D 长沙： 湖南大学， 2 0 0 4 Ho n g Na i f e n g Co r r o s i o n a n d p r o t e c t i v e t e c h n o l o g y o f r e b a r i n c o n c r e t e - r e b a r i n h i b i t o r i d mi x t u r e a n d c a t h o d e p r o t e c t i o n J I n d C o n s t r u c t i o n， 2 00 0， 3 0 ( 1 )： 5 7 ( i n Ch i n e s e ) 洪乃丰 混凝土中钢筋腐蚀与防护技术( 6 ) 一钢筋阻锈剂和阴极保护 J 工业建筑， 2 0 0 0 ， 3 0 ( 1 ) ： 5 7 6 Z h a n g Xi a o d o n g ，Z h o u Qi n g ，C h e n L i e I n t r o d u c t i