钢筋混凝土阻锈剂技术研发进展.pdf

钢筋混凝土阻锈 剂技 术研发进展 谢昶等 1 0 1 钢筋混凝土阻锈剂技术研发进展 谢昶 ， 严捍 东。 ( 1 华侨大学材料科学与工程学院， 厦门 3 6 1 0 2 1 ； 2 华侨大学土木工程学院， 厦门 3 6 1 0 2 1 ) 摘要 防护混凝土钢筋锈蚀的措施有很多种， 美国“ 全寿命经济分析” 表明采用钢筋阻锈剂的处理方法具有最 优的经济效果。在总结传统和最新阻锈机理的基础上， 对有机阻锈剂、 绿 色天然阻锈剂和迁移型复合阻锈剂的阻锈 机理、 成分、 特点和阻锈率进行 了对比分析， 提出了未来阻锈剂可能的研发方向。并在比较分析现有阻锈剂阻锈效果 测试技 术优 缺点的基 础上， 认为 准确评定 阻锈 剂阻锈 效果需要 综合采用现行标 准试验 方法与 多种电化学测试技术 。 关键词 阻锈剂阻锈机理阻锈率绿色天然阻锈剂迁移型复合阻锈剂 中图分类号： T U5 2 8 0 4 2 6 文献标识码： A Re s e a r c h Pr o g r e s s o f Co r r o s i o n I nhi b i t o r f o r S t e e l r e i n f o r c e d Co nc r e t e XI E Ch a n g YAN Ha n d o n g 。 ( 1 S c h o o l o f Ma t e r i a l s Sc i e n c e a n d En g i n e e r i n g，Hu a q i a o Un i v e r s i t y，Xi a me n 3 6 1 0 2 1 ；2 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g， Hu a q i a o Un i v e r s i t y ，Xi a me n 3 6 1 0 2 1 ) Ab s t r a c t Th e r e a r e ma n y wa y s t o p r e v e n t t h e r e b a r i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r o m r u s t i n g Ame r i c a n Ec o n o mi c An a l y s i s o f W h o l e Li f e h a s p r o v e n t h a t c o r r o s i o n i n h i b i t o r h a s t h e o p t i ma l e c o n o mi c e f f e c t s B a s e d o n t h e s u mma r i e s o f t r a d i t i o n a l a n d t h e 1 a t e s t r u s t me c h a n i s m， t h e r u s t i n h i b i t o r me c h a n i s m，c o mp o s i t i o n，c h a r a c t e r i s t i c s a n d i n h i b i t i n g e f f e c t i v e n e s s a mo n g o r g a n i c r u s t i n h i b i t o r ，g r e e n n a t u r a l r u s t i n h i b i t o r a n d mi g r a t o r y c o r r o s i o n i n h i b i t o r a r e c o mp a r e d a n d a n a l y z e d Th e p o s s i b l e r e s e a r c h f u t u r e o f r u s t i n h i b i t o r i s r a i s e d On t h e b a s i s o f a n a l y s i n g t h e a d v a n t a g e s a n d d i - s a d v a n t a g e s o f c u r r e n t t e c h n o l o g y i n t e s t i n g r u s t i n h i b i t o r r u s t e f f e c t s ， i n o r d e r t o a c c u r a t e l y e v a l u a t e a n d j u d g e r u s t i n h i b i t o r s e f f e c t ，i t r e q u i r e s u s t o c o mb i n e e x i s t i n g s t a n d a r d t e s t me t h o d s a n d a v a r i e t y o f e l e c t r o c h e mi c a l t e c h n o l o g i e s Ke y w o r d s c o r r o s i o n i n h i b i t o r ，a n t i c o r r o s i o n me c h a n i s m，i n h i b i t i n g e f f e c t i v e n e s s ，g r e e n c o r r o s i o n i n h i b i t o r ， mi g r a t o r y c o r r o s i o n i nh i b i t o r 0 引言 影响混凝土稳定性的因素主要有钢筋腐蚀 、 冻融循环破 坏以及与侵蚀环境发生的物理化学反应 1 ， 其 中由钢筋腐蚀 产生的裂缝是钢筋混凝土结构破坏 的主要原 因 2 。西方国 家在此方面的经历表明， 混凝土结构修补和加 固的费用 比新 建费用大得多， S i t t e r 的五倍定律更好地说 明了这一点。目 前一系列钢筋锈蚀防护措施_ 3 中， 阻锈剂由于其一次性使用 长期有效 、 施工简单、 经济 、 不改变被保护物 的物理化学性质 等优点而被广泛地应用于钢筋混凝土防腐工程中。 阻锈剂最早应用于防腐是在 2 0 0 0 年前， 在发掘的英国 历史遗迹 中发现很多铁制品因被单宁靴制成 的皮革包裹而 保存得很完整 ， 其中的单宁对于铁有缓蚀作用_ 4 。1 8 7 2 年是 有机阻锈剂研究起点， 报道了从糖 以及动植物胶中提取有机 物作为铁在酸性介质 中的缓蚀剂 5 。第一次大规模使用亚 硝酸盐类阻锈剂是 日本于 1 9 7 3 年将其应用在冲绳发电站建 设工程中， 主要应对海洋环境中氯盐对结 构物的腐蚀 ， 以提 高混 凝 土 结 构 的 耐 久 性。1 9 7 6年 美 国 专 利 ( 专 利 号 ： 3 9 9 2 3 1 8 ) 采用了一种三组分 的复合型阻锈剂( 膦酸酯、 磷 酸 盐、 丙烯酸多聚物或甲基丙烯酸多聚物 ) 。1 9 8 0年出现了以 氨基三亚甲基膦酸和羟基乙叉二膦酸复配作为低碳 钢在水 溶性介质中的阻锈剂 的美 国专利 。我国在研发钢筋阻锈剂 方面起步也较早 ， 2 O 世纪 6 0 年代就将亚 硝酸钠作为钢筋阻 锈成分试用于混凝土中， 并获得一定经验。单纯亚硝酸钠虽 有阻锈作用 ， 但 同时也存在一定问题， 因而没有被推广 。2 0 世纪 8 0年代初 ， 南京水科 院和原冶金 部建筑研究 总院等单 位着手研制新型钢筋阻锈剂 。随后 ， 原冶金部建筑研究总院 研制出复合型钢筋阻锈剂( R I - 1 系列) 。1 9 8 5 年起 ， 该阻锈剂 在山东三山岛金矿得到大量使用， 这是我 国阻锈剂产品在 国 家大型重点工程中的首次应用l_ 6 。 传统的阻锈剂研发方法建立在经验和大量实验筛选 的 基础之上 ， 这存在一系列 问题 ： 成本太高 ， 研发周期太 长， 工 作带有一定的盲 目性 。目前利用量子化学理论加上现代计 算机技术 ， 通过构建阻锈剂的定量结构 性能关系模型 ， 设计 、 *国家 自然科学基金( 5 1 0 7 8 1 5 6 ) ； 福建省重大专项专题资助( 2 0 0 8 HZ O O 3 1 ) 谢昶： 男， 1 9 8 8年生， 硕士生， 研究方向为混凝土阻锈剂 E - ma i l ： x i e c l i v e c n 严捍东： 通讯作者， 男， 1 9 6 8年生， 博士， 教授， 研 究方向为新型建筑材料及其在土木工程中的应用 E - ma i l ： h d y a n h q u e d u c n 1 0 2 材料导报 A： 综述篇 2 0 1 4年 7月( 上) 第 2 8卷第 7期 预测 、 合成新型高效阻锈剂 ， 从而提高新 型阻锈剂分子设计 的成功率。 目前阻锈剂产品存在 的主要问题有难降解 ， 有毒性 ， 成 本高， 检测方法不完善 ， 复配理论 、 协 同效应理论 尚未成熟。 本文欲通过对 近 1 0年 阻锈剂 的研究进展进 行较系统地总 结、 对比分析 ， 尝试指出阻锈剂未来可能的发展方 向， 以期为 阻锈剂研发体系的发展提供参考。 1 阻锈 机理的研究进展 早期的阻锈剂主要是无机阻锈剂 ， 其阻锈机理停 留在氧 化一 钝化。随着阻锈剂研究 的深入 ， 阻锈机理发展为吸附机理 和钝化成膜机理 ， 以及通过两者 的共 同作 用来完成 阻锈 过 程 ， 通常在钢筋表面吸附并钝化或者在混凝 土微孔内表面吸 附 ， 从而阻止腐蚀介质的入侵。吸附是阻锈剂发挥作用 的重 要条件 ， 高效阻锈剂必须与钢筋有 良好的吸附能力 。 1 1 吸 附机理 阻锈剂对钢筋的吸附作用有物理 吸附( 范德华力 、 静 电 作用) 和化学吸附( 键吸附、 供电子 、 供质子) ， 通过提高腐蚀 反应活化能并将腐蚀介 质与金 属隔离 ， 从而 阻止腐蚀 的进 行 。一般含三键的化合物 比含双键的化合物阻锈效果更好 ， 如再有羟基的引入， 则阻锈效果更佳。阻锈剂在钢筋表面形 成保护层 ， 阻止与铁溶解有关 的化学物质的扩散 ， 防止钢筋 锈蚀 7 。例如 ， B MI M B F ( 1 一 丁基 3 一 甲基咪唑四氟硼酸盐) 阻锈剂能以阳离子的形式通过静电作用吸附在碳钢表面 ， 能 有效地阻止 C l 一 的侵入 ， 减少由 C l 一 引起 的腐蚀 8 。拉曼光 谱分析支 持 了钼 酸钠 和 钨 酸钠 阻锈 成 分 的吸 附机 制_ 1 。 DME A( N， N， _ 二 甲胺基乙醇 ) 通过在钢筋表面形成 吸附层从 而阻止钢筋腐蚀 9 。 1 2 钝化成膜机理 钝化成膜机理认 为阻锈剂与钢筋周围液相中的某些离 子或者直接和钢筋反应生成一层难溶物质沉积在钢筋表 面 形成钝化膜 ， 尽管厚度仅有几纳米， 但非常致密 ， 可 以有效地 阻止 C l 一 的侵蚀与铁的溶解 ， 对钢筋起到很好的保护作用。 1 3 协 同机理 多组分阻锈剂复合使用时普遍存在协同效应， 协 同效应 主要是由于吸附层中不同分子或离子之间相互作用， 可提高 表面覆盖度或形成多分子层 ， 吸附物 的相互作用提高 了吸附 层的稳定性 ， 使复配 阻锈 剂的缓蚀效果 增强。常采用无 机 盐、 有机化合物 、 表面活性剂复配 ， 无机盐作为修复组分使钢 筋再钝化 ， 有机化合物在钢筋表面吸附螯合形成膜 ， 表面活 性剂可以提高混凝土密封性 。左 由兵_ 1 叨 通过试验得出癸二 酸二异辛酯、 N一 甲基吗啉、 正硅酸乙酯、 2 一 羟基乙胺按物质的 量 比为 5： 3： 1： 1 配制新型迁移型阻锈剂时有最 高阻锈效 率 9 O 。复配可 以弥补单组分 阻锈剂 的缺点 ， 形成优 势互 补 ， 提高阻锈效果。目前复配理论 和技术还不成熟 ， 复配大 多具有很好的协同作用 ， 但也可能产生抵消作用 。多组分阻 锈剂的复配对浓度以及组分的选择很重要， 不同浓度的复配 对阻锈效率的影响很大， 需要通过多组正交实验来确定最佳 的配比。如曾志文等口 将二乙烯三胺分别与钼酸钠和亚硝 酸钠复配， 试验结果表明二乙烯三胺与钼酸钠复配可 以取得 较好的阻锈效果。但二乙烯三胺的浓度应适宜 ， 否则反而会 降低其阻锈效果 ， 测得 0 6 g钼酸钠与 5 mI 二乙烯三胺混 合溶液阻锈率达到最大值 9 1 。而亚硝酸钠与二乙烯三胺 复合 ， 不能改善单组分阻锈剂二乙烯三胺 的阻锈效果。兰明 章等l_ 1 用醇和胺作为复配阻锈剂的原料， 试验中各成分的浓 度不同阻锈效果相差 比较大。 1 4 分析阻锈机理的理论工具 理论化学最近常被用来解释阻锈剂的阻锈机理 】 ， 其 中 量子化学已被证明是用来研 究阻锈剂机理 的有力工具u 。 量子化学计算方法包括半经验计算法 、 从头算 Ab i n i t i o和密 度泛函理论( D F T ) 。密度泛函理论可用来分 析阻锈剂表面 机制特征和描 述锈蚀 过程的阻锈剂结构类型l 1 ， 对过渡金 属 、 有机生物分子 都能很 好地处 理， 其 中 D F T B e c k e 3 L Y P ( B 3 I YP)计算方法与其 他泛 函相 比， 对分子基态得到的特 性一般相差不大， 得到很大程度 的认可与广泛应用。通过密 度泛函理论方法， 采用密度泛函的 B 3 L Y P方法可以计算分 子的能量、 键参数、 前线轨道， 并结合轨道 中原子贡献分析、 自然原子电荷分析、 分子的几何构型、 电子结构 、 前线轨道电 子分布 、 重叠集居数分析等 ， 可以得 出分子 内各个基团之间 的相互影响、 电子云的分布情况以及化学键的强弱等l_ 1 引 。将 理论结果和实验值 比较可以更清晰地了解分子 内部信息 ， 从 原子和电子层次系统研究 阻锈剂分子结构特征及阻锈剂与 金属表面的作用机制 。Ge c e G 较为系统地总结 了量子化 学方法 ， 总结了在过去的 2 O年中腐蚀科学研究论文 中的结 果 ， 并详细地阐述了前线轨道理论在阻锈机理中的应用。密 度泛函理论被认为是探索 阻锈剂分子结构与阻锈性能关系 很有用的技术 ， 同样也是用来分析实验数据的有力手段 ， 可 以深入探讨有机阻锈剂分子结构和阻锈效率之间的关系， 分 析总结阻锈剂在金属表面的吸附 、 成膜 规律 ， 为设计开发新 型高效 、 低毒环保的有机阻锈剂提供理论指导E 1 8 。 2 新型阻锈剂产品和特点 大多数无机阻锈剂一般是通过对 电极 的阳极过程产生 显著的抑制作用 ， 使金属表面钝化或者在金属表面形成沉积 膜而起到阻锈作用 。在 2 O 世纪 7 O 年代中期 ， 美 国 G r a c e 公 司就对 C a ( N O ) z 作为阻锈剂进行 了大量研究 ， 并作为主流 阻锈剂产品大量应用在工程上。T a n g Y等 1 和 T o mm a s e l l i M A G等 朝 的试验表明钨酸钠和亚硝酸钠要获得较好 的钝 化效果需要较高的浓度。B a s t i d a s D M 等_ 2 的研究也表 明 磷酸盐类阻锈剂只在较多用量时才有明显的阻锈效果， 否则 会 引起严重的局部腐蚀 ， 为典型的“ 危险性” 阻锈剂 ， 用量较 多。大多数无机阻锈剂组分具有毒性 ， 基于对环保 的考虑 ， 在德国、 瑞士等国家 已经明令禁用 。基 于此 ， 国际上普遍转 向对有机阻锈剂 的研究， 在相 同阻锈效 果的前 提下 ， 有机阻 锈剂的自然电位普遍 比无机阻锈剂高， 所需浓度也相比无机 阻锈剂少 ， 无“ 危险性” 。有机阻锈剂大多是基于胺和烷醇胺 的混合物 ， 或者是不饱和脂肪酸酯和饱 和脂肪 酸酯乳剂 ， 因 其较好的阻锈效果和低廉 的价格 ， 在过去的 2 O年里被广泛 钢 筋混凝土阻锈卉 】 技术研发进展 谢昶等 1 0 3 研究并快速地在市场上畅销 。为满足不同修复工程 的需 要 ， 研究者通过合理复合几种阻锈剂成分研发复合阻锈剂 和 迁移型阻锈剂； 出于对研发成本和环保的考虑又进而研发绿 色天然阻锈剂等新型阻锈剂产品。 2 1 有 机 阻锈剂 有机阻锈剂的阻锈效果 主要取决于它们与金属 的吸附 力_ 2 ， 炔醇类阻锈剂除可 以通过 电子吸附在金属表面外 ， 还通过与三键相邻的活泼氢原子向金属表面阴极 区提供质 子 ， 从而产生供质子吸附。表 1 对 比了 Mu s a A Y等I 2 试验 得出的 3 种硫醇阻锈剂对碳钢在 H： S O 溶液 中的阻锈率 。 表 1 碳钢在添加阻锈剂的 H2 S 04 溶液中的阻锈率 Ta b 1 e 1 I n h i b i t i n g e f f e c t i v e n e s s o f c a r b o n s t e e l i n H2 SOd s o l u t i o n a d d e d wi t h r u s t i n h i b i t o r s 注 ： ( 1 ) 温度 3 0 ； ( 2 ) H2 S O 4溶液浓度 为 2 5 mo l I ； ( 3 ) 阻 锈 剂掺 量为 4 1 0 一 mo l I 由表 1可知 ， 4 一 氨基一 5 一 苯基一 4 H一 1 ， 2 ， 4 一 三唑一 3 一 硫醇具有 苯环 7 I 键电子吸附以及杂环 丌电子吸附、 一 S H 键供电子基 团 作用。4 一 氨基一 5 一 甲基- 4 H一 1 ， 2 ， 4 一 三唑一 3 一 硫醇具有杂环 I电 子吸附、 甲基 、 一 S H键供电子基 团作用。4 一 氨基一 5 一 肼基一 1 ， 2 ， 4 一 三唑一 3 一 硫醇分子中由于 N链中 N的极化作用较强而吸取 杂环中的 电子云 ， 使分子 内电子云排布更 加分散 ， 进而使 整个分子的极化变弱。由于苯环 键的吸附作用 ， 使得 4 一 氨 基一 5 一 苯基一 4 H 一 1 ， 2 ， 4 一 三唑一 3 一 硫醇 的阻锈性能相对其他两种 更好 。 k l v a r e z - Bu s t a ma n t e R_ 2 3 通过试验 比较了 2 一 巯基咪唑 ( C 。 H Nz S ) 、 2 一 巯基苯并咪唑 ( C H N S ) 、 2 一 巯基- 5 - 甲基苯并 咪唑( C s H。 N S ) 、 2 一 巯基一 5 一 硝基苯并咪唑( C H N。 02 S ) 四种 阻锈成分在 1 mo l L硫酸溶液中的阻锈率 ， 阻锈剂浓度均为 2 5 1 O 一，阻 锈 率 依C 3 H 4 N 2 S 、C 7 H 6 N 2 S 、C 8 H 8 N 2 S 、 C H N3 0 。 S的次序降低 ， 并用电子云分布理论来解释该试验 现象， 认为是由于上述 4种阻锈成分供电子能力差异引起 的 吸附能力差异。从上面的比较不难看出， 有机阻锈剂对金属 的吸附作用与其阻锈效果直接相关 。表 2 对 比了室温条件 下 ， 具有代表性 的新 型有机 阻锈 剂和亚硝 酸钙在含 3 5 N a C 1 的饱和 C a ( O H) 混凝土模 拟液中对碳钢 的阻锈率和 主要特点 。 这些有机阻锈剂的阻锈效率与分子中 F 、 O、 N原子的极 化作用有关， 极 化作用通常被视为吸附过程建立 的反应 中 心_ 2 ， 综合分析可以看出阻锈效果与阻锈剂和铁离子结合能 力有直接关系。 2 2绿色天然阻锈剂 绿色天然阻锈剂是 目前 阻锈剂领域 的研究热点。国内 外研究 者 已采 用各 种 方法 从 大红 花l 2 、 吊兰根_ 3 、 稻 壳 灰 、 吲哚生物碱 、 海枣种子 、 红树皮单 宁 、 蜂胶 。 等天然植物中提取相应的成分 ， 探讨了它们在酸性 、 中性 、 碱 性环境中对金属的阻锈作用， 并取得 了一定 的进展 。目前 以 动物提取物作为阻锈剂成分的研究较少， 仅少量研究是尝试 从海洋动物、 人类头发中提取 。从天然物 中提取阻锈剂成分 不仅绿色 ， 而且可 以实现资源的优化配置， 各种天然提取阻 锈剂间还可以进行复配 ， 形成优势互补、 价格低廉 的高效绿 色阻锈剂 。 表 2 碳钢在添加有机阻锈剂和亚硝酸钙的混凝土模拟液中的阻锈率 Ta b l e 2 I n h i b i t i n g e f f e c t i v e n e s s o f c a r b o n s t e e l i n s i mu l a t i o n o f l i q u i d c o n c r e t e a d d e d o r g a n i c r u s t i n h i b i t o r o r c a l c i u m n i t r i t e Ab d u l r a h ma n A S等I s 6 对印度筋竹提取物和亚硝酸钙 进行对 比试验 ， 提取物阻锈剂掺入量为 2 ， 利用电化学阻抗 谱 、 线性极化 电阻和场发射扫描电子显微镜来监视钢筋的腐 蚀行为 ， 腐蚀速率测试结果表明印度筋竹提取物 比亚硝酸钙 具有更好的阻锈效果 。J a n o A等 3 使用长角豆半乳甘露 聚 糖作为混凝土钢筋阻锈剂阻锈率达到 8 1 。近年来我国有 很多关于植物提取物作为阻锈剂的专利， 例如徐金霞等I 3 胡 所 使用的阻锈剂是海带提取液， 且进行盐水浸渍试验和混凝 土 中钢筋腐蚀试验都表明该提取液阻锈剂有很好 的阻锈效果 ， 当掺量为水泥质量的 4 时， 阻锈率可以达到 8 5 5 。中国 科学院海洋研究所的研发专利使用的是香蕉皮提取物 、 黄瓜 籽提取物作为碳钢在酸性介质中的阻锈剂， 阻锈效率均达到 9 2 9 8 。植物提取物在碳钢表面的吸附遵循 L a n g mu i r 吸附等温式。这些阻锈剂成分 目前 主要是对酸性介质中碳 钢的阻锈 ， 仅少数是研究碱性环境下 的阻锈 ， 但根据试 验结 果及阻锈机理有望作为阻锈剂成分应用于钢筋混凝土中。 2 3 迁移型复合阻锈剂 一 些阻锈剂不仅能掺入在混凝土原料中使用 ， 还可以直 接涂覆于新 、 旧混凝土表面 ， 在表面形成 C O z 隔离层 ， 以气相 和液相的形式通过毛细孔作用和渗透过程到达钢筋表面 ， 置 1 0 4 材料导报 A： 综述篇 2 0 1 4年 7月( 上) 第 2 8卷第 7期 换 C r并形成保护膜 ， 从 而保护钢筋 ， 此类 称为迁移型阻锈 剂 ， 被誉为当前混凝 土结构修复领域 中最具前景 的技术之 一 。由于迁移型阻锈剂通常是多种阻锈成分的复合 ， 所 以也 称为迁移型复合阻锈剂。美国 C O R T E C公司率先使用某种 气相阻锈剂和其他有机阻锈剂复合来保护钢筋混凝土 ， 并将 这种形式的阻锈剂命名 为迁 移型阻锈剂 ( Mi g r a t o r y c o r r o s i o n i n h i b i t o r s ， MC I ) 。MC I 具有以下特点 ： 对硬化混凝土性 能的影响小 ， 能通过混凝土孔隙网络中液相和气相扩散到钢 筋表面形成钝化膜 。美 国五角大楼外墙修复工程中应用 的为 MCI 一 2 0 2 0 v 0迁移型阻锈剂。意大利 T E C N0 CHE M 化学公司研发的迁移型阻锈剂系列品牌 Mu C i s ， 由胺、 醇 胺以及它们的盐和其他有机物与无机物的提取成分复合而 成， 对钢筋混凝土中的钢筋进行阴极与阳极同时保护。瑞士 S i k a 公司研发的 S i k a F e r r o G a r d - 9 0 3 迁移型阻锈剂中的主要 阻锈成分为乙醇胺。 还有一类迁移型阻锈剂是通过与电化学技术相结合， 使 带正电的阻锈基团扩散到钢筋表面而发挥保护作用 ， 该类阻 锈剂称为电迁移型阻锈剂 。黄俊友等_ 3 9 _ 检测 了一种电迁移 型阻锈剂对阻锈效果的影响 ， 该阻锈剂是一种带有苯环的醇 胺类有机物 ， 分子式为 R- C 。 H 一 C 。 H NO。 3 阻锈效果测试技术现状 阻锈剂阻锈效果的测试方法很多， 但不外乎微观和宏观 测试技术 。微观测试主要用于检测钢筋试样表面形貌及成 分 ， 而宏观测试主要根据现行国标和行标中的相关规定来检 测阻锈剂的阻锈效果。对试件进行微观和宏观测试后 ， 利用 理论分析阻锈剂的阻锈机理及其与钢筋的相互作用。 3 1 微观测试技术 微观测试 主要用于检测钢筋试样表面形貌 以及成分 ， 并 通过微观测试验证阻锈机理。例如： 用光学显微镜r 9 确定钢 筋的状态( 钝化 或者活化) ， 通过 比较试验试件 和空白试件 ， 从而直观地判断出阻锈效果 。电子显微镜 2 可 以用来观察 孔隙裂缝的宽度和锈的分布。用原子力显微镜( AF M) _ 4 0 来 检测表面的形貌变化 ， 通过计算钢筋表面的粗糙度来比较所 受腐蚀的程度口 。常使用的形貌及成分测试仪器还有 X射 线光电子 能谱 ( X P S ) 、 傅 氏转 换红 外线 光谱 分析 仪 ( F T I R ) “ 、 X射线衍射仪( X R D ) c 、 扫描电子显微镜( S E M) 4 、 透射 电子 显 微 镜 ( T E M ) I 4 、场 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜 ( F E S E M) 、 X射线荧光光谱( X R F ) 、 能谱仪 ( E D S ) l 4 。 3 2 宏观测试技术 3 2 1 常规 标 准技 术 宏观测试主要根据 混凝 土外加 剂 ( G B 8 0 7 6 2 0 0 8 ) 、 普通混 凝土长期性 能和耐久性 能试验 方法标 准 ( GB T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ) 、 钢 筋 阻 锈 剂 应 用 技 术 规 程 ( J G J T 1 9 2 2 0 0 9 ) 、 水运工程混凝土试验规程 ( J T J 2 7 0 1 9 9 8 ) 、 钢筋阻 锈剂应用技术规程 ( Y B T 9 2 3 1 2 0 0 9 ) 、 钢筋混 凝土阻锈 剂) ( J T T 5 3 7 2 0 0 4 ) 中的相关试验 内容来测试 。其 中常用 的宏观测试技术主要有盐水浸渍试验、 电化 学综合试验 、 浸 烘循环试验( 腐蚀失重法) 、 抗氯离子渗透试验 。 在 J G J T 1 9 2 2 0 0 9 和 Y B T 9 2 3 1 2 0 0 9 中都对盐水浸渍 试验进行了阐述， 但在 J G J T 1 9 2 2 0 0 9 中只单一地根据其试 件和玻璃瓶的生锈情况来判断阻锈剂的阻锈性能 ， 而 YB T 9 2 3 1 2 0 0 9还对钢筋试件做 自然 电位测试 。浸烘循环在 J T J 2 7 0 1 9 9 8 、 Y B T 9 2 3 1 2 0 0 9 、 J G J T 1 9 2 2 0 0 9中都有采用并 且具体 的方法都一样， 只是具体 的参数有很细小的差别 可 以利用此方法计算锈积率和失重率 ， 其被 Y B T 9 2 3 1 2 0 0 9 规定作为检测阻锈剂阻锈性能仲裁检验中不可或缺的试验。 抗氯离子渗透试验可根据 G B T S 0 0 8 2 2 0 0 9 执行 。在此笔者 综合分析认为 Y B T 9 2 3 1 2 0 0 9中的盐水浸渍试验、 电化学 综合试验、 浸烘循环试验更为可靠、 适用 ， 表 3对上述 3种测 试技术 的特点和主要技术指标进行 了对 比。 3 2 2电化 学技 术 目前对于阻锈剂 的快 速评价多采用 电化学 技术检测。 电化学技术可以直接或间接地研究阻锈剂 的阻锈效率及阻 锈机理， 由于电化学测试技术 的现代化使其快速 、 信息量丰 富以及原位测量的特点更加突出， 此技术 已逐渐成为阻锈剂 性能研究的主要手段 。常用 的电化学 测量技术有线性极化 电阻、 电化学阻抗 、 电化学噪声 ， 它们的优缺点如表 4 所示 。 表 3 标准测试技术特点和指标对比 Ta b l e 3 S t a n d a r d t e s t t e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s a n d c o mp a r a t i v e i n d i c a t o r s 测试方法 指标要求 特点 盐水浸渍试验 电化学综合试验 浸烘循环试验 钢筋棒无锈 ， 钢筋 自然 电位 范围在 O 一2 5 0 mV 测量 电 流 1 6 8 h小 于 1 5 0 A 掺阻锈剂试 件 比基准试 件 的钢筋锈蚀 面积 百分 率减 少 9 5 以上 实验过程相对简单， 实验现象直观明了， 但无法量化， 并不能作为仲裁实验 项 目， 只可用作辅助测试 实验较方便 ， 能定量分析阻锈效果 ， 便于理论研究 ， 但 电化学测试方法种类 较多， 分析方法也各异 实验周期较长 ， 结果准确可靠 ， 得到广泛应用 ， 同时也是其他研究方法的可 靠性基础 ， 往往和腐蚀失重法结合测试 ， 得 出其锈积率 、 失重率 和阻锈效 率 ， 能较好表现阻锈效果 3 2 3 检测迁移型阻锈剂渗透能力的技术 检测迁移型阻锈 剂渗透能力大小的技术 主要有放射性 同位素示踪法、 胺敏电极试验方法、 电化学方法 、 X射线光 电 子能谱仪。赵曦等 对 比分析了这几种方法的优缺点， 综合 认为使用 X射线光电子能谱仪是一种较优选择 ， 并较详细地 阐述了使用 X P S测试阻锈剂渗透深度的测试过程 。 钢 筋混凝土阻锈剂技术研发进展 谢昶等 1 0 5 线性极化电阻 电化学阻抗 可以得到腐蚀电流、 腐蚀速率 、 极化电阻， 可定量测定金属材料的全 面腐蚀速率、 相对耐蚀性能 ， 相对极化曲线所做 的扰动较弱 ， 可以研 究表面膜的耐蚀性、 筛选阻锈剂以及确定阻锈剂的最佳用量 数学处理简单 ， 测得的阻抗谱频率范围很宽， 比常规 电化学方法可 以得到更多的信息。被广泛地用来快速评价阻锈剂的阻锈作用 、 阻 锈机理、 吸附行为。根据阻抗谱 图可 以建立等效电路 ， 可定量地获 得电极过程的动力学信息以及电极界面结构的信息 对试样的要求较多 ， 如混凝土保护 层不能太厚等 复杂的混凝土结构导致测得的 E I S 谱图偏离纯电容性质较远， 解析困 难， 不能在现场测量与应用 噪声 真 4 结语 ( 1 ) 当前 ， 阻锈机理发展为吸附机理和钝化成膜机理 ， 吸 附是阻锈剂发挥作用的重要条件， 高效阻锈剂必须与钢筋有 良好的吸附能力。多组 分阻锈剂复合使用时普遍存在协同 效应 ， 但也可能产生抵消作用 ， 需要进 一步完善复配理论和 技术 。密度泛函理论是探讨有机阻锈剂分子结构与阻锈性 能关系、 分析实验数据的有力手段 ， 可为设计开发新型高效 、 低毒环保的有机阻锈剂提供理论指导。 ( 2 ) 基于胺和烷醇胺的混合物 ， 或者不饱 和脂肪酸酯和 饱和脂肪酸酯乳剂是过去 2 0 年国际上被广泛研究并快速地 在市场上畅销的有机阻锈剂的主要成分； 绿色天然阻锈剂和 迁移型复合阻锈剂是 目前阻锈剂产品的热点研究领域。 ( 3 ) 阻锈剂产品开发时需要采用微观与宏 观相结合的技 术来评价其阻锈效果 ， 宏观测试技术 中 钢筋 阻锈剂应用技 术规程 ( YB T 9 2 3 1 2 0 0 9 ) 采用的盐水浸渍试验 、 电化学综 合试验 、 浸烘循环试验更为可靠 、 适用 ， 其 中电化学技术因快 速 、 信息量丰富以及原位测量的优点正逐渐成为阻锈剂性能 测试的主要手段。 参考文献 1 Ta n g Y，Z h a n g G，Z u o YTh e i n h i b i t i o n e f f e c t s o f s e v e r a l i n h i b i t o r s o n r e b a r i n a c i d i f i e d c o n c r e t e p o r e s o l u t i o n J C o n s t r u c t Bu i l d Ma t e r ， 2 0 1 2， 2 8 ( 1 )： 3 2 7 2 Z h a o Y，Yu J ，Hu B，e t a 1 Cr a c k s h a p e a n d r u s t d i s t r i b u t io n i n c o r r o s i o n - i n d u c e d c r a c k i n g c o n c r e t e J C o r r o s S c i ， 2 01 2 ， 5 5： 3 8 5 3 耿春雷， 徐永模， 翁端 混凝土中钢筋保护技术研究进展 J 材料导报： 综述篇， 2 0 0 9 ， 2 3 ( 9 ) ： 2 O 4 陈振宇 缓蚀剂开发与应用 M 北京： 化学工业出版社， 201 2 5 黄魁元 锌在酸性介质中的腐蚀及缓蚀剂 J 化工腐蚀与 防护 ， 1 9 9 6 ， 2 4 ( 3 ) ： 2 4 6 洪乃丰 钢筋阻锈剂的发展与应用 J 工业建筑， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 6 8 7 Va s z i l c s i n N。( ) r d o d i V，1 3 o r z a AC o r r o s i o n i n h i b i t o r s f r o m e x p i r e d d r u g s J I n t J P h a r ma c e u t i c s ， 1 2 ， 4 3 1 ( 1 2 ) ： 2 4 1 8 Z h o u X， Ya n g H Wa n g F B MI M B F i o n i c l i q u i d s a s e f f e c t i v e i n h i b i t o r f o r c a r b o n s t e e l i n a l k a l i n e c h l o r i d e s o l u t i o n J E l e c t r o c h i m Ac t a ， 2 0 1 1 ， 5 6 ( 1 1 ) ： 4 2 6 8 9 Ra k a n t a E，Z a f e i r o p o u l o u T，Ba t i s GCo r r o s i o n p r o t e c t i o n o f s t e e l wi t h D ME A - b a s e d o r g a n i c i n h i b i t o r J C o n s t r u c t B u i l d M a t e r ， 2 0 1 3 ， 4 4： 5 0 7 1 O左由兵新型迁移型阻锈剂( MC I ) 的研究 J 内江科技， 2 0 1 3 ( 7 ) ： 5 7 l 1曾志文， 陈龙 复合型阻锈剂阻锈性能的研究 J 广东化 工 ， 2 0 1 0 ， 3 7 ( 1 1 )： 2 4 5 1 2兰明章， 孙启华 有机混凝土阻锈剂的研究 J 混凝土， 2 0 1 0 ( 7 ) ： 7 2 1 3 Zh o u X，Ya n g H ，Wa n g F I n v e s t i g a t i o n o n t h e i n h i b i t i o n b e h a v i o r o f a p e n t a e r y t h r i t o l g l y c o s i d e f o r c a r b o n s t e e l i n 3 5 Na C 1 s a t u r a t e d C a ( OH) 2 s o l u t io n J C o r r o s S c i ， 2 0 1 2 ， 5 4： 1 9 3 1 4 Ar s l a n T， Ka n d e mi r l i F，Eb e n s o E E， e t a