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.doc

预防混凝土中的钢筋锈蚀的有效方法

摘 要
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Na3PO4 (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蚀的抵抗力增加到了0.3M Cl2而不是0.1M Cl2。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，Na2PO3F已经被广泛地研究和运用在这个领域去阻止腐蚀的产生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Na3PO4（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（SCE）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8cm×5.5cm×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20℃上下。相对湿度100%的室内进行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一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 min21 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PGSTAT 30）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10mV。
4.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。

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，>-250mV SCE,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[Cl2]<0.3M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 kΩ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 Cl2), 一个星期后，Rp忽然减少到了3kΩ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。

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

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 μA cm-2。这个值大于0.1–0.2 μA 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 μA 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85μF cm-2和120μF 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2000mF cm-2之间变化。单个分子氧化层的形成符合0.6 mF cm-2。因此，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

a.不加任何东西; b. 0.1M NaCl; c 0.3M NaCl; d 0.5M NaCl
图4、在0.5M Na3PO4 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(OH)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

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 μA cm-2，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0.2μA cm-2。
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

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

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。

图8 图9

-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 μA cm-2，钢筋腐蚀可接受值的极限。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、在合成孔溶液中：
(i) 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0.2μA cm-2低。
(ii) 从阻抗谱计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。
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, September 1993, NACE, Paper 445.
[4] N. S. Berke: Mater. Perform., 1989, 28, 44-44.5. B. Elsener, M. Buchler and H. Bohni: Proc. Conf. EUROCORR.
[5] Trondheim, Norway, September 1997, Norwegian Corrosion Association.
[6] C. Monticelli, A. Frignani and G. Trabanelli: Cem. Concr. Res.,2000, 30, 635-642.
[7] H. E. Jamil, M. F. Montemor, R. Boulif, 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, C. Argiz and B. Malric: Cem. Concr. Res.,1996, 26, 405-415.
[11] V. T. Ngala, C. L. Page and M. M. Page: Corros. Sci., 2003, 45,1523-1537.
[12] T. Chaussadent, V. Nobel-Pujol, F. Farcas, I. Mabille and C.Fiaud: Cem. Concr. Res., 2006, 36, 556-561.
[13] L. Dhouibi, E. Triki, A. Raharinaivo, G. Trabanelli and 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, B. Boutevin and J. P.Parisi: Galvano-Organo-Traite. Surf., 1995, 654, 760 and in Proc.9th Forum sur les Impedances E?lectrochimiques, (ed. C. Gabrielli),115; 1995, Paris, CNRS.
[17] X. H. To, N. Pebere, N. Pelaprat, B. Boutevin and Y. Hervaud:Corros. Sci., 1997, 39, 1925-1934.
[18] M. Sanchez, C. Alonso, J. Fullea, C. Andrade, L. Granizo andJ. D. Izquierdo: Cem. Concr. Res., 2008, to be published.
[19] C. Alonso, M. Acha and C. Andrade: Admixtures for concreteimprovement of properties, (ed. E. Vazquez), 219; 1990, London,Chapman and Hall.
[20] N. Etteyeb,M. Sanchez, L. Dhouibi, C. Alonso, C. Andrade and E.Triki: Corros. Eng., Sci. Technol., 2006, 41, 336-341.
[21] C. Andrade, M. Keddam, X. R. Novoa,M. C. Perez, C. M. Rangeland H. Takenouti: Proc. 7th Int. Symp. on Electrochemicalmethods for corrosion research,Budapest, Hungry, May 2000,Hungarian Chemical Society, 45.
[22] M. S. Stern and A. L. Geary: J. Electrochem. Soc., 1957, 104, 56.
[23] C. Alonso, C. Andrade and J. A. Gonzalez: Cem. Concr. Res.,1988, 18, 687-698.
[24] D. A. Hausmann: J. Mater. Prot., 1967, 6, 19-23.
[25] C. Andrade, M. Keddam, X. R. Novoa,M. C. Perez, C. M. Rangeland H. Takenouti: Electrochim. Acta, 2001, 46, 3905-3912.
[26] B. Diaz, S. Joiret, M. Keddam, X. R. Novoa, M. C. Perez andH. Takenouti: Electrochim. Acta, 2004, 49, 3039-3048.
[27] C. Gabrielli, M. Keddam, H. Takenouti, V. Quang Kinh andF. Bourelier: Electrochim. Acta, 1979, 24, 61-65.
[28] S. Gonoi and C. Andrade: Cem Conc Res., 1990, 20, 525-539.
[29] I. Epelboin, C. Gabrielli, M. Keddam and H. Takenouti:Electrochem. Corros. Test. ASTM STP, 1981, 727, 150-166.
[30] M. Sanchez, J. Gregori, H. Takenouti, J. J. Garca-Jareno, F.Vicente and C. Alonso: Electrochim. Acta, 2007, 52, 7634-7641.