鋼筋混凝土阻銹劑研究綜述

李昕　唐巍

摘 要：鋼筋銹蝕是影響混凝土耐久性的最主要因素。相對而言，添加鋼筋阻銹劑具有便捷、高效、經(jīng)濟等優(yōu)點，文章從鋼筋銹蝕機理、阻銹原理、阻銹劑研究現(xiàn)狀及評價方法作了詳細介紹，同時，我國在該領域需要更加深入的研究。

關鍵詞：阻銹劑；鋼筋；遷移性阻銹劑

1 鋼筋銹蝕機理

新拌混凝土空隙內(nèi)存在水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2，PH值一般在12.5～13之間，在強堿性環(huán)境中，鋼筋表面處于鈍化狀態(tài)，形成10～20nm的鈍化膜，主要成分是γ-Fe2O3·nH2O，對鋼筋具有極強的保護能力。大量事例證明，混凝土的堿性會因人為因素或自然條件的影響降低，具體表現(xiàn)在：（1）在混凝土攪拌過程中加入含Cl-的水或海砂；（2）冬天道路橋梁撒除冰鹽；（3）混凝土結構處于海洋或鹽堿環(huán)境等；（4）碳化作用等。

2 阻銹劑定義及阻銹原理

阻銹劑（corrosion inhibitor）是能有效延緩腐蝕發(fā)生、降低鋼筋腐蝕速率的化學物質(zhì)。與其他外加劑不同，阻銹劑通過摻加或涂敷在混凝土表面，抑制混凝土與鋼筋界面發(fā)生電化學腐蝕來保護鋼筋。

阻銹原理是阻銹劑直接參與界面化學反應，使鋼筋表面形成鈍化膜（主要成分氧化鐵），或吸附在鋼筋表面形成阻礙層，或兩種機理兼有。

阻銹效果良好的阻銹劑需要滿足以下條件：（1）分子活性良好，可強力提供或接收電子；（2）溶解度應滿足在腐蝕鋼筋表面快速飽和，且不易從混凝土表面溢出；（3）能在較低電流密度下誘導鋼筋發(fā)生較大電化學極化反應；（4）與混凝土相容性良好，無副作用；（5）在使用環(huán)境和pH值下均有效。

3 阻銹劑研究現(xiàn)狀

我國對阻銹劑的研究起步較早，但早期對混凝土結構提前失效的問題重視不夠，研究進展較慢。1985年，山東三山島金礦工程使用RI-1復合型阻銹劑，開辟了全國重點工程使用國產(chǎn)阻銹劑的先河。

早期出現(xiàn)的鋼筋阻銹劑主要以陽極型阻銹劑為主，在使用過程中存在自我消耗明顯、摻量難以確定、產(chǎn)生致癌物質(zhì)等缺點，目前已很少使用。陰極型阻銹劑出現(xiàn)稍晚，原料引入了脂肪酸酯等有機物，經(jīng)過實踐證明，當阻銹劑濃度不夠或與氯化物比率不適宜時，在鋼筋表面會繼續(xù)產(chǎn)生點蝕，用量往往較大，成本較高。目前，單一的陰極型阻銹劑已很少使用，但可添加到復合型阻銹劑中作為其組分，如某些遷移型阻銹劑中含有脂肪酸酯成分。目前最前沿的阻銹劑為復合型阻銹劑，該類阻銹劑一般由幾種可發(fā)揮協(xié)同作用的阻銹成分組成，具有環(huán)保高效等優(yōu)點。我國在復合型阻銹劑的理論研究和實踐上還比較欠缺，需要更加深入的研究。

3.1 無機阻銹劑。無機阻銹劑主要指亞硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、鉻酸鹽等，這些阻銹劑主要對陽極過程產(chǎn)生影響：（1）在鋼筋表面生成薄的氧化膜，將鋼筋和腐蝕介質(zhì)隔離開來；（2）通過特性吸附抑制鋼筋離子化過程；（3）使鋼筋極電位達到鈍化電位。這類阻銹劑直接抑制電化學腐蝕中的陽極反應，同時增強陰極反應使陰極電流密度增大，造成金屬鈍化。但這些阻銹劑對新拌和硬化混凝土的物理性能（凝結時間、早期強度、后期強度等）有不同程度的負面影響。其中，亞硝酸鈉防腐是使用最廣泛無機阻銹劑之一，效果較佳，價格低廉，但能顯著降低混凝土強度，且有潛在堿集料反應。

3.2 有機阻銹劑。因為無機亞硝酸鹽阻銹劑在環(huán)保方面的問題，80年代以來有機阻銹劑得到很大發(fā)展，尤其是各種胺和醇胺及其鹽與其他有機或無機物的復合阻銹劑。有機鋼筋阻銹劑既可以摻入到混凝土原料中，又可以涂刷在混凝土表面，通過混凝土孔隙擴散到鋼筋表面，形成有效保護膜。這就是遷移性阻銹劑（MCI），是近年提出的一種全新概念，也是目前最有前景的修復技術。

遷移性阻銹劑（MCI）一般由幾種成分復合而成，是復合型阻銹劑，成分主要包含有嗎啉多元胺、硫脲與二乙烯三胺縮聚物、醇胺類、表面活性劑、酵酮類衍生物等，阻銹機理是多種不同作用機理的疊加組合，阻銹效果與各組分的性能、結構密切相關。I.B.Obot等采用霍恩貝格-科恩定理和密度泛函理論，研究特定官能團的作用。

4 阻銹劑評價方法

4.1 電化學法。電化學法主要包括動混凝土電阻法、恒電量法、電位掃描極化曲線法、交流阻抗法、電化學噪音法等。

混凝土電阻法高效、直觀，但多次擾動電極可能會引起鋼筋銹蝕；恒電量法測試時間短，能夠快速測算出阻銹效率；極化曲線法可以獲得電流密度與電極電位的關系曲線，以及添加阻銹劑前后的腐蝕電流密度和阻銹效率，并由曲線上的特征電位比較腐蝕效果，主要用于模擬孔溶液中阻銹劑篩選；交流阻抗法是施加小幅交流信號對電極進行擾動，得到相應響應計算電極反應參數(shù)，確定鋼筋腐蝕狀態(tài)及速率，優(yōu)點在于對體系干擾小，結果可靠，但測量儀器較為復雜、昂貴，操作時間場，適合在實驗室測定局部腐蝕；電化學噪聲是環(huán)境與金屬材料界面發(fā)生電化學腐蝕而發(fā)生的隨機非平衡波動現(xiàn)象，可以真實、靈敏的反映金屬表面的局部變化，通過噪聲圖譜分析金屬腐蝕過程和程度以及評價阻銹劑的性能，可與交流阻抗法的結果進行比較得到阻銹劑失效信息，缺點是在混凝土中的波動信號數(shù)據(jù)較難分析。

4.2 表面分析法。X射線光電子能譜分析是公認的表面分析最有力的方法，既可以給出鋼筋表面鈍化膜成膜前后各元素含量變化情況，還可以解釋某些元素與鐵結合形態(tài)，并利用結合能的差異分析排氯機理，試驗方法簡單、結果直觀，能夠快速測定阻銹劑的遷移；表面增強Raman散射可以用來識別金屬表面阻銹劑吸附元素，確定阻銹劑的作用基團；利用離子濺射技術及Auger電子能譜可以分析阻銹劑保護膜的組成、厚度、所含元素相對含量及分布情況，說明鐵與阻銹劑某種基團的結合程度。

4.3 放射性示蹤法。該方法是在混凝土表面涂刷用放射性元素氚代替氫的阻銹劑溶液，一段時間后將混凝土樣品進行切片萃取，測定萃取物中放射性元素的含量來分析阻銹劑濃度。這種方法能夠較好的給出阻銹劑濃度隨著時間和滲入深度的變化情況，但試驗方法復雜，費用昂貴，需要專門實驗室完成。

4.4 失重法。失重法是通過鋼筋在添加阻銹劑的模擬溶液中浸泡的失重量與空白試驗做對比，來篩選阻銹劑的優(yōu)劣。該方法是最常用的方法之一，可以同時多組進行篩選，但誤差較大，無法對阻銹機理進行分析。

5 結語

目前，鋼筋阻銹劑已廣泛應用于混凝土結構中，尤其是遷移性阻銹劑，具有主動、高效、便捷等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。但我國理論和實踐研究相對欠缺，需要更加深入的研究，使鋼筋阻銹劑在實際工程中發(fā)揮更大作用，為社會帶來更大的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1] 馮乃謙，邢鋒.混凝土與混凝土結構的耐久性[M].機械工業(yè)出版社， 2009.

[2] 徐永模.遷移性阻銹劑——鋼筋混凝土阻銹劑的新發(fā)展[J].硅酸鹽學報，2002，30（01）：94-101.