混凝土結(jié)構(gòu)中NO2-的不均勻性對鋼筋宏電池腐蝕行為的影響

曹忠露,陳浩宇,魏連雨,日比野誠(. 中交天津港灣工程研究院有限公司 材料工程研究所，天津 00; . 河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，天津 0040; . 九州工業(yè)大學(xué) 混凝土研究室，北九州8048550，日本)

混凝土結(jié)構(gòu)中NO2-的不均勻性對鋼筋宏電池腐蝕行為的影響

曹忠露1,2,3,陳浩宇1,魏連雨2,日比野誠3
(1. 中交天津港灣工程研究院有限公司 材料工程研究所，天津 300222; 2. 河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，天津 300401; 3. 九州工業(yè)大學(xué) 混凝土研究室，北九州8048550，日本)

基于宏電池腐蝕理論，將陰極區(qū)鋼筋和陽極區(qū)鋼筋分別澆筑成兩個獨(dú)立的砂漿試塊，并用導(dǎo)線將其連接成循環(huán)電路，通過斷開和連接電路來控制鋼筋的微電池腐蝕和宏電池腐蝕，再將不同濃度的NO2-溶液分別添加到陰極試塊和陽極試塊中以模擬其滲透過程，通過比較NO2-作用前后陰陽極鋼筋之間宏電池腐蝕電流的大小，來評價(jià)陰陽極鋼筋表面NO2-的不均勻性對鋼筋宏電池腐蝕行為的影響。結(jié)果表明:當(dāng)NO2-作用于處于腐蝕狀態(tài)的陽極鋼筋時(shí)，能夠增加陽極鋼筋的極化阻抗，減少陰陽極鋼筋間的宏電池腐蝕電位差，降低宏電池腐蝕電流，從而有效抑制宏電池腐蝕;當(dāng)NO2-主要作用于處于腐蝕狀態(tài)的陰極鋼筋時(shí)，陰陽極鋼筋間的宏電池電位差的增大易使宏電池腐蝕電流增加，存在加速鋼筋宏電池腐蝕的危險(xiǎn)。

NO2-;不均勻性;宏電池腐蝕;鋼筋;混凝土

市場上阻銹劑的種類較多，但由于它們對混凝土性質(zhì)會產(chǎn)生不利影響，其應(yīng)用受到了限制。在眾多阻銹劑中，亞硝酸鈣阻銹劑即與混凝土之間存在較好的物理化學(xué)兼容性[1]，又具有較高的阻銹效果[2-6]，故常被直接添加到新拌混凝土中，或被用于聚合物水泥基自修復(fù)涂層[7]和修復(fù)砂漿[8-10]中。

亞硝酸鈣通常作為摻入型阻銹劑，將其大量摻入到修復(fù)砂漿或涂層中，并涂抹在現(xiàn)役混凝土結(jié)構(gòu)表面時(shí)，修復(fù)砂漿中的NO2-，在濃度差等因素的作用下，能夠從混凝土結(jié)構(gòu)表面逐漸滲透擴(kuò)散到鋼筋表面，進(jìn)而發(fā)揮其阻銹功能。由于混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境的多樣性和混凝土材料的異質(zhì)性，鋼筋表面的氯離子含量和混凝土的碳化程度是不均勻的，這就導(dǎo)致鋼筋表面的部分區(qū)域腐蝕較嚴(yán)重而其他區(qū)域腐蝕較輕或處于鈍化狀態(tài)。鋼筋腐蝕的不均勻性導(dǎo)致鋼筋表面的部分區(qū)域作為腐蝕的陽極區(qū)，其他區(qū)域則相應(yīng)作為腐蝕的陰極區(qū)，從而使鋼筋的微電池腐蝕和宏電池腐蝕產(chǎn)生差異性。同樣，由于混凝土材料的異質(zhì)性，擴(kuò)散和滲透到鋼筋表面的NO2-通常也是不均勻的，而且NO2-的作用區(qū)域有可能是陽極區(qū)，也有可能是陰極區(qū)，從而影響其對鋼筋微電池腐蝕和宏電池腐蝕的阻銹效果。

目前研究人員對NO2-阻銹效果的評價(jià)主要基于微電池腐蝕理論，很少基于宏電池腐蝕理論。在微電池理論中，陰極區(qū)和陽極區(qū)是交互共存的，腐蝕也是均勻的；而在宏電池理論中，陰極區(qū)和陽極區(qū)是分開的且相距較遠(yuǎn)，腐蝕是不均勻的。當(dāng)鋼筋處于宏電池腐蝕狀態(tài)時(shí)，陰、陽極之間的宏電池電位差和陰、陽極的極化比率和極化阻抗是控制宏電流的重要參數(shù)[9]。因此，基于宏電池腐蝕理論，研究NO2-的不均勻性對這些參數(shù)的影響，即能有效評價(jià)其對鋼筋宏電池腐蝕的阻銹效果，又能夠使我們理解NO2-的腐蝕抑制機(jī)理。

本工作將兩個獨(dú)立分開的陰極試塊和陽極試塊連接成循環(huán)電路，通過斷開和連接電路來控制鋼筋的微電池腐蝕和宏電池腐蝕，然后使NO2-分別擴(kuò)散滲透到陽極試塊鋼筋表面和陰極試塊鋼筋表面，通過比較NO2-作用前后陰陽極鋼筋之間宏電池腐蝕電流的大小，來評價(jià)陰陽極鋼筋表面NO2-的不均勻性對鋼筋宏電池腐蝕行為的影響。

1 試驗(yàn)

試驗(yàn)選用φ19 mm×180 mm光圓鋼筋。為防止在試驗(yàn)過程中，鋼筋端部大氣腐蝕對試驗(yàn)結(jié)果可靠性和準(zhǔn)確性的影響，鋼筋兩端部40 mm均用聚苯乙烯樹脂和環(huán)氧樹脂密封涂裹，使其裸露面積為59.7 cm2。鋼筋被澆筑于80 mm×80 mm×160 mm砂漿試塊的正中心位置，且四周均勻分布著4個直徑6 mm的小孔。通過往小孔中注入NO2-溶液來替代亞硝酸富集型修復(fù)砂漿，以模擬NO2-從混凝土結(jié)構(gòu)表面擴(kuò)散滲透到鋼筋表面的過程。

砂漿試塊的質(zhì)量比為wW:wC:wS=0.7∶1∶5，由普通波特蘭水泥(密度為3.14 g/cm3)和海沙(使用前經(jīng)過自來水沖洗，密度為2.58 g/cm3，吸水率為1.53%)制成。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的W/C比和S/C比相對較高，其目的為:增加水泥砂漿的滲透性，降低NO2-滲透擴(kuò)散到達(dá)鋼筋表面所需的時(shí)間,加速鋼筋腐蝕;使鋼筋表面的氯離子含量保持相對均衡，以易于比較NO2-對鋼筋宏電池腐蝕的影響。部分砂漿試塊在拌合澆筑時(shí)分別加入3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)和6%氯離子。所有砂漿試塊在澆筑1 d后脫模，然后繼續(xù)放在20 ℃恒溫室中進(jìn)行水中養(yǎng)護(hù)至齡期,之后取出，在室溫中放置2周，使試塊的濕度與室內(nèi)的濕度保持相對穩(wěn)定。

選取腐蝕程度低的砂漿試塊作為陰極試塊，腐蝕程度高的砂漿試塊作為陽極試塊，并用導(dǎo)線將兩者連接，構(gòu)成一個試樣體系以模擬在役混凝土結(jié)構(gòu)中的陰極區(qū)鋼筋和陽極區(qū)鋼筋。試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。試樣體系放置于含有少量水的平底塑料器皿中。器皿中的水剛好超過試塊的下邊緣，使陰極試塊和陽極試塊之間形成電通性。首先將陰極試塊和陽極試塊間的導(dǎo)線斷開2周，此時(shí)陰極鋼筋和陽極鋼筋均處于微電池腐蝕狀態(tài)；然后將陰極試塊和陽極試塊間的導(dǎo)線連通2周，此時(shí)陰極鋼筋和陽極鋼筋均處于宏電池腐蝕狀態(tài)，這4周被定義為1個循環(huán)，本試驗(yàn)共進(jìn)行22個循環(huán)。本試驗(yàn)中，陰極試塊與陽極試塊斷開和連接的時(shí)間均為2周。這是因?yàn)樵跀嚅_狀態(tài)下，2周時(shí)間便于鋼筋微電池腐蝕狀態(tài)的恢復(fù)和穩(wěn)定；在連接狀態(tài)下，2周時(shí)間有利于鋼筋宏電池極化和宏電池電流的穩(wěn)定。

混凝土中NO2-的不均勻性對鋼筋宏電池腐蝕的影響主要體現(xiàn)在兩方面：①NO2-作用于處于腐蝕狀態(tài)的陽極鋼筋(如表1中的Case 1)，②NO2-作用于處于腐蝕狀態(tài)的陰極鋼筋(如表1中的Case 2)。在Case 1中，起初陰極和陽極試件的小孔中均未加入任何溶液(如循環(huán)D)，接著陽極試件的小孔中逐漸加入NO2-溶液，其濃度從3 mol/L(如循環(huán)E)增加到5 mol/L(如循環(huán)F)和8 mol/L(如循環(huán)G)，以便分析陽極NO2-濃度對鋼筋宏電池腐蝕的影響。在Case 2中，起初陰極和陽極試件的小孔中均未加入任何溶液(如循環(huán)D)，接著陰極試件的小孔中加入8 mol/L NO2-溶液(如循環(huán)H)，目的是加速NO2-的滲透，以便更好地觀測宏電池電位差和電流的變化。循環(huán)類型見圖1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab. 1 Experimental design

圖1 試驗(yàn)的循環(huán)類型Fig. 1 Cycle types in the experiment

在試驗(yàn)過程中，使用新日鐵技研會社開發(fā)的CM-SE1腐蝕診斷器測量鋼筋在微電池狀態(tài)和宏電池狀態(tài)下的(自)腐蝕電位(參比電極為Ag/AgCl，輔助電極為SUS304不銹鋼)、腐蝕阻抗、以及砂漿阻抗。由于腐蝕診斷器施加到鋼筋表面的電流是分布不均的，而且受鋼筋直徑和保護(hù)層厚度的影響較大，故鋼筋阻抗(單位：kΩ·cm2)和砂漿阻抗(單位：kΩ·cm2)與鋼筋直徑和保護(hù)層厚度之間存在一定的函數(shù)關(guān)系。本試驗(yàn)中使用的鋼筋阻抗值和砂漿阻抗值分別通過該腐蝕診斷器的附屬軟件進(jìn)行計(jì)算獲得。在試驗(yàn)過程中，飽水脫脂棉放置于腐蝕診斷器探頭和砂漿試塊表面之間，以確保良好的電流傳導(dǎo)性。

結(jié)合本試驗(yàn)的目的并兼顧實(shí)踐中對腐蝕的理解，釋放電子的陽極反應(yīng)和消耗電子的陰極反應(yīng)發(fā)生在臨近交互的區(qū)域，即為微電池腐蝕。此情況經(jīng)常發(fā)生在氯離子均勻分布的鋼筋混凝土構(gòu)件中。試驗(yàn)中，當(dāng)陰極試塊和陽極試塊處于斷開狀態(tài)時(shí)，微電池腐蝕處于主導(dǎo)地位，此時(shí)陰極鋼筋的腐蝕和陽極鋼筋的腐蝕被稱為微電池腐蝕。釋放電子的陽極反應(yīng)和消耗電子的陰極反應(yīng)發(fā)生在相距較遠(yuǎn)的不同區(qū)域，即宏電池腐蝕。當(dāng)腐蝕速率較高的鋼筋與腐蝕速率較低或處于鈍化狀態(tài)的鋼筋相連時(shí)，宏電池腐蝕將會發(fā)生。當(dāng)陰極試塊和陽極試塊處于連接狀態(tài)時(shí)，宏電池腐蝕處于主導(dǎo)地位，此時(shí)陰極鋼筋和陽極鋼筋的腐蝕被稱為宏電池腐蝕。

為了區(qū)分微電池腐蝕電流密度和宏電池腐蝕電流密度，以及更好地理解它們之間的關(guān)系，鋼筋在斷開狀態(tài)下的腐蝕電流密度稱為微電池腐蝕電流密度，可由Stern-Geary等式計(jì)算獲得，即：

Jmi=B/Rp

(1)

式中:Jmi是微電池腐蝕電流密度(μA·cm-2);Rp是鋼筋阻抗(kΩ·cm2);B是Stern-Geary常數(shù)，當(dāng)鋼筋處于腐蝕狀態(tài)時(shí),B為26 mV，當(dāng)鋼筋處于鈍化狀態(tài)時(shí)B為52 mV。

當(dāng)陰極試塊和陽極試塊處于連接狀態(tài)時(shí)，流經(jīng)陰極試塊和陽極試塊間的電流(即宏電流)，使用零電阻電流計(jì)測得。宏電池腐蝕電流密度由下式計(jì)算獲得，即：

式中:Jma是宏電池腐蝕電流密度(μA·cm-2);Ima是宏電池腐蝕電流(μA);Aa是陽極鋼筋的腐蝕面積(cm2)。陽極鋼筋被定義為釋放電子的鋼筋，可從宏電流的流動方向判斷得出。使用零電阻電流計(jì)直接測量宏電池腐蝕電流是非常有效的，其優(yōu)點(diǎn)是被測量的電流通常是自然流動，并沒有受到測量系統(tǒng)或外部的干擾；其主要缺點(diǎn)是不包含在陰/陽極內(nèi)部流動的電流，可能使測得的電流值小于實(shí)際的電流值。在某些環(huán)境中，尤其是當(dāng)混凝土或砂漿阻抗特別高時(shí)，這種影響比較突出。因此，為了減少這種影響，使流經(jīng)陰極試塊和陽極試塊間的宏電流更接近實(shí)際值，在本試驗(yàn)中，陰極試塊和陽極試塊均小部分浸漬在水中，以增加砂漿的電導(dǎo)性。

2 結(jié)果與討論

2.1 NO2-作用于陽極鋼筋

由圖2可見:在Case 1條件下,在NO2-作用前(第1至6循環(huán))，當(dāng)陰極鋼筋和陽極鋼筋處于斷開(微電池)狀態(tài)時(shí)，陰極鋼筋的腐蝕電位為-49 mV，處于鈍化狀態(tài)，陽極鋼筋的腐蝕電位為-412 mV，處于活躍腐蝕狀態(tài)，陰陽極鋼筋間存在著顯著的電位差。此時(shí)陰極鋼筋和陽極鋼筋的微電池電流密度分別為0.002 3,0.063 2 μA/cm2。當(dāng)陰極鋼筋與陽極鋼筋相連接時(shí)形成了宏電池腐蝕電路，陽極鋼筋腐蝕釋放的電子被轉(zhuǎn)移至陰極鋼筋并被陰極鋼筋所消耗，從而形成從陰極鋼筋流向陽極鋼筋的宏電池電流，進(jìn)而導(dǎo)致陰極鋼筋的腐蝕電位從-49 mV降低至-383 mV,陽極鋼筋的腐蝕電位從-412 mV上升至-396 mV，非常接近陰極鋼筋的腐蝕電位，陰陽極鋼筋間的電位差大大的縮小。陽極鋼筋腐蝕電位的輕微增加和陰極鋼筋腐蝕電位的顯著降低，表明陽極鋼筋的腐蝕活性較大以至于產(chǎn)生的電子量遠(yuǎn)大于陰極鋼筋消耗的電子量。隨著混凝土的阻抗從20 kΩ·cm2(第1循環(huán))增加到70 kΩ·cm2(第6循環(huán))，陰極和陽極鋼筋間的宏電流密度相應(yīng)從0.405 μA/cm2(第1循環(huán))降低至0.200 μA/cm2(第6循環(huán))。從第7至9循環(huán)，陽極側(cè)砂漿試塊的小孔被填充了3 mol/L的NO2-溶液。經(jīng)過NO2-的滲透和擴(kuò)散，陽極鋼筋表面的NO2-濃度逐漸增加。由于NO2-能夠抑制陽極鋼筋的陽極反應(yīng)，降低陽極鋼筋釋放電子的速率，促進(jìn)鋼筋表面密實(shí)鈍化膜的形成，所以理論上，NO2-應(yīng)該能夠提升陽極鋼筋的腐蝕電位、降低微電池腐蝕速率。然而，由試驗(yàn)結(jié)果可見，在第6循環(huán)的斷開(微電池)狀態(tài)下，添加3 mol/LNO2-溶液到陽極側(cè)試塊的小孔中后，陽極鋼筋的腐蝕電位由第6循環(huán)斷開狀態(tài)下的-410 mV降低至第7循環(huán)斷開狀態(tài)下的-590 mV，然后又逐漸上升至第8循環(huán)斷開狀態(tài)下的-440 mV和第9循環(huán)斷開狀態(tài)下的-400 mV。陽極鋼筋的微電池腐蝕電流密度則由第6循環(huán)斷開狀態(tài)下的0.063 μA/cm2增加至第7循環(huán)斷開狀態(tài)下的0.228 μA/cm2，然后又逐漸降低至第8循環(huán)斷開狀態(tài)下的0.190 μA/cm2和第9循環(huán)斷開狀態(tài)下的0.180 μA/cm2。相對于陽極鋼筋腐蝕電位和微電池電流密度的變化，宏電池腐蝕電流密度由第6循環(huán)連接狀態(tài)下的0.20 μA/cm2增加至第7循環(huán)斷開狀態(tài)下的0.35 μA/cm2，然后又逐漸降低至第8循環(huán)斷開狀態(tài)下的0.06 μA/cm2和第9循環(huán)斷開狀態(tài)下的0.03 μA/cm2。值得注意的是，在第7至9循環(huán)，添加3 mol/L的NO2-溶液到陽極側(cè)試塊的小孔，增加了陽極鋼筋在斷開和連接狀態(tài)下的宏電池極化電位差，降低了陰極鋼筋在斷開和連接狀態(tài)下的宏電池極化電位差。

(a) Ecorr-t

(b) Jcorr-t圖2 Case 1條件下,鋼筋陰極和陽極的Ecorr-t和Jcorr-t變化曲線Fig. 2 Ecorr-t (a) and Jcorr-t (b) of anode and cathode for rebar in Case 1

從第10至14循環(huán)，陽極側(cè)試塊小孔中的NO2-溶液濃度增加到5 mol/L，以便加速NO2-的滲透擴(kuò)散，使斷開狀態(tài)下陽極鋼筋的腐蝕電位進(jìn)一步朝著正電位方向增加，微電池腐蝕電流密度進(jìn)一步降低，連接狀態(tài)下宏電池腐蝕電流密度的進(jìn)一步減小。至第14循環(huán)的斷開狀態(tài)，陽極鋼筋的腐蝕電位增加到-280 mV，微電池和宏電池電流密度分別被降低到0.067 μA/cm2和0.008 μA/cm2。從第15至22循環(huán)，陽極側(cè)試塊小孔中的NO2-溶液濃度被最終增加到8 mol/L，從而大大增加了NO2-的擴(kuò)散滲透速率。最終在第22循環(huán)的斷開(微電池)狀態(tài)下，陽極鋼筋的腐蝕電位被提升到-180 mV，微電池和宏電池電流密度分別被降低到0.018 μA/cm2和0.000 8 μA/cm2。基于上述試驗(yàn)結(jié)果，可以明確NO2-在提升銹蝕鋼筋腐蝕電位和降低鋼筋腐蝕速率上是有效的。

向陽極側(cè)試塊小孔中加入不同量NO2-溶液，陰極側(cè)試塊始終保持恒定不變的狀態(tài)，所以在整個試驗(yàn)過程中陰極鋼筋消耗電子的能力是不變的，在陰極和陽極鋼筋間流動的宏電流主要由陽極鋼筋釋放電子的能力所決定。陽極鋼筋表面的NO2-能夠有效抑制陽極鋼筋的陽極反應(yīng)，從而消弱陽極鋼筋釋放電子的能力。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，宏電池電流隨著陽極鋼筋表面NO2-含量的增加而逐漸降低。這不僅明確了NO2-對鋼筋宏電池腐蝕的抑制效果，還表明了此腐蝕由鋼筋的陽極反應(yīng)所控制。

基于上述試驗(yàn)結(jié)果，還可以發(fā)現(xiàn)在宏電池作用下，陰極區(qū)鋼筋的腐蝕電位被極化至較低值，陽極區(qū)鋼筋的腐蝕電位被極化至較高值，進(jìn)而使陰極區(qū)鋼筋的腐蝕電位接近于陽極區(qū)鋼筋的腐蝕電位，陰極區(qū)鋼筋易被誤認(rèn)為陽極區(qū)鋼筋，從而很難通過半電池電位法來測量判斷鋼筋的陰極區(qū)和陽極區(qū)。在宏電池腐蝕狀態(tài)下，使用腐蝕診斷器來測量混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的極化阻抗和腐蝕速率，能夠相對清晰地分辨出陰極區(qū)鋼筋和陽極區(qū)鋼筋。這與GONZLEZ等[10]的研究結(jié)論相吻合，也為工程上區(qū)分在役混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的陰極區(qū)和陽極區(qū)給出了技術(shù)指導(dǎo)。

2.2 NO2-作用于陰極鋼筋

由圖3可見：在Case 2條件下,在NO2-作用前(第1至6循環(huán))，當(dāng)陰極鋼筋和陽極鋼筋處于斷開(微電池)狀態(tài)時(shí)，陰極鋼筋的腐蝕電位為-517 mV，陽極鋼筋的腐蝕電位為-615 mV，兩者均處于活躍腐蝕狀態(tài)，且兩者間存在明顯的電位差。當(dāng)陰極鋼筋與陽極鋼筋相連接(宏電池)時(shí)，由于宏電池腐蝕極化的影響，陰極鋼筋的腐蝕電位從-517 mV降低至-520 mV，陽極鋼筋的腐蝕電位從-615 mV上升至-532 mV，陽極鋼筋腐蝕電位的顯著增加和陰極鋼筋腐蝕電位的輕微降低，表明處于腐蝕狀態(tài)的陰極鋼筋的活性較大以至于消耗電子的能力遠(yuǎn)大于陽極鋼筋釋放電子的能力。陰極和陽極鋼筋間的宏電流密度約為0.092 μA/cm2。從第7至22循環(huán)，陰極側(cè)砂漿試塊的小孔被填充了8 mol/L的NO2-溶液。隨著NO2-逐漸滲透擴(kuò)散至陰極鋼筋表面，其阻銹效果逐漸顯現(xiàn)，陰極鋼筋在斷開(連接)狀態(tài)下的腐蝕電位逐漸從-517 mV上升至-230 mV。此時(shí)當(dāng)陰極鋼筋和陽極鋼筋相連接，陰極鋼筋的腐蝕電位從-230 mV降低至-487 mV，陽極鋼筋的腐蝕電位從-590 mV上升至-490 mV，陰極鋼筋的極化電位差與NO2-作用前相比顯著增加，表明在NO2-的作用下，處于腐蝕狀態(tài)陰極鋼筋的腐蝕活性有所降低，陰極鋼筋需要較大的極化量才能消耗掉陽極鋼筋釋放的電子。由于陽極鋼筋的腐蝕電位保持相對恒定，陰極鋼筋腐蝕電位的提升，導(dǎo)致陰極和陽極鋼筋間宏電池電位差的增大，宏電池電位差從NO2-作用前的198 mV增大到NO2-作用后的340 mV。宏電池電位差的增大增加了宏電池腐蝕的驅(qū)動力，從而使宏電池腐蝕電流密度從0.092 μA/cm2增至0.159 μA/cm2。宏電池腐蝕電流的大小取決于陰陽極鋼筋的宏電池極化阻抗(阻抗力)和陰陽極鋼筋間的宏電池電位差(驅(qū)動力)。如果由陰陽極鋼筋間宏電池電位差的增大而引起的電流增量大于由陰極鋼筋極化阻抗增加而產(chǎn)生的電流減量，那么整個體系的宏電池腐蝕電流將呈現(xiàn)增加趨勢。需要注意，當(dāng)NO2-作用于處于腐蝕狀態(tài)的陰極鋼筋后，雖然在微電池(陰極和陽極斷開)狀態(tài)下，陰極鋼筋的腐蝕電位大幅提高，NO2-的阻銹效果能夠得以確認(rèn)，但是在宏電池(陰極和陽極連接)狀態(tài)下，陰極鋼筋的腐蝕電位并未提高，很難對NO2-的阻銹效果進(jìn)行判定。由于現(xiàn)役混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)中鋼筋間的相互連接使鋼筋一直處于宏電池腐蝕狀態(tài)，所以不均勻的NO2-含量，特別是NO2-主要作用于處于腐蝕狀態(tài)的陰極鋼筋時(shí)，將存在加速鋼筋宏電池腐蝕的危險(xiǎn)。

(a) 自腐蝕電位-t

(b) 自腐蝕電流密度-t圖3 Case 2條件下,鋼筋陰極和陽極的Ecorr-t和Jcorr-t變化曲線Fig. 3 Ecorr-t (a) and Jcorr-t (b) of anode and cathode for rebar in Case 2

3 結(jié)論

在宏電池腐蝕狀態(tài)下，混凝土結(jié)構(gòu)中NO2-的不均勻性對鋼筋宏電池腐蝕的影響很大。當(dāng)NO2-僅作用于處于腐蝕狀態(tài)的陽極鋼筋時(shí)，能夠增加陽極鋼筋的極化阻抗，減少陰陽極鋼筋間的宏電池腐蝕電位差，降低宏電池腐蝕電流，從而有效抑制宏電池腐蝕。

當(dāng)NO2-主要作用于處于腐蝕狀態(tài)的陰極鋼筋時(shí)，雖然在微電池狀態(tài)下，陰極鋼筋的腐蝕電位大幅提高，NO2-的阻銹效果能夠得以確認(rèn)，但是在宏電池狀態(tài)下，由于陰陽極鋼筋間的宏電池極化作用，陰極鋼筋的宏電池腐蝕電位并未提高，很難對NO2-的阻銹效果進(jìn)行判定。此外，陰陽極鋼筋間的宏電池電位差的增大易使宏電池腐蝕電流呈增加趨勢，從而存在加速鋼筋宏電池腐蝕的危險(xiǎn)。

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Effect of Non-homogeneous Nitrite Ions on the Macrocell Corrosion Behavior of Reinforcing Steel Embedded in Concrete Structures

CAO Zhonglu1,2,3, CHEN Haoyu1, WEI Lianyu2, HIBINO Makoto3
(1. Tianjin Port Engineering Institute Ltd of CCCC First Harbor Engineering Company Ltd, Tianjin 300222, China;2. School of Civil Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China; 3. Concrete Laboratory, Kyushu Institute of Technology, Kitakyushu 8048550, Japan)

Based on macrocell corrosion theory, cathodic steel bar and anodic steel bar were casted in two separated cement mortar blocks in which nitrite solution with different concentrations were filled to simulate the penetration process of nitrite ions, then cathodic steel bar and anodic steel bar were connected or disconnected by lead wire to simulate the macrocell corrosion or microcell corrosion. The influence of non-homogeneous nitrite ions on the macrocell corrosion behavior of reinforcing steel was investigated by comparing the magnitude of macrocell current flowing between anodic and cathodic steels. The results indicated that the presence of nitrite only on the surface of anodic steel could increase the macrocell polarization resistance of anodic steel, reduce the macrocell potential difference, decrease the macrocell corrosion currrent and therefore effectively inhibit the macrocell corrosion. The presence of nitrite only on the surface of cathodic steel could enhance the macrocell potential difference, increase the macrocell corrosion currrent and therefore have a risk to accelerate the macrocell corrosion.

nitrite ion; non-homogeneity; macrocell corrosion; reinforcing steel; concrete

2015-12-01

中交一航局科技研發(fā)項(xiàng)目(2016)

曹忠露(1987-)，工程師，博士，從事混凝土材料和結(jié)構(gòu)耐久性方面的研究，022-28340037，caozhonglu@126.com

10.11973/fsyfh-201707012

TG174.2

A

1005-748X(2017)07-0537-06