最先进的仙人掌碱性媒体添加缓蚀剂

文摘

这个研究进展包括结果钢筋的腐蚀性能在碱性介质两种不同脱水仙人掌(仙人掌属植物ficus-indica-Nopal-and芦荟)被用作增加在pH值12.5和13.3解决方案和具体。脱水仙人掌加法混合在不同浓度的解决方案或水泥质量(0.10%、0.25%、0.5%、1.0%和2.0%)。半电池电位和LPR测量在不同时间段进行的描述可能的腐蚀抑制作用的仙人掌添加测试等碱性的媒体。结果显示良好的腐蚀抑制脱水胭脂对钢筋的影响,在所有测试解决方案,当氯离子。芦荟确实显示也在一定程度上抑制腐蚀的改进。仙人掌的增加导致了明显的形成一个密集的、更拥挤的氧化物/氢氧化物表层钢铁表面,减少腐蚀活动。证实了这种氧化物/氢氧化物层增长的微观评价金属表层的研究项目执行的。初步研究结果表明,添加胭脂在浓度在1%和2%之间,通过质量,可能适合耐久性增强应用程序在碱性介质,特别是在混凝土结构。

1。介绍

在混凝土腐蚀抑制剂被广泛使用,传统配方通常包括物种(如亚硝酸盐或苯甲酸酯),有明显的毒性1]。因此,他们正在受到环保主义者和可以阻止在不久的将来被使用,因为它们是重要的危害性和污染物。

一些研究人员考虑的使用简单的氨基酸丙氨酸、甘氨酸和亮氨酸为碳钢缓蚀剂在盐酸1]。天然氨基酸作为缓蚀剂被测试在不同的世界各地的实验室1,2]。从这些,从仙人掌中提取的植物是最有前途的(2]。

仙人掌属植物ficus-indica(在墨西哥被称为胭脂OFI)生长在大灌木丛在半干旱的环境。仙人掌原产于墨西哥,今天是商业生长在墨西哥、智利、阿根廷、摩洛哥、意大利、和部分加利福尼亚,德克萨斯和佛罗里达(3]。

提出了其他地方,胭脂包含几个氨基酸和糖(3- - - - - -5]。也包含一些矿物质,如钙、钾、钠(3- - - - - -5]。这种矿物质的存在在这个植物产品导致了长期稳定性能的产品在一个高度碱性介质。

目前的调查提出了钢筋的腐蚀性能结果在碱性介质脱水胭脂等天然有机添加补充道。

2。实验的程序

三种碱性媒体:饱和氢氧化钙(原理图)解决方案(pH值的~ 12.5),饱和孔隙(SP)溶液pH值(~ 13.2),与混凝土标本。所有三个碱性媒体都准备有或没有天然有机(脱水胭脂或芦荟)。

2.1。原理图的解决方案

脱水胭脂除了与同步信道混合解决方案在不同的比例:0.5,1.0,2.0%重量的解决方案。电化学电池包括6个直径10毫米钢筋(也称为钢筋)。饱和甘汞电极(SCE)用作参比电极。介绍了不锈钢棒在电化电池腐蚀测试。在实验中,氯化物被添加到解决方案在0.04浓度后半电池电位稳定钢筋浸泡后21天(~)。

2.2。SP的解决方案

SP的解决方案,脱水胭脂的百分比增加了0.1,0.25,0.5,1.0,2.0%重量的解决方案。在实验中,氯化物被添加到解决方案类型在0.04集中后半电池电位稳定钢筋浸泡后60天(~)。电化电池包括四个钢筋(10毫米直径)。相同的参考和反电极在腐蚀测试期间在原理图的解决方案。

2.3。混凝土

十cm棱镜装配式钢筋有两个直径10毫米钢筋。标本包括一个激活氧化钛/钛内部参比电极(愤怒)。两个棱镜捏造没有植物添加(控制),四是胭脂添加(两个棱镜制造1%和2 2%),和四个芦荟添加(相同数量和百分比胭脂棱镜)。混凝土混合料性能提出了其他地方(5]。介绍混凝土氯离子污染,wet-dry周期过程实现了混凝土试样的部分浸在3.5%氯污染的解决方案(只有一个钢筋受到这些wet-dry周期)。湿阶段持续了一个星期,干燥阶段三个星期,给水洼周期一个月。第二组24维数相同的混凝土棱柱捏造和嵌入式电极以证实第一组样本的结果。在这种情况下所有的混凝土棱柱被淹没在3.5%氯污染的解决方案。混凝土混合用来制作标本由普通硅酸盐水泥(OPC、水泥内容197公斤/米³),粉碎了白云石为粗骨料最大公称尺寸(10毫米),硅砂作为细骨料,w / c比值为0.50。特殊的混合物制备与puzzolanic水泥(PPC,相同内容)作为另一个控制混合物,没有胭脂添加。添加量从第一组,包括0.25%,0.50%,1.0%,水泥重量(% cw)。只用于胭脂添加第二组混凝土标本。混凝土混合料性质和实验过程的更多细节提出了其他地方(6]。

2.4。电化学表征

”来形容这种自然的腐蚀抑制作用增加钢筋,半电池电位和线性极化电阻(LPR)测量在不同的时间段进行。潜在的测量溶液中细胞测量相对于饱和甘汞电极(SCE)放置在每一个细胞。混凝土标本,测量进行了使用活性钛愤怒作为参考,和值转换为一个已知的参考电极规模如饱和铜/硫酸铜(CSE)电极。Gamry参考600恒电位仪是用来测量表面极化电阻()值在所有阶段的钢筋。稳压器的印象可能是多样的开路电位((OCP)阴极方向,由一个数量的20 mV扫描速率为0.05 mV / s。钢筋的RP值估计的最后部分的斜率电压电流数据,通常是一个直线的最后10 mV扫描。

3所示。结果

3.1。原理图和SP的解决方案

结果到目前为止显示良好的腐蚀抑制胭脂对钢筋的影响,名义12日5原理图和13日2 SP ph值的解决方案。结果从同步信道的解决方案是基于先前的调查结果由作者(7),如图所示1。观察到的半电池电位控制钢筋标本,达到被动势值在第一个小时,而钢筋沉浸在Nopal-added解决方案,达到类似潜在价值近20天后的沉浸在这样的解决方案。箭头所示相同的图1对应于氯污染的时间由已知量的氯化钠添加到电化学细胞(见图1)。从相同的图,观察后氯化物添加到解决方案中,没有观察到的差异之间的半电池电位值控制和Nopal-added解决方案。

图2显示了平均极化电阻()测量在实验阶段(6钢筋)的平均水平。从数据图观察2,值增加从平均40 kΩ/厘米²定期chloride-contaminated原理图解决方案,与平均150 kΩ/厘米²Nopal-added chloride-contaminated,原理图的解决方案。显示的结果表明,胭脂增加抑制钢筋腐蚀活动当氯污染。

研究后,执行一个额外的表面视觉调查这些碱性的钢筋测试解决方案通过检查活动区域存在的数量(坑)拆卸后电化学细胞的实验阶段。结果如图所示3。观察到的结果如图3得到一个明确的趋势,胭脂添加坑抑制剂。这支持了胭脂的抑制作用在这些chloride-contaminated解决方案。

3.2。SP的解决方案

类似的过程,原理图解决方案后对SP的解决方案,使用了四个钢筋,唯一的区别是在每个电化电池,比六钢筋用于同步信道细胞。为每个钢筋半电池电位的值在每个测试如图SP的解决方案4。

考虑钢筋腐蚀激活时,半电池电位比−负0,28 V与南加州爱迪生公司,这个值的时间达到记录(定义为腐蚀起始时间,)每一个钢筋的电化电池。这样的概率表示值如图5,行代表的累计分布对于每个测试的解决方案。一个定义良好的趋势是观察从图5,控制钢筋Nopal-free解决方案显示较小值(厚与黑色菱形)。其余值Nopal-added解决方案并没有呈现一个趋势定义为一个函数的数量增加了胭脂,但很明显,的值而增加的控制电化电池。

3.3。混凝土

结果从第一组混凝土棱镜是基于先前的调查结果由作者(5]。图6显示了典型的半电池电位作为时间的函数测量从没有获得,2%的胭脂,胭脂1%,2%的芦荟,芦荟混凝土标本的1%。图中所示的数据6对应的潜在价值的两个钢筋混凝土从一个棱镜只有:一个水洼池钢筋接近,另一个远离它。结果一个钢筋呈现活跃的腐蚀电位值,氯化物达到这钢筋深度,和其它钢筋保持被动(潜力更积极比−0.35 V对CSE)。

在养护阶段,钢筋平均势都是类似的(0.2 V对CSE)不管具体的类型(见图6)。首先稳定阶段混凝土棱柱被转移到一个干燥的环境~ 95% RH的养护室在实验室环境下~ 60% RH。这种渐进的改变从高到中间湿度改变了半电池电位更积极的值(0.05 V对CSE)。在几分钟后开始第一水洼,钢筋半电池的潜力,最接近水洼池,减少一些mileivolts (~ 0.05 V更消极的),而钢筋远离水洼池那呆在同一范围的潜在价值。

基于ASTM C876标准混凝土中钢筋腐蚀活动可能发起的半电池电位时≤−0.35 V,人物6提出了一种阈值线分离的典型钢筋混凝土的被动和主动行为。因此,腐蚀起始时间(或)估计的时候下面的钢筋半电池潜在价值是这样的线。表1列出所有钢筋的腐蚀起始时期接近水洼池为每个具体的细胞。基于获得的结果与第一组两个标本的(平均),有一个明显的增加从约3.5天(平均)控制标本(不添加)几乎7和水洼后18天(平均)开始添加芦荟和胭脂,分别。

由于混凝土保护层(2厘米)使用w / c比值高(0.7),这种混凝土的孔隙度高。因此,腐蚀起始很小的时间比其他调查4厘米更密集覆盖混凝土(低孔隙度与w / c < 0.4)的激活发生后3 - 5个月(8]。

图7显示了平均数据(平均两个)作为时间的函数对所有混合测试。观察图7,平均具体值没有增加在所有阶段都小于混凝土的平均观察添加。可以采取特别强调胭脂替代混凝土平均数据为2%,其中估计是高(~ 2000 KΩ-cm²平均)140天的测试时间(第三湿后循环)。这将给小钢的腐蚀速率明显chloride-contaminated混凝土当胭脂和芦荟添加到混凝土中。

根据获得的结果与这些具体的棱镜,第二组标本用相似的几何形状和数量的电极制作的嵌入到混凝土(两个钢钢筋和一个钛的愤怒)。图8显示了典型的半电池电位作为时间的函数测量从没有获得(OPC), 0.25%胭脂,胭脂0.5%,1%胭脂混凝土标本。没有获得的结果之间的差异两个控制混凝土混合物,OPC和PPC,因此PPC不是提出了调查的结果。

在养护阶段,钢筋平均势都是类似的(~−0.2 V对CSE)不管具体的类型(见图8)。首先稳定阶段混凝土棱柱被转移到一个干燥的环境~ 95% RH的养护室在实验室环境下~ 65% RH。这种渐进的改变从高到中间湿度改变了半电池电位更积极的值(V对CSE)。

图8中的虚线水平线,对应的阈值线分离被动和主动行为的典型钢筋混凝土,再次ASTM C876。因此,时间估计如下半电池电位值的时候这样的线。图9显示了所有钢筋的测试值。基于目前的结果,有一个明显的增加值如果胭脂被添加到混凝土混合物。

由于混凝土保护层(2.5厘米)使用0.5 w / c比值,这种混凝土的孔隙度高。因此,腐蚀起始很小的时间比其他调查4厘米更密集覆盖混凝土(低孔隙度与w / c < 0.4)的激活发生后3 - 5个月(8),但高于第一组标本的获得更多的多孔混凝土(w / c比值~ 0.7)。的值第二组混凝土棱镜高于第一组,主要因为混凝土的w / c比第一集(~0.7)高于第二组棱镜(0.5),因此,混凝土的第一套更多孔混凝土的第二集

的概率表示值如图9,行代表的累计分布为每一个具体的混合测试。类似的趋势观察从SPS数据:显示小Nopal-free控制钢筋的解决方案值。Nopal-added混凝土的值在第二组标本展示趋势定义为一个函数的胭脂:胭脂量越高,越多。同样清楚的是,的值而增加的控制电化电池。没有明显的差异与两个控制混合物,也获得了OPC和PPC,支持所观察到的测试结果(调查中没有显示)。

4所示。讨论

明显的交互上的胭脂钢铁是形成一个密集的、更拥挤的表面氧化物/氢氧化物层,可以减少钢铁的腐蚀活动当氯化物被添加到原理图和SP的解决方案。这种氧化物/氢氧化物层增长由于胭脂与钢筋的互动进一步证实了显微镜评估金属表层进行最后的实验7]。也被发现脱水胭脂提供了一个良好的保护对点状腐蚀钢chloride-contaminated碱性介质。

从结果与混凝土标本,观察腐蚀激活的时间也增加了混凝土从几天到一些数百天如果胭脂是添加到混合物中。初步研究结果表明,添加脱水胭脂在小浓度(1%至2%)可能适用于混凝土耐久性增强应用程序,可能在所有水泥基材料。

5。结论

结果显示良好的腐蚀抑制脱水胭脂对钢筋的影响,在所有碱性测试解决方案,当氯离子存在。芦荟也确实显示腐蚀在一定程度上抑制的改进。仙人掌的增加导致了明显的形成一个密集的、更拥挤的氧化物/氢氧化物表层钢铁表面,减少腐蚀活动。证实了这种氧化物/氢氧化物层增长表面视觉评估金属表层,CH解决方案的标本,进行最后的研究项目。初步研究结果表明,添加胭脂或芦荟在浓度在1%和2%之间,通过质量,可能适合耐久性增强应用程序在碱性介质,特别是在混凝土结构。

确认

作者感谢研究院Mexicano del内在(墨西哥运输研究所)的地方,墨西哥、金融支持和研究奖学金提供给大学Marista de地方与合同编号(圣母大学的地方)。IMT-QCC-33-03。作者承认Grupo Botanico NAYEC S.A. de简历和NOPALZIN S.A. de简历提供测试产品。特别感谢将杰西卡Herrera-Nunez Alejandro Perez-Gallardo,塞萨尔Celis-Mendoza,自治(日本JHN)和大学的本科生Marista de地方(APG、CCM),帮助与样品制备和监控。本文中的观点和结果不一定是作者和资助机构。

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