文摘

本文研究一种新的低成本的腐蚀行为与低镍奥氏体不锈钢(SS)内容alkaline-saturated氢氧化钙溶液(模拟混凝土孔隙(SCP)解决方案)与氯化钠(0.0%,0.4%,1.0%,2.0%,3.0%,和5.0%氯化钠)和嵌入alkali-activated粉煤灰(AAFA)迫击炮制造使用两个碱性的解决方案,有或没有氯添加(2%和5%),在恒定的环境相对湿度95%。在早期年龄测量进行养护180天的实验。随时间演化的电化学阻抗谱进行了研究。值获得SCP的解决方案或粉煤灰迫击炮如此之高,低镍不锈钢保存其被动,表现出较高的耐蚀性

1。介绍

钢增援嵌在混凝土受腐蚀的薄氧化膜的表面形成和维护的高碱性环境周围的混凝土,通常12 - 13的pH值(1]。然而,氯化物的存在会导致破坏性影响被动和点状腐蚀的外观当氯离子达到金属/混凝土界面。氯离子通常存在于建筑材料和可能来自外部环境,在海洋环境中,除冰盐和酸雨2]。而热力学能预测是否会发生腐蚀反应,它不提供的腐蚀反应的速率。反应动力学取决于因素因素,如湿度、氧气,碱性介质。这些因素可以加速腐蚀过程3,4]。

阴极保护和腐蚀抑制剂、不锈钢(SS)增援部队是一个可靠的方法,以保证钢筋混凝土结构的耐久性(rcs)在非常积极的环境中5,6]。虽然党卫军增援部队可能是最经济的解决方案在长期7,8迄今为止),最初的成本限制其使用。出于这个原因,新的SSs,镍含量(受到相当大的价格波动由于股票市场因素)在一定程度上取代了其他元素(9,10),被评为可能替代传统碳钢(11,12]。这个新的低镍党卫军可能意味着节省约15 - 20%相比传统符合美国钢铁协会的304不锈钢。

低镍奥氏体SSs展览吸引人的属性,传统奥氏体SSs相媲美,比如良好的耐蚀性,高水平的强度和延性,粮食的减少趋势敏感(13]。以前的研究(14,15)表明,碳钢腐蚀速率值类似传统的和低镍奥氏体瑞士在砂浆氯添加,以及至少10倍氯的存在。此外,低镍奥氏体SSs有腐蚀行为非常相似,传统的奥氏体瑞士碳酸媒体和非碳酸气,chloride-contaminated媒体(16]。

本文的目的是研究一种新型奥氏体不锈钢的腐蚀行为,与alkaline-saturated低镍含量、氢氧化钙溶液(模拟混凝土孔隙(SCP)解决方案)和食盐(氯化钠)和嵌入alkali-activated粉煤灰砂浆氯添加不同。粉煤灰用于混凝土原因与环境影响、经济可持续性和社会责任。F型的碱活化粉煤灰(AAFA)由混合火山灰高度碱性解决方案(pH > 13)和随后在一定的温度下固化结果粘贴产生固体材料。考虑到钢筋腐蚀是RCS失败的主要原因17,AAFA灰浆的能力使钝化钢钢筋是一个非常重要的财产保障RCS构造使用这些新材料的耐久性。

2。实验

测试标本进行alkaline-saturated氢氧化钙溶液(SCP的解决方案)是5.0厘米×2.0厘米大小和1毫米厚度的低镍奥氏体不锈钢板。标本的地面使用一系列的碳化硅(SiC)金刚砂论文到600级,然后用乙醇超声清洗,用高纯度水冲洗。决定使用板代替传统的酒吧是由于电化电池的设计。一个波斯古经类型细胞,缝隙腐蚀可以被避免或最小化18)代替氯化溶液之间的microcrevice标本和样品夹少量的蒸馏水。

低镍不锈钢样品由ACERINOX SA (Palmones、加的斯、西班牙),这种类型的学生是一个符合美国钢铁协会的201 (19)或在1.4372 (20.]。表1显示了党卫军的钢板的化学成分。

饱和氢氧化钙溶液,pH ~ 12 - 13,用不同氯化钠浓度(0.0,0.4,1.0,2.0,3.0,和5.0 wt. %),是用于研究腐蚀行为在一个广泛的实验条件。准备使用的化工产品解决方案实验室试剂级:氯化钠99%纯PRS-CODEX Panreac和Ca (OH)提供的₂分析由默克公司提供。所有的解决方案都准备用蒸馏水。

波斯古经细胞使用三电极配置的样品作为工作电极,饱和甘汞电极(SCE)作为参考,并作为对电极铂网,参见图1。所有的潜能都因此也是南加州爱迪生。

另一方面,F类从热电厂粉煤灰在阿斯图里亚斯Abono,西班牙,使用。表2表明它的化学成分。粉煤灰是激活两种不同高度碱性的解决方案。两种类型的AAFA迫击炮制造:一个用氢氧化钠溶液(标本)和其他的85%氢氧化钠和15%水玻璃(B标本)“液体/固体”比率为0.45。总/ AAFA比率用来制造迫击炮是2。标准化,采用均匀分段石英砂(SiO₂内容的99%,66%的粒子大小< 1毫米和35% < 0.5毫米)。包含新鲜AAFA迫击炮随后被治愈的模具在烤箱85°C在饱和水蒸气气氛20 h。不同数量的氯化钠(99%纯Panreac PRS-CODEX): 0, 2%和5%氯化钠(对粘结剂重量)添加到粉煤灰。两种砂浆棱镜副本每种类型的准备比较的目的。所有的标本保存在室温下的气氛高相对湿度(RH)的大约95%,长达180天。

实验进行小型移动标本测量8×5.5×2厘米,类似以前的作品(3,4]。两个直径10毫米,低镍不锈钢钢筋,对称嵌在棱镜,作为工作电极在测量期间,与外部党卫军缸5厘米直径作为对电极。垫浸泡在水被用来使电导率测量。一个活跃的表面面积5.6厘米²与胶带在工作电极,从而隔离三重砂浆/钢/大气界面,以避免可能的局部腐蚀攻击由于微分曝气。使用三点测量可以生成一些测量扰动如电容或者电感回路高频(21]。在这项研究中不锈钢圆柱电极(同样大小的标本)被用来限制当前线在一个特定的区域,实现当前线路的均匀分布,因此测量不受扰动。

电化学阻抗谱(EIS)测量记录在E_相关系数在一个频率范围从10⁵赫兹到10⁻³赫兹的频率对数扫5分十年。EIS法涉及到征收10 mV均方根振幅励磁电压。1250年Solartron频率响应分析器与一个稳压器EG&G帕洛阿尔托研究中心273年用于EIS测量。

3所示。结果与讨论

图2显示了低镍不锈钢尼奎斯特图在Ca(哦)₂饱和溶液与不同氯化钠浓度。电容行为可以观察到,特点是定义良好的抑郁的半圆。低迷的半圆通常是由于色散引起的时间常数违规钢铁表面,表面粗糙度,分形表面,一般来说,某些过程与不规则分布的应用潜力22]。扩散过程被定义在低频率。

使用等效电路阻抗数据建模(电)图中描述3低镍瑞士。欧洲经济共同体的图3包含一个固定相元素(CPE)考虑弛豫时间常数。电解液是参比电极和工作电极之间的电阻,然后呢电荷转移电阻,这可能是负相关的腐蚀过程。CPE单元通常是用来代替理想电容器占非理想的电容式钢/电解质界面的响应(22]。这个经济共同体还包含了一个有限长度华宝扩散元素来描述质量输运过程通过扩散层。包含一个有限长度的一个时间常数EEC华宝扩散元素曾被其他作者用来描述行为的党卫军chloride-containing解决方案(23]。表3报告阻抗数据的拟合低镍不锈钢的Ca(哦)₂饱和溶液与不同氯化钠添加了使用图的经济共同体3。

表3表明,值降低氯化钠添加到解决方案。水的导电率的解决方案是高度依赖于溶解盐的浓度和其他化学电离的物种的解决方案。因此,当氯化钠添加到Ca(哦)₂饱和溶液的电导率增加,导致较低的价值。

低镍的阻抗结果SS在Ca(哦)₂饱和溶液与不同氯化钠添加典型的电容行为,与高频率的半圆。然而,我们可以看到在图2,半圆形的半径减少随着氯化钠浓度的增加,表示被动的下降与氯离子的存在。上述趋势可以进一步得到量化的支持值的拟合数据表3。

氯离子的影响也可以评估的和CPE机组的参数。CPE代表钢/电解质界面的双层电容电容器用于描述金属的非理想的行为/解决方案系统观察。如上所示,双层电场的不均匀性和表面的粗糙度负责偏差状况理想的电容。CPE的阻抗()定义的表达式:,在那里是一个真正的frequency-independent常数,,是角频率,是一个无量纲分指数()。因此,CPE-parameters和能反映的变化有关的金属电极表面电化学双层(22]。大量的研究表明,这些参数随电极表面的均匀性:高值和较低的值(对于理想电容器)非齐次表面的特征(24- - - - - -26]。低镍不锈钢,值增加的生理盐水。的变化值non-chloride-containing解决最大研究氯化钠浓度大约是1 - 2点在同一数量级(见表3)。这可能是一个同质性的损失的迹象表面的电极由于氯离子的影响。然而,小的变化从“最大氯离子浓度测试表明,低镍不锈钢能够保持其被动在这些不利环境未极化的条件。的参数,低镍不锈钢~ 0.90没有趋势,因为它经常发生变化,表现出没有影响氯化钠浓度的Ca(哦)₂饱和溶液。

在低频率(5×10⁻³-10年⁻³赫兹范围),扩散控制过程这一新的SS(见图2)。华宝扩散系数()的结果质量传输的物种通过被动层。根据点缺陷模型(PDM),扩散是分配给空缺通过钝化膜的运输。一个更加稳定和电阻钝化膜提供了更少的缺陷,因此较低由于较低的职位空缺可供大众运输过程。的值产生的阻抗数据拟合表明,低镍不锈钢表现出相似的值(1.82 - -1.90×10⁻³Ω厘米²年代^−1/2当氯化钠浓度低于或等于2.0%(见表3),这可能表明形成的钝化膜在这些氯化钠浓度呈现类似的腐蚀稳定性。然而,当氯化钠浓度3.0%和5.0%的增长观察值。根据PDM的作用,这表明一个不那么紧凑,被动的保护层。

所有这些结果都类似于以前的工作[获得27)由于实验条件在模拟孔隙的解决方案是一样的因为这些条件通常用来研究钢筋的腐蚀行为。

作者报道在先前的研究,低镍展出的腐蚀电流密度值0.001 - -0.01μ一个/厘米²氯化物的0.4%和2%,表明被动状态的持久性(28]。因此,本工作的目的是研究alkali-activated粉煤灰混凝土的腐蚀行为更积极的环境中氯化物(5%),考虑到模拟混凝土孔隙溶液中获得的结果。

图4显示了低镍不锈钢钢筋典型的奈奎斯特图嵌入在迫击炮b (a)和(b)与不同氯添加(0、2%和5%)。测量后进行180天的实验。一般来说,电容行为,特点是很差的定义和抑郁的半圆在高频率和第二个半圆在低频率。表4和5说明低镍不锈钢钢筋的阻抗数据的拟合,分别嵌在砂浆A和B。这些表都产生了使用等效电路(EEC)的人物5。

欧洲经济共同体的图5包含两个元素分布常数阶段(CPE_高频和CPE_低频)考虑两个弛豫时间常数(见图4)。CPE的_高频- - - - - -夫妇成为主流在高频率,可能起源于腐蚀产物层的特点,附着钢筋,而CPE_低频- - - - - -夫妇,控制在低频段,正是上双层钢电极的腐蚀过程。又一次电解液电阻(22]。

表4包括优化拟合/钢系统阻抗参数值。的值低镍不锈钢在795Ω厘米不等²2442Ω厘米²没有氯的迫击炮,当他们低,535Ω厘米²和517Ω厘米²氯化物的砂浆与2%和5%,分别。这减少R_e参数可能归因于高浓度的自由氯离子在砂浆的孔隙网络,提高导电性。在高频率,可以看到一个半圆(图4(一)),这可能与腐蚀产物层的特点。高频过程CPE_高频()从2μFcm⁻² 到9μFcm⁻² 、被动层电阻(从149Ω厘米)值²422Ω厘米²被发现在缺乏氯化物和来自32个Ω厘米吗²144Ω厘米²与5%的氯化物灰浆。因此,添加高氯起源于下降百分比参数,表明钝化膜不保护及其厚度降低。因此,砂浆含5%的氯化物呈现较低的耐蚀性。最后,在低频电容行为观察,和电荷转移电阻(从数值拟合(见下表),获得4),高达7668kΩ厘米²,表示被动状态的持久性。

表5包括优化拟合B /钢铁系统阻抗参数值。高频过程CPE_高频()从2μFcm⁻² 到13μFcm⁻² 。的和参数类似获得钢嵌在一个迫击炮,表明表面膜是平等保护和展示的砂浆低的腐蚀速率。的和值低镍不锈钢在261Ω厘米不等²1219Ω厘米²从22Ω厘米²119Ω厘米²,分别。

低迷的电容半圆也观察到在低频率(见表5),在17-22的范围值μFcm⁻² 。这些值可能表明没有钝化膜的逐渐崩溃。越来越多的时候,值是常数,表明钢表面变得均匀。最后,值被拟合外推的低频部分图由一个半圆。这个值是高达7468 kΩ厘米²在5%的氯化物。

因此,它可以观察到低镍不锈钢嵌入式的粉煤灰迫击炮以5%的氯化物补充也非常高。接受Stern-Geary方程可以应用,52个mV的一个近似B恒定值(29日),由此产生的是0.0068μ一个厘米⁻²和0.0070μ一个厘米⁻²分别为A和B迫击炮。这表明低镍不锈钢的腐蚀敏感性很低增援部队在这些迫击炮在腐蚀介质(5%氯化物)。

低镍不锈钢提出值212280Ω厘米²Cl的5%⁻,应用Stern-Geary方程是0.26μ一个厘米⁻²。合成解决方案建议的成果展览低镍不锈钢耐腐蚀性能高。因此,造成的影响减少镍含量几乎是平衡的有益影响其他添加剂锰或氮等。在目前的研究和文献[14,15),金属底座组成的影响腐蚀过程被证明不是一个非常重要的因素,和低镍不锈钢与氯化合成解决方案具有良好的耐久性。

根据获得了迫击炮A和B,这表明这些粉煤灰水泥由于他们的高碱性应该限制钢筋腐蚀到可以忽略的水平。此外,这些迫击炮的微观结构致密,紧凑,导致系统较低孔隙度(28),导致难以对钢铁表面氯离子的流动。使用低镍不锈钢嵌在粉煤灰迫击炮保证积极的环境中钢筋混凝土结构的耐久性。然而,在之前的工作中,博奇公司等。30.]证明了增援部队在沿海港口的腐蚀最严重的高潮位区,而没有发现损坏的潮差和水下的位置。因此,建议氯化物的存在可能破坏钢筋水泥结构,但必须考虑结构的位置,它是一个重要因素。根据这些最后的测试结果,知道目前的研究在早期年龄进行了试验(180天),进一步的调查是必要的驴如果低镍不锈钢嵌在粉煤灰混凝土是一种可行的材料用于实际结构需要50 - 100年。

4所示。结论

低镍不锈钢的EIS结果alkaline-saturated氢氧化钙显示解决方案值下降的生理盐水。尽管如此,值很高,低镍不锈钢保存其被动,表现出较高的耐蚀性。低镍不锈钢扩散过程观察。值获得显示的氯化钠浓度高于或等于3.0%不太紧凑,保护钝化膜形成。

EIS结果在粉煤灰迫击炮显示低镍不锈钢值是0.007的顺序μ一个/厘米²在氯化物的存在独立于类型的催化剂使用。这些结果说明一个好的耐久性低镍党卫军在这些迫击炮以5%的氯化物在180天的试验。

确认

m . Criado和美国法表达他们的感谢西班牙研究委员会(CSIC)为他们的合同下Juan de la谢尔瓦和JAE计划分别由欧洲共同筹资。作者表达自己的感谢项目从CICYT bia2008 - 05398,西班牙,为提供金融支持和ACERINOX SA检测低镍不锈钢。