混凝土中钢筋腐蚀的预防十二烷基硫酸钠:电化学和重力调查

文摘

长时间抑制腐蚀反应的十二烷基硫酸钠(SLS)在污染钢筋混凝土用重量法和电化学技术研究了potentiodynamic极化和电化学阻抗谱等。使用半电池电位测量钢筋腐蚀监测的概率一段480天。傅立叶变换红外光谱分析腐蚀产物沉积在钢筋的腐蚀抑制作用的机制。修改钢标本在混凝土的表面形态由光学显微镜检查。调查(480天),期间SLS显示明显的腐蚀抑制效率在钢筋混凝土。

1。介绍

钢筋混凝土结构开发,以确保一生的力量和存在。但恶化和崩溃的钢筋混凝土结构在建设领域是一个主要问题(1- - - - - -3]。有限公司₂从空中和海洋大气中的氯离子进入混凝土,使混凝土孔隙溶液比以前更激进的(4- - - - - -8]。钢筋脱钝的发生在氯离子的存在导致点状腐蚀(9- - - - - -12]。钝化钢筋发生由于碱性化合物存在于混凝土。取代混凝土结构恶化的成本可能会影响一个国家的GDP(国内生产总值)。找出一个有效和经济的方法应对混凝土中钢筋腐蚀吸引了研究人员和工程师在过去的二十年。

混凝土混合料添加缓蚀剂是最可行的方法来减少钢筋腐蚀污染混凝土(13- - - - - -16]。在理想情况下,腐蚀抑制剂不会影响混凝土的属性。一些先前的研究人员已建立,抑制剂分子通常影响钢材腐蚀的电化学动力学过程(17- - - - - -19]。添加化合物的腐蚀抑制作用机制可能包括降低氯离子的扩散速率,提高氯离子的阈值,降低腐蚀的阳极和阴极过程(20.- - - - - -22]。缓蚀剂可以添加到新鲜混凝土作为掺合料在混凝土浇灌步骤或可以应用于混凝土表面。

商用缓蚀剂可能含有有机或无机化合物如亚硝酸钠,或者单氟磷酸钠,氨基乙醇等等23- - - - - -27]。如今,不推荐使用亚硝酸盐由于其毒性。有机抑制剂的功效是有时有问题的氯离子浓度升高。研究人员、科学家和工程师们总是寻找有效,经济和环保外加剂应对混凝土中钢筋的腐蚀。一些最近发明的绿色抑制剂如银纳米颗粒掺杂棕榈油叶提取物(28)和自然获得Welan口香糖和印楝口香糖29日)主要混凝土腐蚀抑制效率。

目前的调查进行了检查SLS的腐蚀预防能力在污染钢筋混凝土(30.,31日]。初步检查都是通过测量电极电位的钢铁增援(对SCE)蘸混凝土孔隙溶液含有不同浓度的氯化钠SLS污染的3.5%。这次考试后,我们决定研究混凝土中钢筋的腐蚀反应样本含SLS水泥重量的2.5%。

2。实验

2.1。材料

十二烷基硫酸钠和氯化钠(> 99.9%从默克密理博)采购。硅酸盐水泥(印第安纳州水泥、年级53)用于生产混凝土标本从市场上购买。

2.2。混凝土试样的制备

包含钢筋混凝土块用于实验是由硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料(砂),和水。每个矩形块尺寸200 x80x80mm准备通过混合水和水泥的比0.5。之间的比例水泥、细骨料和粗骨料1:1.5:3,这将完全模仿M-20标号混凝土。SLS被添加到混凝土混合料2.5 wt %的水泥和两个测试标本制作。在这项工作中,我们指定具体的标本没有SLS与SLS样品1和样品2。钢拉杆的近似成分被EDAX估计方法:0.1%P, 0.62%锰、0.021%是的,0.04%年代,铁。钢钢筋被削减(22厘米)和沉浸在2 m盐酸对锈蚀10分钟,用蒸馏水洗净,用丙酮脱脂,烘干,称重,作为混凝土中的钢筋。经过一段时间的24小时,测试标本从模具中取出和治愈30天适当的水泥的水化和设置。

2.3。治疗的测试标本

养护期后,试样的五面涂上环氧树脂和一个开放水库(100 x40x20mm)是建立在剩下的与聚丙烯和硅胶粘剂。25毫升3.5%氯化钠添加到水库的标本和保存2天。这将确保完整的生理盐水的扩散标本。这个过程重复三次在30 - 60天。

2.4。电化学研究

(我)Potentiodynamic极化研究。图1显示了试样的示意图和电化学研究的实验装置。三电极电池装配组成的钢筋在混凝土作为工作电极,混凝土标本覆盖着一个不锈钢网作为对电极,饱和甘汞电极和(SCE)作为参比电极用于电化学研究[32]。良好的电接触,用湿海绵之间的混凝土表面SCE和混凝土表面。

与生理盐水测试标本的养护和治疗后,极化研究进行期间三次480天160天的间隔。钢筋混凝土是一个潜在的扫描范围的+ 250 - -250 mV扫描1 mV / s的速度。塔菲尔曲线分析了斜坡,外推得到的腐蚀电流密度。SLS的腐蚀抑制效率决定使用以下方程: 在哪里和钢筋腐蚀电流密度的试样在SLS的缺失和存在,分别。实验重复重复的混凝土砌块和平均值。

(2)光谱电化学阻抗(EIS)研究。EIS实验进行了恒定潜力1千赫至100 mHz的频率范围10 mv的激励信号振幅。使用等效电路的奈奎斯特曲线分析了电荷转移电阻( )。使用值腐蚀的抑制功效SLS决心使用以下方程: 在哪里和工作电极的电荷转移电阻和没有SLS,分别。极化和EIS分析使用Ivium CompactStat电化学工作站(IviumSoft)。

(3)半电池电位测量。对于理解混凝土中钢筋的腐蚀反应,半电池电位测量进行了使用饱和甘汞电极(SCE)和高阻抗伏特计(惠普E2378A)。在这种电化电池,钢筋和南加州爱迪生公司作为阳极和阴极,分别。钢筋的潜力被扣除细胞获得潜在的饱和甘汞电极的标准电极电位。16读数被定期间隔1阅读每月在480天。

2.5。重量法

在浇注混凝土块之前,每个钢筋榨菜2 m盐酸10分钟,用水洗,用丙酮脱脂,干燥,称重。表面区域的增援部队都是相同的(10.5厘米²)。480天之后,混凝土块破碎和钢铁增援部队外,使用2 m盐酸腌15分钟去除粘生锈,用水洗,干燥,称重。减肥的钢标本,近似计算了腐蚀的抑制效率SLS以下方程: 其中w₀和w的减肥是钢样品1和样品2的钢筋。

2.6。光谱的研究

傅里叶变换红外(ir)光谱研究钢筋的腐蚀产物进行了使用KBr颗粒的方法。光谱被记录在400 - 4000厘米⁻¹采用日本岛津公司红外傅立叶变换红外分光光度计Affinity-1模型。

2.7。微观表面分析

经过480天的电化学调查后,混凝土的外钢采集标本和分析使用一个高分辨率光学显微镜(徕卡立体显微镜,没有。S8ACO)。本研究的主要目的在于了解钢试样的表面发生的修改期间的调查。

3所示。结果和讨论

3.1。Potentiodynamic极化研究

SLS的抑制功效,对钢筋的腐蚀抑制污染混凝土监测使用potentiodynamic极化研究。极化曲线分析了塔费尔山坡,电流密度和比例的抑制效率,给出了表1。从数据,这是可以理解的钢筋混凝土含SLS是不如示例1中钢筋腐蚀。在480天,三套要160天的间隔进行测量。注意到,SLS表现出腐蚀抑制效率89%一天的学习。在和天的调查,分别抑制效率更改为71%和80%。从这些结果,可以保证SLS可以作为一个有效的外加剂,抵制污染的混凝土结构中的钢筋腐蚀了很长一段时间。SLS主要表现在阴极的腐蚀到2/3 rd的调查,由于阴极的塔费尔直线改变明显(图2)。但SLS的腐蚀抑制反应变成混合型(影响阳极和阴极网站)末的研究。

SLS的分级的抑制效率的帮助下可以解释下面的假设。整个调查期可分为三个阶段:第一阶段(0 - 160天),第二阶段(161 - 320天),第三阶段(321 - 480天)。在第一阶段,SLS分子相邻钢筋使协调债券与亚铁离子,防止氯离子和水分子扩散对钢铁表面。因此,在此期间,SLS保护钢筋的腐蚀。第二阶段末(320天),这是观察到的腐蚀率略有增加。由于氯离子的扩散速率大于SLS,更高比例的氯离子可以预计钢铁表面附近的第一阶段。水合氧化铁的多孔性质有助于进入水分子,氯,氧气更向钢表面。因此SLS显示更少的防腐效果。第三阶段(480天),腐蚀率又似乎减少了(但不是那么多的第一阶段)。在这个阶段的末尾,可以相信,越来越多的SLS分子迁移对散装的钢铁表面,使更多的协调债券与亚铁离子和保护钢铁表面。 This led to higher corrosion protection efficiency of SLS than in second stage.

3.2。EIS测量

混凝土中钢筋的腐蚀反应的存在和缺乏SLS监控使用电化学阻抗谱和相应的奈奎斯特图在图表示3。钢筋的腐蚀行为存在显著不同,缺乏抑制剂。等效电路适合EIS测量(图4)由溶液电阻( )连接在系列双层电容(C₁),这种组合是与华宝的系列组合并联电阻(W)和电荷转移电阻( )(33,34]。EIS试样参数表2。阻抗数据显示,添加SLS导致双层电容的减少和增加的电荷转移电阻。这是由于在钢筋SLS分子的吸附。SLS表现出腐蚀抑制效率87.2%天的调查。分别抑制效率改为78和86%的和天的学习。

3.3。半电池电位测量

混凝土中钢筋腐蚀的概率是可视化的帮助下半电池电位测量。成立由前人员,腐蚀的倾向增加钢筋的潜力改变阳极侧。半电池电位(Vs SCE)在混凝土块钢增援480天测量的时间间隔30天,在表3。半电池电位值相比线图的帮助和在图表示5。数据表明,钢筋混凝土砌块(示例1)表现出高的阳极电位值,这是一个清楚地反映污染腐蚀率高的混凝土。半电池电位钢试样在示例2 -(阴极)低于样本1调查期间。这些结果表明,SLS是充当好的缓蚀剂对钢筋通过调查。

3.4。重量分析

钢筋的重量分析样品1和样品2做了检查体重的百分比和近似腐蚀抑制SLS的功效。后的调查,从混凝土砌块外钢采集标本,榨菜HCl,干燥,称重。钢增援样品1和样品2显示重量损失的24%和3.6%,分别。因此SLS的干预在钢筋混凝土含有氯化钠。近似值的腐蚀抑制SLS由重量决定研究的效率为86%。

3.5。傅立叶变换红外光谱分析

红外光谱的研究腐蚀产品给一个想法的本质SLS对钢筋进行交互。表面沉积物被拆除,进行光谱分析。各种化合物,如铁和铁氢氧化物,水合氧化铁,氯化亚铁可能沉积在钢筋上。一个广泛的信号观察到3375厘米⁻¹腐蚀产物的光谱样本1是由于-哦拉伸氢氧化亚铁的频率或水合氧化铁(或两者)35]。腐蚀产物的红外光谱的样品2,这是注意到峰值频移至3349厘米-哦⁻¹。这可能是由于SLS的交互与亚铁或氢氧化铁。十二烷基硫酸钠的红外光谱包含在2922年达到顶峰,2821厘米⁻¹可以分配给各种碳氢键的拉伸频率。可见这个峰值为2895厘米⁻¹在产品表面的光谱样本2钢试样。SLS,红外光谱的两个红外区域对应于对称和非对称拉伸硫酸组的频率出现在826 - 1240厘米⁻¹和1240 - 1466厘米⁻¹,分别。这些山峰被转移到789 - 1104厘米⁻¹和1104 - 1420厘米⁻¹腐蚀产物的光谱样本2。这是明确表示SLS的交互通过硫酸。弱峰对应于碳骨架的碳碳拉伸频率显示为964厘米⁻¹红外光谱的SLS转移到955厘米⁻¹。两个强烈的峰值在2821厘米⁻¹和2922厘米⁻¹对应于对称和非对称拉伸频率的CH₂组SLS也转移到2802厘米⁻¹和2895厘米⁻¹傅立叶变换红外光谱的钢铁表面沉积SAMLE 2。图6代表了SLS的光谱和红外光谱的氧化膜沉积在样品1和样品2的钢筋。

3.6。微观表面分析

裸露的钢筋和钢的显微图增援后样品1和样品2的调查给出了图7。示例1中钢筋表面含有大量的水合氧化铁。很明显,增强钢筋的腐蚀发生由于连续接触被污染的混凝土孔隙溶液。注意到钢筋表面在示例2包含很少或根本没有氧化。因此SLS的能力,防止受污染的混凝土中钢筋腐蚀再次证明了这一分析。

3.7。抑制机制

十二烷基硫酸钠是一种表面活性剂分子和可以执行在钢表面减少腐蚀的阳极和阴极过程的速度36,37]。可以认为SLS分子存在于混凝土孔隙溶液慢慢向钢表面迁移,使协调债券通过极地与亚铁离子在表面上。自SLS有着悠久的疏水链指向远离钢铁表面,它可以击退水分子和氯离子扩散到表面。这个过程实际上是有利于控制腐蚀的电化学过程。换句话说,SLS有效地抵制亚铁离子转化为水合氧化铁(生锈)。的整体机制抑制和SLS表示在图的结构8。

4所示。结论

调查显示,十二烷基硫酸钠是一个有效的缓蚀剂在污染钢筋混凝土了很长一段时间。电化学的研究证明了SLS的腐蚀抑制作用疗效没有明显改变。SLS通常影响腐蚀的阴极和阳极过程。根据重力研究,SLS显示86%的腐蚀抑制效率在污染钢筋混凝土。这些结果与电化学的调查结果有很好的一致性。红外光谱和表面微观分析证明了SLS对钢筋之间的交互。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

引用

1. w·李,c, s, b . Wang和g的歌,“由于钢筋腐蚀监测混凝土恶化通过集成声发射和光纤光栅应变测量,”传感器,17卷,不。3,p。657年,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. 艾哈迈德,“钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀,其寿命监测和预言审查,”水泥和混凝土复合材料,25卷,不。4 - 5,459 - 471年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. p c . Aitcin“高性能混凝土的耐久性特点:审查,”水泥和混凝土复合材料,25卷,不。4 - 5,409 - 420年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. s . Altoubat m . Maalej和f·a·谢赫“实验室模拟钢筋混凝土的腐蚀损害,”国际期刊的混凝土结构和材料,10卷,不。3、383 - 391年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. m·f·Montemor m·p·达·m·g·费雷拉,摄影记者和a . m .,“在粉煤灰砂浆钢筋的腐蚀行为暴露在二氧化碳和氯化物,”水泥和混凝土复合材料,24卷,不。1,45-53,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. b . Reddy, g·k玻璃,p . j . Lim和n . r . Buenfeld”腐蚀风险提出了氯离子在混凝土,“水泥和混凝土复合材料,24卷,不。1、1 - 5,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. s . Nesic j .见,s·奥尔森,“低碳钢的电化学腐蚀预测模型在水二氧化碳解决方案,“腐蚀,52卷,不。4、280 - 294年,1996页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. g . i Ogundele和w·e·白”,一些观察腐蚀碳钢在水环境中含有二氧化碳,”腐蚀,42卷,不。2、71 - 78年,1986页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. s . m . Abd El Haleem Abd El减弱,e·e·Abd El Aal和a·迪亚布”,环境因素对钢筋腐蚀行为的影响。启动和抑制作用的阴离子的点状腐蚀钢的Ca (OH) 2的解决方案,“腐蚀科学,52卷,不。2、292 - 302年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. s . m . Abd El Haleem Abd El减弱,e·e·Abd El Aal和a·迪亚布”,环境因素对钢筋腐蚀行为的影响。四、点状腐蚀电流的变化与咄咄逼人的浓度和抑制的阴离子,”腐蚀科学,52卷,不。5,1675 - 1683年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. m . s . Darmawan“点状腐蚀模型对钢筋混凝土结构在氯离子环境中,“杂志的具体研究,卷62,不。2、91 - 101年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. m . s .安瓦尔,b . Fadillah a . Nikitasari s Oediyani大肠Mabruri,“钢筋钢抗点蚀性的研究在雅加达沿海使用模拟混凝土孔隙溶液中,“Procedia工程卷,171年,第525 - 517页,2017年。视图:谷歌学术搜索
13. j·g·卡布瑞拉,”恶化由于钢筋混凝土钢腐蚀。”水泥和混凝土复合材料,18卷,不。1,47-59,1996页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. x g·冯·g·h·盾,j . y .风扇”有效性的无机缓蚀剂孔隙溶液中含有氯化钠、”应用力学和材料卷,556 - 562,158 - 161年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. a·马利克,Andijani, f . Al-Moaili和g . Ozair”研究迁徙的缓蚀剂的性能在保护钢筋混凝土在海湾海水环境中,“水泥和混凝土复合材料,26卷,不。3、235 - 242年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. a . m . Vaysburd和p h·埃蒙斯腐蚀抑制剂和其他防护系统具体的修复:概念或misconcepts,”水泥和混凝土复合材料,26卷,不。3、255 - 263年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. h . Oranowska和z . Szklarska-Smialowska表面的电化学和ellipsometric调查电影生长在铁饱和氢氧化钙溶液有或没有氯离子,”腐蚀科学,21卷,不。11日,第747 - 735页,1981年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. c .曹“接口抑制剂研究电化学技术”腐蚀科学,38卷,不。12日,第2082 - 2073页,1996年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. 美国钱和d . Cusson电化学评价混凝土桥梁、防蚀性能的系统”水泥和混凝土复合材料,26卷,不。3、217 - 233年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. 美国焦虑中,b . Elsener c·k·拉森,Ø。Vennesland”,关键的氯化物含量在钢筋concrete-a评论,”水泥和混凝土的研究,39卷,不。12日,第1138 - 1122页,2009年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. s . a . Al-Saleh混凝土中总氯含量的分析,“在建筑材料的案例研究,3卷,第82 - 78页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. 之声,j·d·廖k . Kaiser m . Grunze马德尔,和N .空白”互动的N, N′-dimethylaminoethanol钢铁表面碱性和含氯的解决方案,“应用表面科学,卷119,不。3 - 4、185 - 190年,1997页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
23. a . Krolikowski和j . Kuziak阻抗研究钙亚硝酸盐作为钢筋在混凝土的渗透腐蚀抑制剂,”Electrochimica学报卷,56号23日,第7853 - 7845页,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
24. f . Wombacher, maed, b . Marazzani“基于氨基醇混合缓蚀剂,”水泥和混凝土复合材料,26卷,不。3、209 - 216年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. c . k . Nmai“多功能有机缓蚀剂,”水泥和混凝土复合材料,26卷,不。3、199 - 207年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
26. j . m . Gaidis“化学腐蚀抑制剂,”水泥和混凝土复合材料,26卷,不。3、181 - 189年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. 和d·h·p·蒙特斯,t . w . Bremner李斯特,“亚硝酸盐钙抑制剂和裂缝宽度的影响在高性能混凝土的钢材腐蚀进行模拟海洋环境,”水泥和混凝土复合材料,26卷,不。3、243 - 253年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
28. 硕士项目中m·伊斯梅尔·m·m·Tahir g . f . Huseien p·b·拉贾和y . p .阿斯马拉,“增强钢筋混凝土耐腐蚀:角色新兴环保Elaeis guineensis /银纳米粒子抑制剂,”建筑和建筑材料卷,188年,第568 - 555页,2018年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
29. g·m·g·l·Annaamalai Maheswaran:拉梅什,c·卡马尔·g·马纳尔,和p . Vennila”调查的腐蚀抑制Welan口香糖和印楝口香糖在混凝土、钢筋嵌入式”电化学科学的国际期刊13卷,第9998 - 9981页,2018年。视图:谷歌学术搜索
30. a . Kumar“腐蚀抑制盐酸的低碳钢月桂醇硫酸酯钠盐(SLS)”电子期刊的化学卷,5篇文章ID 574343、6页,2008。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. m . l . Cedeno l·e·维拉,t . y .皮”钢的缓蚀作用的研究1020年AISI-SAE CO 2盐水使用表面活性剂渐变80,”物理学杂志》:会议系列文章ID 12038卷,786年,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
32. h . j . Flitt和d . p . Schweinsberg评价两极分化的腐蚀速率曲线没有表现出塔费尔地区的话,“腐蚀科学卷,47号12日,第3052 - 3034页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
33. j .陈和张x”的交流阻抗谱分析钢筋混凝土在氯离子的腐蚀行为的解决方案,“电化学科学的国际期刊,12卷,不。6,5036 - 5043年,2017页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
34. d·v·里贝罗c·a·c·苏扎和j . c . c . Abrantes”利用电化学阻抗谱(EIS)监测钢筋混凝土的腐蚀,“航空杂志上IBRACON de Estruturas e材料,8卷,不。4、529 - 546年,2015页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
35. k . v . s .拉s Kaliappan n . Ramanathan和诉Kavitha”表征生锈的阶段上形成低碳钢暴露在钦奈港——印度南部的自然海洋环境,”材料和腐蚀,卷。58岁的没有。11日,第880 - 873页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
36. t .赵和g .μ”吸附阴离子表面活性剂在铝表面的腐蚀抑制盐酸,”腐蚀科学第41卷。。10日,1937 - 1944年,1999页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
37. 朱y、m . l .免费r . Woollam和w·Durnie”作为缓蚀剂对表面活性剂和相关建模、”材料科学进展卷,90年,第223 - 159页,2017年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2018 Binsi保尔森等。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。