电化学工作站,微区扫描电化学工作站,圆二色光谱_大连华洋科仪
咨询热线:+86-411-82364123
EC-Lab在钢筋混凝土腐蚀测试中的应用
  • 发布时间 : 2020-08-24 09:17:35
  • 浏览量:203
  1.简介

  在建筑物的使用寿命期间,金属结构会受到环境的侵蚀,尤其是二氧化碳的侵蚀。事实上,铁在混凝土内部的基本介质中是稳定的(pH=12-14),但是碳酸盐溶解在水中,通过混凝土迁移到金属部分。这种现象意味着金属结构周围的pH值降低。在图1的E-pH图[1]中,用箭头表示pH值的变化。在酸性的pH值下,铁不再是钝化的形式,而是具有腐蚀性的形式。因此,建筑物的强度受到影响。例如,Grenoble的“Tour Perret”(图2),这是1924年欧洲建造的第一座钢筋混凝土建筑,目前正因为这个过程而分崩离析。


图1: Fe的E-pH图[1]




  图2: Grenoble的“Tour Perret”,1924年欧洲建造的第一座钢筋混凝土建筑


  在此背景下,开发了一种电化学工艺,以在基本条件下保持钢筋混凝土中金属杆的周围环境[2-7]。将作为阴极的待处理材料浸入碱性电解膏(K2CO3或Na2CO3)中,并在该膏中插入阳极(图3)。在金属棒处进行的水的还原反应,通过生成OH-(式1)使金属棒周围的介质更简单。


  
  图3: 再碱化方法示意图
  本文研究了混凝土砌块中金属杆的腐蚀过程。进行再钾化(碱性介质中的电分解),并通过循环动电位极化(CPP)检查处理的益处。
  1.实验条件
  在NaCl(3%)或NaOH溶液(0.4 mol.L-1)中使用由EC-Lab软件驱动的VMP3仪器进行研究。测量前,将混凝土块浸入溶液中两天。
  使用三电极装置:
  -混凝土块内的钢棒作为工作电极,表面积:A=10 cm2(图4);
  -Ag/AgCl电极作为参比电极;

  -合金丝作为对电极。

  图4: 钢筋混凝土块示意图
  1.结果
  3.1 极化电阻的计算

  首先,我们必须检查材料是否在Tafel条件下[8-9]。因此,极化电阻(Rp)应远高于欧姆电阻(RΩ)。这两个特性可以通过电化学阻抗谱(EIS)测量来确定(图5)。RΩ=202 Ω与Rp>12800 Ω相比可以忽略不计(图6)。因此,“Tafel fit”的条件得到了满足。

  图5: PEIS实验的参数设置窗口



  图6: 混凝土块的Nyquist曲线

  在稳态条件下(非常慢的扫描速度,即2.5),也可以通过很小的电位范围内(开路电压周围±10 mV,即-547 mV vs. Ag/AgCl)的伏安测量来确定Rp。图7显示了电流电位曲线和“Rp Fit”,并给出Rp=11744 Ω。两种方法测定的Rp值一致。

图7: 电流电位曲线和“Rp Fit”


  3.2 再钾化

  采用计时电位(CP)技术在NaOH(0.4 mol.L-1;pH=13)中在Is=-10 mA下进行66小时(图8)的再钾化处理。电解过程中的电位和电荷如图9所示。电解结束时,电位达到稳定值,-2.4 V vs. Ag/AgCl。

  图8: CP实验的参数设置窗口



  图9: 电解过程中的电位(蓝色)和电荷(红色)曲线
  3.3 金属棒的特性

  为了检验再钾化的效率,在再钾化处理前后进行了CPP实验。这些实验的参数如图10所示。

  图10: CPP实验的参数设置窗口

  再碱化前后CPP的比较(图11)显示了由于钢棒还原而引起的阴极位移。对两条曲线进行“Tafel fit”分析,分别给出再碱化处理前后CPP测量的Ecorr分别为-616和-1077 mV vs.Ag/AgCl。

  图11: 钢筋混凝土的Evans图(红色)和(蓝色)再碱化前(顶部)和“Tafel-Fit”结果(底部)
  计算其他参数(Icorr、βc、βa和腐蚀速率)如图11和表1所示。腐蚀速率由公式2给出:
  (2)
  其中K为常数,EW为当量,d为密度,A为电极表面积。对于钢,EW和d分别为18.616 g/eq.和7.8。

  表1: CPP测试的数据

  这些拟合表明,再碱化前的腐蚀速率比再碱化后高50%。腐蚀速率的降低表明了再碱化过程的效率。
  1.结论
  本文中的工作说明电化学技术能够修复(电解)和表征(CPP,阻抗,及其相应的分析)建筑物的金属结构。这是电化学对土木工程领域贡献的一个例子。
  参考文献
  [1]Atlas d'e?quilibre e?lectrochimiques, M. Pourbaix, ed. Gauthier-Villars (Paris) 1963.
  [2]E. Cailleux, E. Marie-Victoire, L'actualite? chimique, 2007, n°312-313, 22-28.
  [3]http://www.novbeton.com/html/index-5.html
  [4]N. Davison, G. Glass, A. Roberts, Transportation Research Board, 87th Annual Meeting, 2008.
  [5]D. A. Koleva, K. van Breugel, J. H. W. de Wit, E. van Westing, N. Boshkov, A. L. A. Fraaij, J. Electrochem. Soc. 2007, 154(3), E45-E56.
  [6]D. A. Koleva, J. H. W. de Wit, K. van Breugel, Z. F. Lodhi, E. van Westing, J. Electrochem. Soc. 2007, 154(4), P52-P61.
  [7]D. A. Koleva, J. H. W. de Wit, K. van Breugel, Z. F. Lodhi, G. Ye, J. Electrochem. Soc. 2007, 154(5), C261-C271.
  [8]M. Stern, A. L. Geary, J. Electrochem. Soc. 1957, 104(1), 56-63.
  [9]Traite? des Mate?riaux, Vol. 12, Corrosion et chimie de surfaces des me?taux, D. Landolt, ed. Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (Lausanne) 2003.
Copyright大连华洋分析仪器有限公司All right reserved. 辽ICP备05009016号
沈阳网站建设:大熊科技