用丝束电极研究模拟碳化混凝土孔隙液中缓蚀剂对碳钢局部腐蚀的抑制行为

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发布时间：2021-09-03

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用丝束电极研究模拟碳化混凝土孑L隙液中缓蚀剂对碳钢局部腐蚀的
『】制行为
董泽华石维郭兴蓬
(华中科技大学化学与化工学院，武汉430074)
摘要：应用丝束电极(WBE)的电位／电流扫描技术，研究了含Cr的模拟碳化混凝土孔隙液中，Q345B碳钢局
部腐蚀在窄间和时间上的发生和发展特征，同时比较了四乙烯五胺(TEPA)和亚硝酸钠缓蚀剂对局部腐蚀抑制
能力的差异．结果表明NO；离子能快速渗透腐蚀产物层，并抑制锈层下的碳钢活性溶解，而乙烯胺由于在锈蚀
层内的扩散速率低，初期反而会促进锈层下的局部腐蚀，随着烯胺分子扩散并吸附于锈蚀层，金属界面处，碳钢
活性溶解才受到抑制．电化学阻抗谱(EIS)可反映局部腐蚀的萌发，但难以表征缓蚀剂在碳钢表面的不均匀吸
附特征．基于丝束电极表面电位／电流分布所提出的局部腐蚀因子(LF)，可定量表征腐蚀的不均匀特征以及缓蚀
剂对局部腐蚀的修复能力．
关键词：丝束电极：碳化混凝土孔隙液：局部腐蚀：局部腐蚀因子：缓蚀剂
中图分类号： 0646； TG174．42
Localized Corrosion Inhibition of Carbon Steelin Carbonated Concrete
Pore Solutions Using W ire Beam Electrodes
DONG Ze—Hua SHI W ei GUO Xing—Peng
fSchool ofChemistry and Chemical Engineering,Huazhong University ofScience and Technology,Wuhan 430074 R．China)
Abstract： The initiation，growth，and temporaI and spatiaI distribution of Iocalized corrosion of Q345B
carbon steeI in carbonated concrete pore solutions (pH 9．6)containing 0．1 mol·L Cr ions were
investigated using a potential and galvanic mapping technique based on a wire beam electrode(WBE)．
Diferent mechanisms for repair and suppression on the stable localized corrosion by
tetraethylenepentamine fTEPA)and nitrite were compared．The results jndicate that nitrite can jnhibit the
active dissolution of steeI beneath the rust layer because of the fast penetration of nitrite into the rust
layer~However．TEPA can promote active dissolution under the rust Iayer initially because of its slow
penetration rate through the rust layer．The localized active dissolution was only refrained after a Iong time
because of TEPA molecules permeating into the interface between the rust layer and the steel matrix．
Electrochemical impedance spectroscopy(EIS)was useful in allowing us to determine how the Iocalized
corrosion was initiated but failed to indicate the heterOgeneOus adsorption of the inhibitors on steeI．A new
Iocalized corrosion factor(LF)based on galvanic mapping is proposed and is shown to be effective for the
characterization of the Iocalization of corrosion and the inhibition effect of inhibitors on Iocalized corrosion．
Key Words： W ire beam electrode； Carbonated concrete pore solution； Localized corrosion
Localized corrosion factor； Corrosion inhibitor
Received：July 1，2010；Revised：October 18，201O；Published on Web：November 24，2010．
Corresponding author．Email：zehua．dong@gmail．com；Tel：+86—027—87543432
The project was supported by the National Namral Science Foundation ofChina(50971064)．
国家自然科学基金(50971064)资助项目
⑥ Editorial office ofActa Physico—Chimica Sinica
l28 Acta PhyS．一Chim．Sin．2011 VO1．27
丝束电极(wBE)测量是指将相互绝缘的金属丝
阵列，有序紧密排列用于模拟整个金属表面的多电
极技术．通过循环扫描单根金属丝相对于参比电极
的开路电位(OCP1以及与其余金属丝之间的偶接电
流来表征金属表面的不平衡腐蚀特征．Tan等人最
先提出WBE多电极测量方法】，WBE除用于测量金
属腐蚀叫外，还可测量离子迁移，铝合金的选择性
溶解阁等．借助零阻电流计(ZRA)可以精确测量
WBE电极表面的短路原电池电流(单电极问的偶接
电流)，无需担心外部极化可能会破坏微区腐蚀环
境，因而特别适合用来研究金属在非扰动状态下自
发腐蚀行为，如混凝土内钢筋的非均匀腐蚀，以及生
物膜下的微生物腐蚀卅．
钢筋阻锈剂(缓蚀剂)用于抵御海盐侵蚀、融雪
剂等引起的钢筋锈蚀．自1970年起，Ca(NO：)：作为
阻锈剂能提升钢筋锈蚀的临界cI浓度和[Cl一1／
[OH_]比[9 而广泛使用，但因NOj的毒性和疑致癌性，
欧洲近年开始禁用，为取代N0i，有机型缓蚀剂的
开发成为研究热点．Ngala等研究了氨基醇分子在
钢筋钝化膜表面取代cr离子形成保护膜的过程，认
为氨基醇可延长点蚀诱导时间．林昌健等u。研究
了月桂酰肌氨酸钠等缓蚀剂对钢筋存含cl一的模拟
碳化混凝土孔隙液的腐蚀，认为该类缓蚀剂是通过
在钢筋表面与cl一的竞争吸附而提高钢筋耐蚀性．迁
移性有机阻锈剂(MCI)主要由烷醇胺类、环亚胺、脂
肪酸酯及其盐类组成，涂覆于混凝土表面就能自发
迁移到混凝土／钢筋界面，起到保护作用，因而特别
适用于已建混凝土工程中钢筋锈蚀的后期修复．
采用WBE研究覆盖层下非均匀金属腐蚀有大
量报道，但大都局限于从电流与电位分布图来定
性描述腐蚀局部化行为[16-t71而对于覆盖层或缓蚀
剂吸附膜下的局部腐蚀行为的定量描述，特别是缓
蚀剂对己锈蚀区修复能力的定量研究较少报道．
本文研究了在模拟碳化混凝土孔隙液中，阻锈
剂在碳钢表而对稳态蚀点生长的阻滞过程，从WBE
电极表面腐蚀在时间和空间上的发生和发展特征来
表征阻锈剂对局部腐蚀的修复能力，并提出描述局
部腐蚀严重程度的局部腐蚀因子(LF)，用于定量描
述WBE腐蚀的不均匀特征，促进WBE技术从单纯
的局部腐蚀电位／电流分布的定性判断向定量化发
展．
1 实验部分
1．1 实验材料
取西：1．5 mm Q345B(16Mn)碳钢丝，组成为(质
量分数，％)：C 0．26，Mn 1．26，P 0．009，Si 0．063，S
0．031，余量为Fe，切割成100根长20 I"DA"n的钢丝段，
分别用200#、400#、800#砂纸依次打磨至表面光亮，
丙酮和乙醇清洗后用绝缘漆浸渍钢丝，以确保绝缘
良好并防止缝隙腐蚀，将钢丝排列成密集lOx 10方
阵，最后用环氧树脂浇铸成圆柱形，见图1(a)．固化
后的lOx10钢丝方阵非工作面分别焊接绝缘铜导线
后引出．WBE工作面积为0．0l8x100 cm ．其工作端
面依次用200#、600#、800#金相砂纸逐级打磨，无水
乙醇和蒸馏水清洗后放入干燥器待用．实验前，
WBE先在饱和Ca(OH) 溶液中预钝化6 h，再装配到
平板型电解池中测量，如图1(b)所示．
1．2 模拟孔隙液配制
采用去离子水配制饱和Ca(OH) ，加入NaHCO
调节溶液pH值至9．6，配制成模拟碳化混凝土孔隙
液，必要时再向其中加入NaC1，配制成含0．1 mol·
L Cl一的模拟孔隙液．所选缓蚀剂