無縫鋼管分析中心

  鋼筋混凝土因強(qiáng)度高、施工方便、節(jié)能經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于建筑工程中，但是由于各種環(huán)境因素會(huì)導(dǎo)致其過早失效，采取一些鋼筋保護(hù)措施就顯得尤為重要了。

  目前常用的手段有：采用特種鋼筋、涂層防護(hù)、陰極保護(hù)、鋼筋阻銹劑等。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用鋼筋阻銹劑目前得到了普遍認(rèn)可和廣泛的認(rèn)同，該方法應(yīng)用簡(jiǎn)單且被工程實(shí)踐證明經(jīng)濟(jì)有效。

  阻銹劑的阻銹機(jī)理

  鋼筋銹蝕主要是由于氯鹽的侵蝕發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)，阻銹劑可通過提高腐蝕電位降低鐵基體陰陽極得失電子能力或增大電子轉(zhuǎn)移通道歐姆電阻減小腐蝕電流密度達(dá)到抑制或減緩電化學(xué)腐蝕的效果。

  提高腐蝕電位可增強(qiáng)鋼筋的耐腐蝕能力使鋼筋不易被腐蝕，增大歐姆電阻可減小腐蝕電流密度降低腐蝕速率。通過摻入或遷移作用，阻銹劑在混凝土內(nèi)鋼筋界面發(fā)生反應(yīng)形成吸附膜或鈍化膜從而有效抑制電化學(xué)腐蝕反應(yīng)過程。

  因此，鋼筋阻銹劑定義為：在混凝土加入少量的能有效抑制或延緩腐蝕發(fā)生并降低鋼筋的腐蝕速率的化學(xué)物質(zhì)。

  阻銹劑的種類多樣，其分類方法也很多，按形態(tài)可分為水劑型和粉劑型阻銹劑；按主要化學(xué)成分可分為有機(jī)型、無機(jī)型和混合型阻銹劑；按添加方式不同可分為遷移型和摻入型阻銹劑；按作用機(jī)理可分為陰極型、陽極型和復(fù)合型阻銹劑。下面主要介紹這三類阻銹劑的作用機(jī)理和相關(guān)應(yīng)用。

  1、陽極型阻銹劑

  陽極型阻銹劑通過阻止或減緩電化學(xué)陽極失電子過程抑制鋼筋腐蝕，主要是無機(jī)鹽類有鉻酸鹽、鉬酸鹽和亞硝酸鹽等。這類物質(zhì)通常具有氧化性，可在金屬表面反應(yīng)生成致密的鈍化膜增加膜電阻作用減緩陽極的得失電子速率，進(jìn)而抑制電化學(xué)腐蝕總反應(yīng)過程。

  如亞硝酸鈣阻銹劑，失去電子的亞鐵離子在堿性環(huán)境下和亞硝酸根離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生沉淀并在鋼筋表面形成鈍化膜Fe2O3或γ-FeOOH，其抑制陽極過程發(fā)生反應(yīng)如下：

  2Fe2++2OH-+2NO2-→2NO↑+Fe2O3+H2O

  Fe2++OH-+NNO2-→ON↑+γ-FeOOH

  上述反應(yīng)只有在堿性環(huán)境下進(jìn)行，隨著氯離子侵蝕以及反應(yīng)的消耗OH-減少pH值降低，此類阻銹劑失去阻銹作用，研究表明在pH值大于6.0時(shí)的堿性環(huán)境下亞硝酸鹽才表現(xiàn)出很好的阻銹效果。氯離子的侵蝕可導(dǎo)致pH值降低并影響到亞硝酸鹽的阻銹效果，因此[Cl-]/[NO2-]的比值與阻銹效果密切相關(guān)。

  在海洋環(huán)境下或氯鹽較高的條件下，這類阻銹劑應(yīng)保證足夠的用量，否則可能引起加速腐蝕現(xiàn)象。因此，此類阻銹劑又被稱為“危險(xiǎn)性”阻銹劑，而且亞硝酸鹽是致癌物質(zhì)其使用受到一定的限制，在德國(guó)、瑞士已禁止使用亞硝酸鹽阻銹劑。

  2、陰極型阻銹劑

  陰極型阻銹劑通過阻止或減緩電化學(xué)陰極得電子能力抑制鋼筋腐蝕，主要是表面活性劑有磷酸鹽、鋅酸鹽和高級(jí)脂肪酸銨鹽等。

  這類阻銹劑主要通過與混凝土液相中某些離子發(fā)生反應(yīng)生成不溶性鹽在陰極區(qū)表面成膜或吸附有效隔離水、氣和有害離子的侵入保護(hù)鋼筋。如單氟磷酸鈉，Na2PO3F與Ca（OH）2反應(yīng)生成不溶性磷灰石Ca5（PO4）F覆蓋在陰極表面減緩氧的溶解，抑制腐蝕的陰極反應(yīng)。其抑制陰極過程發(fā)生反應(yīng)如下：

  5Ca（OH）2+3Na2PO3F+3H2O→Ca5（PO4）3F+2NaF+4NaOH+6H2O

  陰極型阻銹劑無毒無危害，但如果要達(dá)到明顯的阻銹效果就必須有足夠的不溶性鹽成膜或吸附在陰極區(qū)表面，阻銹劑的用量比較大且價(jià)格比較昂貴。陰極型阻銹劑單獨(dú)使用時(shí)阻銹效果不佳，不利于的市場(chǎng)應(yīng)用和推廣。

  3、復(fù)合型阻銹劑

  復(fù)合型阻銹劑主要是通過阻止或減緩電化學(xué)陰、陽極得失電子能力抑制鋼筋腐蝕，主要由幾種氧化型、可生成難溶鹽型、抑制電子轉(zhuǎn)移型等物質(zhì)經(jīng)過合理搭配復(fù)合而成。

  復(fù)合型阻銹劑的阻銹效果與各組分的構(gòu)成相關(guān)，其有效成分可牢固的吸附在金屬表面形成一層致密的分子層保護(hù)膜，不僅抑制陽極的溶解，還為陰極提供保護(hù)屏障，可有效阻止鋼筋的腐蝕。

  如遷移型阻銹劑（MCI），其有效成分通過擴(kuò)散遷移至鋼筋表面，其含N的親水基團(tuán)與Fe離子形成螯合物分子層保護(hù)膜吸附在鋼筋表面，非極性基團(tuán)形成疏水屏障，將有害離子、水、氧與基體隔離。

圖1為MCI有效組分的化學(xué)吸附成膜過程。