碱激发矿渣体系中钼酸盐对钢筋的阻锈行为研究文献综述

 2023-08-03 10:08

文献综述(或调研报告):

  1. 研究背景

随着我国过去几十年的高速经济发展,大量的建筑被建造出来,而其中用量最大的就是钢筋混凝土。钢筋混凝土由于其低廉的造价和优异的力学性能而被广泛应用于土木工程建设中。然而在实际应用中却经常出现钢筋混凝土结构无法达到服役寿命就失效的情况。一般认为钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构在达到预期寿命之前就失效的主要原因[1]。防止钢筋锈蚀的方法有很多,如对钢筋进行环氧涂层包覆、增加混凝土密实度、采用耐蚀钢钢筋、阴极保护以及在混凝土中添加阻锈剂等等[1]。其中阻锈剂的使用是一种阻止钢筋锈蚀的理想性的方法[2],在混凝土中添加阻锈剂操作简单且性价比较高,是一种已经大规模应用的解决方法。传统应用的铬酸盐、聚磷酸盐、亚硝酸盐等阻锈剂虽然能有效地延缓钢筋锈蚀,但对于环境或人类的身体健康都具有破坏性的影响,因此在多个发达国家遭到禁用或限制使用。因而高效、环保的新型缓蚀剂成为研究重点[3]。钼酸盐因其低毒性、使用范围宽及良好的缓蚀性能而被广泛应用于工业水处理[4-6]。同样的,钼酸盐也可以用于钢筋混凝土中的钢筋阻锈。传统的胶凝材料如水泥,属于高能耗、重污染的建筑材料,碱激发矿渣作为一种拥有诸多优良性能[7]的环保节能的新型胶凝材料正在逐渐受到重视。此外,碱激发矿渣拥有较低的水化热以及良好的抗硫酸盐腐蚀的性能[8]。并且其与钼酸盐一样均能有效抑制钢筋的腐蚀,然而目前对两者共同作用下钢筋腐蚀行为的研究较少。

  1. 钢筋锈蚀

2.1钢筋锈蚀现状

钢筋混凝土作为用量最大的建筑材料,其服役寿命一般代表了建筑的结构寿命,然而由于无法避免的钢筋腐蚀情况,大量的钢筋混凝土结构都早早的由于失效而被拆除。钢筋锈蚀而导致的经济损失极其巨大,由于腐蚀而导致的经济损失占据了美国的GDP的4 %以上,金额高达3000亿美元,钢筋锈蚀造成的基础设施破坏更是高达1500亿美元[9]。我国每年也花费数千亿元用于维护由于钢筋锈蚀而导致的钢筋混凝土结构破坏,钢筋锈蚀导致的钢筋混凝土结构失效已经成为了全世界的研究重点[10]

2.2钢筋锈蚀机理

新拌混凝土的pH值一般在12~13之间,所以混凝土的孔溶液一般呈碱性。由于钢筋会在强碱性的环境下生成一层厚度为2times;10-9 ~ 6times;10-9 m的钝化膜来阻止钢筋的锈蚀。然而当混凝土中的pH值低于11.8时,钢筋上原本形成的钝化膜将受到破坏,进而使钢筋发生腐蚀[11]。钢筋的腐蚀可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种,而混凝土中钢筋的腐蚀主要是电化学腐蚀,钢筋腐蚀的电化学过程如下。

在水和氧气的存在下,腐蚀过程为:

阳极: Fe Fe2 2e- (1)

阴极: O2 2H2O 4e- 4OH- (2)

随离子迁移,进一步发生反应:

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