混凝土中钢筋钝化与去钝化机理的研究

钢筋腐蚀是当今世界混凝土结构提前失效而造成巨大经济损失的首要原因，是迫切需要研究的课题。混凝土中钢筋的耐蚀性取决于其表面钝化膜的稳定性。钢筋表面的去钝化是其发生腐蚀的先决条件。本项目拟应用多种电化学技术和现代表面分析方法，特别是发展原位ECSTM和扫描微电极技术，开发适用于测试混凝土中钢筋腐蚀状态的新技术，研究钢筋在混凝土和模拟混凝土孔隙液中表面钝化膜组成、结构、微观形貌、电化学性质等；揭示钢筋钝化、去钝化和再钝化机理及其发生腐蚀的临界条件；探明混凝土中钢筋腐蚀发生和发展过程的主要控制因素和动力学规律以及影响钢筋耐蚀性的关键参数。项目的开展对探明钢筋腐蚀机理有重要意义，其成果对混凝土中钢筋的保护和腐蚀监测有重要应用价值。

混凝土中钢筋钝化膜的稳定性决定了钢筋的耐蚀性。钢筋钝化与去钝化的研究是了解钢筋腐蚀机理的前提。本项目按照制定的研究计划，发展和应用多种电化学测试技术和现代表面分析方法，研究了钢筋的钝化与去钝化机理。在执行年限内完成了计划，达到了预期目标。取得的重要进展和主要成果有：（1）发展原位拉曼光谱与电化学测试相结合技术，通过检测铁化合物拉曼信号变化，探测了钢筋钝化膜组成及其变化，揭示钢筋的去钝化机理和Cl-的影响作用。（2） 以X射线光电子能谱分析与电化学技术相结合，检测钢筋钝化膜的组成，表明钢筋钝化膜主要由Fe3+氧化合物组成。当钝化膜被破坏，生成以Fe2+化合物为主的腐蚀产物。因此，可根据钢筋表面膜中二价铁和三价铁含量的变化判断钢筋的钝化与去钝化的变化趋势。模拟液中Cl-浓度为0.6 mol/L或pH值降至11.31时，钢筋表面处于活化状态。（3） 以扫描微参比电极技术（SMET）等电化学测试法，结合电化学扫描隧道显微镜（ECSTM）和扫描电镜等多种表面分析技术，研究和获得了不同条件下引起钢筋腐蚀的介质中临界pH值和Cl-浓度。（4) 发展扫描微电极与扫描隧道显微镜（SMET-STM）联用技术，探测了钢筋的局部腐蚀行为，实现对钢筋电极表面腐蚀活性点的定位、跟踪及监测，测定了引起钢筋去钝化的Cl-临界浓度和评价了缓蚀剂的阻锈作用。（5) 成功研制了埋置式多功能复合传感器和开发了适用于测试混凝土中钢筋腐蚀状态的新技术并获得了实际应用。传感器可以同步测量混凝土孔隙液中的pH值和Cl-浓度，现场无损地检测混凝土中钢筋的腐蚀状态和腐蚀速度，可用于研究混凝土中钢筋的腐蚀行为及其pH值和Cl-浓度的影响机制。以上结果对于钢筋腐蚀机理的认识和腐蚀控制有重要意义。.　　项目组在执行期内共发表SCI或EI收录的论文19篇。申请中国发明专利5项，其中有1项获得授权。培养博士研究生和硕士研究生分别有3人和10人，其中已有2人和７人分别获得博士学位和硕士学位。