电迁移性阻锈剂的优化设计及其在钢筋混凝土中的作用过程与机理研究

对于已遭受氯离子侵蚀并诱发钢筋锈胀的混凝土结构，除传统的凿除-修补外，电化学处理和迁移性阻锈剂是经济合理的非破损修复方法。课题组前期工作表明，电场作用会造成钢筋表面富集多余电子，钢筋处于高活性状态，极易产生二次加速腐蚀。而常用的普通型迁移性阻锈剂在混凝土内的渗透受混凝土致密程度等的影响较大，且当氯离子已与钢筋表面结合时，阻锈效果不佳。本课题拟通过电场作用将除盐和阻锈剂的迁移有机结合起来，开发一种能广泛、有效修复钢筋锈蚀的技术与方法。针对电场作用下阳离子向阴极移动、钢筋表面富余电子等特征，通过阻锈剂中功能性基团的设计与优化，研发具有良好电迁移性能、能容纳多余电子的阻锈剂，实现在电化学除盐的同时将阻锈剂有效地定向迁移到钢筋表面，防治钢筋锈蚀。通过对阻锈剂的迁移动力学、阻锈作用和机理，及其对混凝土组成、结构和长期防蚀性能等的研究，实现电化学除盐和迁移性阻锈剂的优势互补，具有重要的理论和应用价值。

针对处于氯盐等诱发钢筋锈蚀环境中的混凝土结构，在采用电化学除盐修复后，易发生二次锈蚀的问题。本项目开发一种将电化学除盐和钢筋阻锈剂相结合，在除盐的同时将阻锈剂迁移至钢筋表面，对混凝土中钢筋进行双重保护的阻锈技术。通过对阻锈剂的分子结构设计，开发一种具有良好电迁移性、能容纳多余电子的咪唑啉系季胺盐，试验表明该产物具有良好的阻锈性能；采用SEM、EIS等测试技术揭示其阻锈机理为在钢筋表面吸附形成一层单分子吸附膜，覆盖钢筋表面并主要抑制钢筋腐蚀电化学反应的阴极反应；电迁移型阻锈剂在混凝土中的迁移动力学研究表明，咪唑啉阻锈剂在混凝土中的运移符合Nernst-Planck定律，电场作用下咪唑啉季铵盐阻锈剂15 d向混凝土内部的迁移深度达50 mm；而采用本阻锈技术处理，钢筋表层混凝土孔隙率降低，结构更为致密，水化产物中Ca(OH)2生成量较多，且呈致密的层叠状。