鋼筋局部腐蝕行為及STM輔助掃描微電極技術研究.pdf

1、鋼筋在混凝土中的腐蝕破壞是導致鋼筋混凝土結構過早失效的最主要原因，不僅造成巨大經(jīng)濟損失，還給人民生命安全帶來重大隱患。鋼筋混凝土腐蝕破壞過程是一個典型的復雜體系，亟需發(fā)展各種先進、適用的腐蝕電化學研究方法。鋼筋在侵蝕性環(huán)境中腐蝕的發(fā)生具有不均勻性及動態(tài)性等特點，實現(xiàn)金屬腐蝕活性位定點高空間分辨度的檢測，實時跟蹤腐蝕活性點的發(fā)生、發(fā)展過程，對于探明鋼筋腐蝕發(fā)生、發(fā)展過程機理具有重要科學意義，但也面臨極大難度和挑戰(zhàn)。隨著腐蝕電化學研究的不斷

2、發(fā)展，原有傳統(tǒng)的技術手段已不能滿足于對復雜腐蝕體系的深入研究，研發(fā)新的腐蝕研究技術，特別是局部腐蝕研究中腐蝕活性位定點測試的新方法新技術是腐蝕研究的一個關鍵?；谡n題組多年從事研究金屬腐蝕電化學及科學儀器的基礎，本文側重發(fā)展各種先進、適用的腐蝕電化學方法，重點研究鋼筋局部腐蝕的發(fā)生、發(fā)展過程，進一步深化對鋼筋腐蝕機理的認識。本論文的主要研究工作和進展如下:
　　1.通過連續(xù)線性極化電阻(LPR)和電化學交流阻抗法(EIS)，同步研

3、究鋼筋在不同碳化模擬混凝土孔隙液(SCCPS)條件下的電化學行為。并通過擬合處理，分析了電化學參數(shù)隨氯離子濃度和浸泡時間的變化規(guī)律。結果表明，在受氯離子污染的SCCPS中，雙時間常數(shù)等效電路可用于擬合多種環(huán)境因素作用下腐蝕過程的電化學阻抗譜圖。當氯離子濃度較低時，鈍化膜隨著浸泡時間的增加而增長變厚，鈍化膜的保護性能增加;當氯離子濃度增加時，鈍化膜開始劣化變薄，局部位置出現(xiàn)微小的腐蝕孔;隨著氯離子濃度的進一步增加，由于氯離子的侵蝕性增強，

4、鈍化膜完全破裂，電極表面開始出現(xiàn)明顯的腐蝕坑。電化學阻抗譜法可成為研究氯離子誘導鋼筋點蝕的有效手段。
　　2.建立了可用于實驗室測試混凝土薄層電阻變化的原位電化學測試系統(tǒng)，探討了氯離子傳輸和混凝土厚度對混凝土薄層電化學阻抗的影響。同時考察了混凝土薄層對SCCPS中鋼筋腐蝕行為EIS監(jiān)測的影響。結果表明，在氯離子環(huán)境中，混凝土薄層的電阻隨著浸泡時間的增加而減小，當達到一定時間后，基本保持不變。當利用EIS測試鋼筋腐蝕行為時，混凝土薄

5、層有掩蓋高頻段時間常數(shù)的作用。但這種掩蓋作用并不是絕對的，當混凝土薄層的電阻或鋼筋的腐蝕行為發(fā)生變化時，原本被掩蓋的時間常數(shù)可重新在EIS譜圖顯現(xiàn)。
　　3.進一步完善STM輔助掃描微電極技術即SMET/STM聯(lián)用系統(tǒng)，使得整個測試系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，優(yōu)化測量過程，以滿足特定的測試需求。并初步探索SMET/STM聯(lián)用系統(tǒng)在鋼筋局部腐蝕研究中的應用，原位研究局部腐蝕發(fā)生發(fā)展過程中腐蝕活性點位置和非腐蝕活性位置的STM形貌變化，實現(xiàn)了表

6、面局部位置形貌與腐蝕電化學活性變化的實時跟蹤和相關聯(lián)研究。結果表明，碳鋼在SCCPS中，電極表面發(fā)生點蝕和選擇性溶解，并通過原位光學技術進一步證實了這兩類局部腐蝕在空間位置上的相互關系，即在局部腐蝕發(fā)展過程，選擇性溶解傾向于在點蝕點周圍發(fā)生，并隨著腐蝕的發(fā)展而迸一步向外圍擴展。
　　4.基于SMET/STM聯(lián)用系統(tǒng)，充分發(fā)揮了掃描微參比電極（SRET）模塊在局部腐蝕活性點原位監(jiān)測的優(yōu)勢，發(fā)展了腐蝕活性點局部電化學信息“定位”測試的

7、新方法。建立了腐蝕發(fā)展過程中對金屬表面不同活性點位置Z方向上電位、物質濃度分布曲線的測試方法。結果表明，對于18-8不銹鋼在FeCl3溶液中，隨著探針靠近電極表面，在腐蝕活性位點位置Z方向的電位分布（Eprobe）表現(xiàn)為V型曲線，而在非活性點位置Eprobe表現(xiàn)為單調下降。并對這種差異形成的原因進行了討論，證實了當離電極表面較遠時，探針電位主要受溶液中的氧化還原物質分布控制，當離電極表面較近時，電位主要受電極表面的電場分布控制。

8、　　5.運用SMET/STM聯(lián)用系統(tǒng)，并與傳統(tǒng)腐蝕電化學方法相結合，探討了傳統(tǒng)腐蝕電化學技術與掃描微電極技術的互補性及研究信息間的相互關系。SRET&線性極化電阻(LPR)聯(lián)合測試結果表明，當電極表面只存在一個腐蝕局部腐蝕活性點時，SRET結果與極化曲線結果一致;當電極表面存在多個腐蝕活性點時，極化曲線是多個局部腐蝕點疊加、平均的綜合信息。通過SRET&電化學噪音(ECN)聯(lián)合研究，從實驗直接證明了鋼筋在SCCPS中，不同時間尺度的小波