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文献速读 Cement Concrete Res. : 磷酸镁水泥中钢筋的电化学行为  题目 题目：Electrochemical behavior of steel bars in magnesium phosphate cement 磷酸镁水泥中钢筋的电化学行为 关键词 磷酸镁水泥（MPC）；钢筋；电化学阻抗谱；钝化；自修复腐蚀 来源 出版年份：2023年 来源：Cement and Concrete Research 课题组：重庆大学材料科学与工程学院钱觉时课题组和秦继辉课题组 研究背景 钢筋混凝土（RC）是全球应用最广泛的建筑结构材料，具有突出的力学性能和优异的耐久性。然而，暴露于恶劣环境的RC将导致结构劣化。当现有RC结构遭到破坏时，修复和加固是保证其后续使用的最有效和最经济的方法。目前，国内外学者已开发出环氧树脂、聚合物改性水泥基材料、高铝水泥、磷酸镁水泥（MPC）等具有不同特殊性能的修复和增强材料，以满足实际工程要求。其中，MPC作为一种新型胶凝材料，具有快凝、超高早期和长期强度、良好体积稳定性和高粘接能力等优异性能，在近年来得到愈发广泛的应用。钢筋腐蚀是导致RC结构劣化的主要原因，因而需要进一步研究修复强化材料的防腐性能。 研究出发点 MPC具有较强的防腐性能。然而，MPC中嵌入钢筋的电化学行为演变过程仍不清晰，尤其是在钝化和长期腐蚀阶段，极大限制了MPC在实际工程中的性能优化。此外，MPC相对滞后的防腐性能与快速形成的物理力学性能之间存在矛盾。因此，需明确在养护期不足的情况下，MPC能否为钢筋提供足够保护。 研究内容 本文采用电化学试验和表面分析相结合的方法系统研究了MPC中嵌入钢筋的钝化和腐蚀行为：采用电化学阻抗谱（EIS）测定钢筋在MPC模拟孔隙液和砂浆中的钝化行为，并用X射线光电子能谱（XPS）验证钝化膜组成；采用线性极化电阻（LPR）定量表征钢筋在MPC砂浆、普通硅酸盐水泥（OPC）砂浆和硫铝酸盐水泥（SAC）砂浆中的钝化过程；利用EIS监测钢筋在加速腐蚀条件下的腐蚀行为演变，并使用光学显微镜和配有能量色散X射线能谱的环境扫描电镜（ESEM-EDS）对腐蚀产物形貌和组成进行表征。此外，还研究了MPC对锈蚀钢筋的保护作用。在实验基础上，讨论了MPC中钢筋可能的钝化和腐蚀过程，并提出了MPC的应用优势。  图1 （a）钢电极和（b）嵌有钢筋的圆柱形试样示意（单位：mm）  图2 电化学测量测试装置示意  图3 钢筋在MPC模拟孔隙液中EIS结果：（a）Nyquist图和（b）Bode图  图4 在MPC模拟孔隙液中浸泡7 d后钢筋表面钝化膜形貌和化学元素组成  图5 OPC、SAC和MPC砂浆中钢筋的LPR测试：（a）腐蚀电位和（b）自腐蚀电流密度  图6 MPC砂浆中钢筋表面形貌和化学元素组成  图7 加速腐蚀试验中钢筋在OPC、SAC和MPC砂浆中的开路电位（Eocp）值的演变  图8 加速腐蚀时，钢筋在不同水泥砂浆中的EIS演变：（a）OPC、（b）SAC、（c）  图9 EIS等效电路模型  图10 OPC、SAC和MPC砂浆中钢筋拟合所得EIS参数 图11 MPC砂浆中钢筋的截面及主要元素分布 图12 腐蚀钢筋加速腐蚀实验前后的腐蚀形态 主要结论 本文采用电化学和表面分析相结合的方法研究了MPC中钢筋的钝化和腐蚀过程，并进一步评价了MPC对锈蚀钢筋的防护效果。基于实验结果和分析，得出如下结论： （1）低pH的MPC模拟孔隙液中，钢筋可完全钝化。磷酸盐作用会使钢筋表面形成光滑的鳞状钝化膜，主要成分为Fe(OH)2、FeOOH、Fe2O3和FePO4； （2）磷酸盐不断地释放以及其与钢筋反应，使MPC砂浆中钢筋的钝化程度逐渐增大，钝化所需时间明显延长。在此过程中，部分水化产物会参与钝化膜的形成，使钢筋与MPC砂浆形成完整界面结构； （3）MPC在腐蚀防护方面的显著优势主要是由于水泥基体对电荷传输的抑制和磷酸盐对腐蚀区域的自愈作用。这些影响可作用于MPC整个使用寿命，并促进其在现有钢筋混凝土结构的修复和加固方面的广泛应用； （4）当配比合适时，MPC对锈蚀钢筋具有良好的保护作用。MPC中锈蚀钢筋在脱钝后可再次钝化并保持相对稳定。 本期编者简介 翻译： 何 闯 副教授 台州学院 审核： 艾 蠡 博士后 美国南卡罗来纳大学 排版： 何 闯 副教授 台州学院 本期学术指导 罗 宁 教 授 中国矿业大学 文献链接： https:///10.1016/j.cemconres.2023.107167 |
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