在建筑物的使用壽命期間,金屬結(jié)構(gòu)會(huì)受到環(huán)境的侵蝕,尤其是二氧化碳的侵蝕。事實(shí)上,鐵在混凝土內(nèi)部的基本介質(zhì)中是穩(wěn)定的(pH=12-14),但是碳酸鹽溶解在水中,通過(guò)混凝土遷移到金屬部分。這種現(xiàn)象意味著金屬結(jié)構(gòu)周?chē)膒H值降低。在圖1的E-pH圖[1]中,用箭頭表示pH值的變化。在酸性的pH值下,鐵不再是鈍化的形式,而是具有腐蝕性的形式。因此,建筑物的強(qiáng)度受到影響。例如,Grenoble的“Tour Perret”(圖2),這是1924年歐洲建造的第一座鋼筋混凝土建筑,目前正因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程而分崩離析。
圖2: Grenoble的“Tour Perret”,1924年歐洲建造的第一座鋼筋混凝土建筑
在此背景下,開(kāi)發(fā)了一種電化學(xué)工藝,以在基本條件下保持鋼筋混凝土中金屬桿的周?chē)h(huán)境[2-7]。將作為陰極的待處理材料浸入堿性電解膏(K2CO3或Na2CO3)中,并在該膏中插入陽(yáng)極(圖3)。在金屬棒處進(jìn)行的水的還原反應(yīng),通過(guò)生成OH-(式1)使金屬棒周?chē)慕橘|(zhì)更簡(jiǎn)單。
-合金絲作為對(duì)電極。
首先,我們必須檢查材料是否在Tafel條件下[8-9]。因此,極化電阻(Rp)應(yīng)遠(yuǎn)高于歐姆電阻(RΩ)。這兩個(gè)特性可以通過(guò)電化學(xué)阻抗譜(EIS)測(cè)量來(lái)確定(圖5)。RΩ=202 Ω與Rp>12800 Ω相比可以忽略不計(jì)(圖6)。因此,“Tafel fit”的條件得到了滿(mǎn)足。
圖5: PEIS實(shí)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)置窗口
在穩(wěn)態(tài)條件下(非常慢的掃描速度,即2.5),也可以通過(guò)很小的電位范圍內(nèi)(開(kāi)路電壓周?chē)?0 mV,即-547 mV vs. Ag/AgCl)的伏安測(cè)量來(lái)確定Rp。圖7顯示了電流電位曲線(xiàn)和“Rp Fit”,并給出Rp=11744 Ω。兩種方法測(cè)定的Rp值一致。
圖7: 電流電位曲線(xiàn)和“Rp Fit”
采用計(jì)時(shí)電位(CP)技術(shù)在NaOH(0.4 mol.L-1;pH=13)中在Is=-10 mA下進(jìn)行66小時(shí)(圖8)的再鉀化處理。電解過(guò)程中的電位和電荷如圖9所示。電解結(jié)束時(shí),電位達(dá)到穩(wěn)定值,-2.4 V vs. Ag/AgCl。
圖8: CP實(shí)驗(yàn)的參數(shù)設(shè)置窗口
為了檢驗(yàn)再鉀化的效率,在再鉀化處理前后進(jìn)行了CPP實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)的參數(shù)如圖10所示。
再堿化前后CPP的比較(圖11)顯示了由于鋼棒還原而引起的陰極位移。對(duì)兩條曲線(xiàn)進(jìn)行“Tafel fit”分析,分別給出再堿化處理前后CPP測(cè)量的Ecorr分別為-616和-1077 mV vs.Ag/AgCl。
表1: CPP測(cè)試的數(shù)據(jù)
這些擬合表明,再堿化前的腐蝕速率比再堿化后高50%。腐蝕速率的降低表明了再堿化過(guò)程的效率。