有机缓蚀离子插层改性LDHs对钢筋腐蚀的影响研究.pdfVIP

摘要

氯离子侵蚀引发的钢筋腐蚀问题是导致海工混凝土结构耐久性能降低与服

役寿命缩短的最主要原因，采取有效措施抑制或缓解氯离子对钢筋的腐蚀具有

重要意义。缓蚀剂是目前解决钢筋腐蚀最经济、有效、便捷的一种方法，有机

缓蚀剂因其绿色无害被广泛应用。层状双金属氢氧化物（LDHs）因其独特的

层状结构以及优异的特性，可以将侵入到混凝土内部的氯离子进行有效固结。

考虑将LDHs作为一种纳米容器，将有机缓蚀离子插层在层间，实现LDHs吸

附氯离子的同时释放有机缓蚀离子，达到双重保护的效果。本文选用对氨基苯

甲酸阴离子（pAB）作为有机缓蚀离子，插层在LDHs的层间进行改性，探究

其对水泥基材料基本性能以及钢筋腐蚀的影响规律与机理。

本文采用煅烧再水合复原法将有机缓蚀阴离子pAB对LDHs进行插层改

性，得到Mg-Al-pAB-LDH。通过正交试验以氯离子吸附量和有机缓蚀离子

pAB释放量为指标，得到试验范围内的最佳插层改性方案：质量比为2，反应

时间为6h，反应温度为70℃。研究发现，合成样品具有典型的层状结构且粒

径小，插层改性导致LDHs层间距增大，存在pAB的特征官能团，pAB成功

插层在LDHs层间。在研究LDHs的氯离子吸附行为过程中发现，氯离子能够

与pAB发生离子交换，吸附动力学符合准二级动力学，等温吸附符合

Langmuir吸附等温式。

探究不同掺量Mg-Al-pAB-LDH对水泥基材料基本性能的影响，研究发现

Mg-Al-pAB-LDH的掺入使流动度降低，水化放热峰提前且峰值有所提高，促

进水泥的凝结硬化。通过孔结构及水化产物分析，发现砂浆孔隙结构得到细化，

孔隙率降低，改性LDHs的掺加有利于氢氧化钙等水化产物的生成，对砂浆的

力学性能和耐久性能产生了有利影响，各龄期的抗压强度以及抗氯离子渗透能

力提高，均优于空白组，且当掺量为4%时提升效果最明显。

探究不同掺量Mg-Al-pAB-LDH在含3.5wt%氯盐模拟混凝土孔溶液中以

及在3.5wt%氯盐干湿循环下砂浆中对钢筋腐蚀行为的影响，通过电化学测试

结合微观表征手段评价钢筋腐蚀行为与机理。在模拟孔隙溶液和砂浆环境中，

Mg-Al-pAB-LDH均能提高钢筋的开路电位和电荷转移电阻，延迟钢筋发生腐

蚀的时间，降低腐蚀速率和腐蚀程度，阻滞钢筋表面腐蚀产物的生成。在模拟

孔溶液中改性LDHs的掺量越高，其缓蚀效率越高，Mg-Al-pAB-LDH通过氯

离子吸附及缓蚀阴离子pAB释放两个方面起到缓蚀作用；而在砂浆中，缓蚀

效果随掺量增加呈现出先增大后减小的规律，Mg-Al-pAB-LDH从砂浆自身的

物理阻挡作用、氯离子吸附、缓蚀阴离子pAB释放三个方面起到缓蚀作用。

关键词：插层改性LDHs；水泥基材料；有机缓蚀；钢筋腐蚀；氯离子

Abstract

Thecorrosionofsteelbarscausedbychlorideioncorrosionisthemain

reasonforthereductionofdurabilityandservicelifeofmarineconcretestructures.

Itisofgreatsignificancetotakeeffectivemeasurestoinhibitoralleviatethe

corrosionofsteelbarsbychlorideions.Corrosioninhibitorsarecurrentlythe

mosteconomical,effectiveandconvenientwaytosolvesteelcorrosion.Organic

corrosioninhibitorsarewidelyusedbecausetheyaregreenandharmless.Dueto

itsuniquelayeredstructu