钢筋混凝土阻锈剂研究综述

李昕　唐巍

摘 要：钢筋锈蚀是影响混凝土耐久性的最主要因素。相对而言，添加钢筋阻锈剂具有便捷、高效、经济等优点，文章从钢筋锈蚀机理、阻锈原理、阻锈剂研究现状及评价方法作了详细介绍，同时，我国在该领域需要更加深入的研究。

关键词：阻锈剂；钢筋；迁移性阻锈剂

1 钢筋锈蚀机理

新拌混凝土空隙内存在水泥水化产物Ca（OH）2，PH值一般在12.5～13之间，在强碱性环境中，钢筋表面处于钝化状态，形成10～20nm的钝化膜，主要成分是γ-Fe2O3·nH2O，对钢筋具有极强的保护能力。大量事例证明，混凝土的碱性会因人为因素或自然条件的影响降低，具体表现在：（1）在混凝土搅拌过程中加入含Cl-的水或海砂；（2）冬天道路桥梁撒除冰盐；（3）混凝土结构处于海洋或盐碱环境等；（4）碳化作用等。

2 阻锈剂定义及阻锈原理

阻锈剂（corrosion inhibitor）是能有效延缓腐蚀发生、降低钢筋腐蚀速率的化学物质。与其他外加剂不同，阻锈剂通过掺加或涂敷在混凝土表面，抑制混凝土与钢筋界面发生电化学腐蚀来保护钢筋。

阻锈原理是阻锈剂直接参与界面化学反应，使钢筋表面形成钝化膜（主要成分氧化铁），或吸附在钢筋表面形成阻碍层，或两种机理兼有。

阻锈效果良好的阻锈剂需要满足以下条件：（1）分子活性良好，可强力提供或接收电子；（2）溶解度应满足在腐蚀钢筋表面快速饱和，且不易从混凝土表面溢出；（3）能在较低电流密度下诱导钢筋发生较大电化学极化反应；（4）与混凝土相容性良好，无副作用；（5）在使用环境和pH值下均有效。

3 阻锈剂研究现状

我国对阻锈剂的研究起步较早，但早期对混凝土结构提前失效的问题重视不够，研究进展较慢。1985年，山东三山岛金矿工程使用RI-1复合型阻锈剂，开辟了全国重点工程使用国产阻锈剂的先河。

早期出现的钢筋阻锈剂主要以阳极型阻锈剂为主，在使用过程中存在自我消耗明显、掺量难以确定、产生致癌物质等缺点，目前已很少使用。阴极型阻锈剂出现稍晚，原料引入了脂肪酸酯等有机物，经过实践证明，当阻锈剂浓度不够或与氯化物比率不适宜时，在钢筋表面会继续产生点蚀，用量往往较大，成本较高。目前，单一的阴极型阻锈剂已很少使用，但可添加到复合型阻锈剂中作为其组分，如某些迁移型阻锈剂中含有脂肪酸酯成分。目前最前沿的阻锈剂为复合型阻锈剂，该类阻锈剂一般由几种可发挥协同作用的阻锈成分组成，具有环保高效等优点。我国在复合型阻锈剂的理论研究和实践上还比较欠缺，需要更加深入的研究。

3.1 无机阻锈剂。无机阻锈剂主要指亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、铬酸盐等，这些阻锈剂主要对阳极过程产生影响：（1）在钢筋表面生成薄的氧化膜，将钢筋和腐蚀介质隔离开来；（2）通过特性吸附抑制钢筋离子化过程；（3）使钢筋极电位达到钝化电位。这类阻锈剂直接抑制电化学腐蚀中的阳极反应，同时增强阴极反应使阴极电流密度增大，造成金属钝化。但这些阻锈剂对新拌和硬化混凝土的物理性能（凝结时间、早期强度、后期强度等）有不同程度的负面影响。其中，亚硝酸钠防腐是使用最广泛无机阻锈剂之一，效果较佳，价格低廉，但能显著降低混凝土强度，且有潜在碱集料反应。

3.2 有机阻锈剂。因为无机亚硝酸盐阻锈剂在环保方面的问题，80年代以来有机阻锈剂得到很大发展，尤其是各种胺和醇胺及其盐与其他有机或无机物的复合阻锈剂。有机钢筋阻锈剂既可以掺入到混凝土原料中，又可以涂刷在混凝土表面，通过混凝土孔隙扩散到钢筋表面，形成有效保护膜。这就是迁移性阻锈剂（MCI），是近年提出的一种全新概念，也是目前最有前景的修复技术。

迁移性阻锈剂（MCI）一般由几种成分复合而成，是复合型阻锈剂，成分主要包含有吗啉多元胺、硫脲与二乙烯三胺缩聚物、醇胺类、表面活性剂、酵酮类衍生物等，阻锈机理是多种不同作用机理的叠加组合，阻锈效果与各组分的性能、结构密切相关。I.B.Obot等采用霍恩贝格-科恩定理和密度泛函理论，研究特定官能团的作用。

4 阻锈剂评价方法

4.1 电化学法。电化学法主要包括动混凝土电阻法、恒电量法、电位扫描极化曲线法、交流阻抗法、电化学噪音法等。

混凝土电阻法高效、直观，但多次扰动电极可能会引起钢筋锈蚀；恒电量法测试时间短，能够快速测算出阻锈效率；极化曲线法可以获得电流密度与电极电位的关系曲线，以及添加阻锈剂前后的腐蚀电流密度和阻锈效率，并由曲线上的特征电位比较腐蚀效果，主要用于模拟孔溶液中阻锈剂筛选；交流阻抗法是施加小幅交流信号对电极进行扰动，得到相应响应计算电极反应参数，确定钢筋腐蚀状态及速率，优点在于对体系干扰小，结果可靠，但测量仪器较为复杂、昂贵，操作时间场，适合在实验室测定局部腐蚀；电化学噪声是环境与金属材料界面发生电化学腐蚀而发生的随机非平衡波动现象，可以真实、灵敏的反映金属表面的局部变化，通过噪声图谱分析金属腐蚀过程和程度以及评价阻锈剂的性能，可与交流阻抗法的结果进行比较得到阻锈剂失效信息，缺点是在混凝土中的波动信号数据较难分析。

4.2 表面分析法。X射线光电子能谱分析是公认的表面分析最有力的方法，既可以给出钢筋表面钝化膜成膜前后各元素含量变化情况，还可以解释某些元素与铁结合形态，并利用结合能的差异分析排氯机理，试验方法简单、结果直观，能够快速测定阻锈剂的迁移；表面增强Raman散射可以用来识别金属表面阻锈剂吸附元素，确定阻锈剂的作用基团；利用离子溅射技术及Auger电子能谱可以分析阻锈剂保护膜的组成、厚度、所含元素相对含量及分布情况，说明铁与阻锈剂某种基团的结合程度。

4.3 放射性示踪法。该方法是在混凝土表面涂刷用放射性元素氚代替氢的阻锈剂溶液，一段时间后将混凝土样品进行切片萃取，测定萃取物中放射性元素的含量来分析阻锈剂浓度。这种方法能够较好的给出阻锈剂浓度随着时间和渗入深度的变化情况，但试验方法复杂，费用昂贵，需要专门实验室完成。

4.4 失重法。失重法是通过钢筋在添加阻锈剂的模拟溶液中浸泡的失重量与空白试验做对比，来筛选阻锈剂的优劣。该方法是最常用的方法之一，可以同时多组进行筛选，但误差较大，无法对阻锈机理进行分析。

5 结语

目前，钢筋阻锈剂已广泛应用于混凝土结构中，尤其是迁移性阻锈剂，具有主动、高效、便捷等优点，具有广阔的应用前景。但我国理论和实践研究相对欠缺，需要更加深入的研究，使钢筋阻锈剂在实际工程中发挥更大作用，为社会带来更大的经济效益。

参考文献

[1] 冯乃谦，邢锋.混凝土与混凝土结构的耐久性[M].机械工业出版社， 2009.

[2] 徐永模.迁移性阻锈剂——钢筋混凝土阻锈剂的新发展[J].硅酸盐学报，2002，30（01）：94-101.