喬宏霞 楊 博 路承功 程千元 陽 菲 王鵬輝

(1.蘭州理工大學(xué)甘肅省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，蘭州 730050;2.蘭州理工大學(xué)西部土木工程防災(zāi)減災(zāi)教育部工程研究中心，蘭州 730050)

隨著國家一帶一路戰(zhàn)略和“十三五”規(guī)劃的實施，我國加快了西部建設(shè)的步伐［1］。然而該地區(qū)有我國最大的鹽漬土區(qū)域，且分布著一千多個大大小小的鹽湖［2］。其氣候惡劣環(huán)境復(fù)雜，因此對該地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)造成了較大的影響。鎂水泥混凝土是一種具有較好的抗鹽鹵侵蝕能力的新型混凝土［3-5］，我國察爾汗鹽湖每年可支撐生產(chǎn)原鎂884.2 萬 t［6］，利用其可以減少污染，且符合國家綠色節(jié)能可持續(xù)發(fā)展的理念。然而鎂水泥鋼筋混凝土中由于存在著氯離子［7］，鋼筋易發(fā)生腐蝕，從而限制了鎂水泥鋼筋混凝土的適用范圍，因此研究改善鎂水泥混凝土中鋼筋的抗腐蝕性能對該地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施有重大影響。

針對鎂水泥混凝土，有大量的學(xué)者進行了不同的研究。茅華等以鎂水泥混凝土為研究對象，結(jié)合察爾汗鹽湖地區(qū)實際環(huán)境，設(shè)計鹽鹵侵蝕單因素試驗條件來研究鎂水泥混凝土在鹽鹵侵蝕單因素下的耐久性問題。研究表明：鎂水泥混凝土性能未出現(xiàn)明顯劣化且抗鹽鹵侵蝕能力性能優(yōu)越［8-9］。而楊全兵等研究了在除冰鹽和凍融循環(huán)共同作用下鎂水泥混凝土的耐久性，其結(jié)果表明鎂水泥混凝土具有較高的抗鹽凍剝蝕性能［10］。楊濤等以氯氧鎂水泥為研究對象，通過研究摻入不同摻量的石灰石粉后對試件的初凝時間、終凝時間、強度、耐水性及耐硫酸鹽腐蝕性能的影響，并觀察了其微觀形態(tài)變化。研究表明：與普通硅酸鹽水泥相比，在氯氧鎂水泥中摻入石灰石粉具有較大的強度優(yōu)勢［11］。其他學(xué)者還將粉煤灰、硅灰及礦渣等摻合料摻入鎂水泥混凝土中，改善其工作性能［12-13］。

目前為止，對于鎂水泥混凝土的研究豐碩，但是對于鎂水泥混凝土中鋼筋腐蝕研究報道較少。針對鎂水泥混凝土鋼筋腐蝕問題，基于CS350電化學(xué)工作站，以不同涂層鋼筋的鎂水泥混凝土為研究對象來研究同種環(huán)境下涂層鋼筋的抗腐蝕性能，為提高鎂水泥鋼筋混凝土的適用范圍提供理論指導(dǎo)。

1 試驗

1.1 試驗材料

試驗所用的日本久美特(GEOMET)涂層鋼筋、美國美加力(MAGNI)涂層鋼筋、德國鋅美特(ZINTEK)涂層鋼筋均由寧波計氏金屬表面處理有限公司代加工。氧化鎂(為輕燒氧化鎂)和氯化鎂均由青海省格爾木市察爾汗鹽湖氯化鎂廠生產(chǎn)、河砂由蘭州水阜提供、碎石由蘭州華隴商品混凝土公司提供、粉煤灰和鋼筋由蘭州某鋼廠提供，其各項性能均符合試驗要求。鎂水泥混凝土配合比見表1。

表1 鎂水泥鋼筋混凝土配合比Table 1 Mix proportion of magnesium cement reinforced concrete %

1.2 試驗方案

本次試驗選用的鋼筋直徑為8 mm，長度為100 mm。鋼筋兩端用砂輪打磨平整，放入質(zhì)量分數(shù)為10%的草酸溶液浸泡24 h后取出，用濾紙將鋼筋表面擦拭干凈，用砂紙反復(fù)仔細打磨，直到鋼筋表面泛出銀白色光澤，表面氧化層已經(jīng)完全除去;制備鎂水泥混凝土試塊尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。制備4組鎂水泥鋼筋混凝土(混凝土保護層厚度均為50 mm)試塊，分別為：鎂水泥-裸露鋼筋混凝土(LG)、鎂水泥 -久美特涂層鋼筋混凝土(JMT)、鎂水泥 -鋅美特涂層鋼筋混凝土(XMT)、鎂水泥-美加力涂層鋼筋混凝土(MJL)。設(shè)計了3種試驗環(huán)境：室內(nèi)自然環(huán)境、自然水浸泡環(huán)境和氯鹽浸泡環(huán)境。在試驗中，數(shù)據(jù)采集工作共6個階段，每個階段2個月，共360 d。室內(nèi)自然環(huán)境中的試塊在每次數(shù)據(jù)采集工作時，需提前將試塊置于自然水中浸泡1 d;室內(nèi)自然水浸泡環(huán)境在測試時應(yīng)當采用自然水浸泡，氯鹽浸泡環(huán)境在測試時應(yīng)當采用與配合比相同濃度的MgCl2溶液，試件在浸泡一定時間后，采用武漢科斯特儀器有限公司CS350電化學(xué)工作站及其測試軟件進行動電位掃描和交流阻抗測試，獲取極化曲線。試驗測得不同浸泡時間的極化曲線，利用軟件對其進行極化曲線活化，極化段進行Tafle外推，可獲得自腐蝕電流 icorr和自腐蝕電位Ecorr以及腐蝕速率 CR。三電極系統(tǒng)電解池見圖1，交流阻抗等效電路見圖2。

圖1 三電極系統(tǒng)電解池Fig.1 Three-electrode system electrolytic cell

圖2 等效電路Fig.2 Equivalent circuit

1.3 分析基礎(chǔ)

根據(jù)腐蝕電化學(xué)原理，數(shù)據(jù)處理采用高斯-牛頓-麥夸脫迭代法進行曲線擬合［14］，三參數(shù)極化曲線方程如式(1)所示。

其中 ΔE=E－E0

式中：ΔE為極化電位;icorr為腐蝕電流密度;i為外側(cè)極化電流密度;βa、βc分別為陽極和陰極塔菲爾斜率，用以10為底的對數(shù)來表示 Tafel斜率，用 ba和bc分別表示其陽極和陰極斜率，有 ba=2.303βa，bc=2.303βc。

通過自腐蝕電位Ecorr的移動可以衡量出鋼筋腐蝕發(fā)生的難易程度，自腐蝕電位向正向移動，鋼筋腐蝕發(fā)生困難，表明涂層的抗腐蝕性能更強［15］;通過涂層電阻可以衡量鋼筋耐腐蝕能力，涂層電阻越高耐腐蝕能力越強［16］。通過自腐蝕電流Icorr可以決定腐蝕速率CR的大小，自腐蝕電流越大，腐蝕速率就越大［17-19］;由表2，通過腐蝕電流密度可以初步斷定鋼筋的銹蝕狀態(tài)［20］。由鋼筋的腐蝕電流密度可以通過式(2)計算出腐蝕速率：

式中：CR為腐蝕速率，mm/a;M為電極材料的分子量，g/mol;ρ為電極材料的密度，g/cm3;N為金屬離子的價數(shù)。

表2 腐蝕電流密度與鋼筋銹蝕程度的對應(yīng)關(guān)系Table 2 The corresponding relationship between corrosion current density and the degree of steel

對于碳鋼，由鋼筋腐蝕電流密度通過式(3)計算出腐蝕速率［21］：

1.4 鋼筋腐蝕原理

鎂水泥混凝土中鋼筋電化學(xué)腐蝕過程為：

氧化反應(yīng)(陽極)：Fe-2e=Fe2+

還原反應(yīng)(陰極)：O2+2H2O+4e=4OH-

鐵銹形成過程：Fe2++2OH-=Fe(OH)2

4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

Fe(OH)3脫部分水產(chǎn)生鐵銹Fe2O3·nH2O

2 結(jié)果與分析

2.1 不同涂層鋼筋在室內(nèi)自然環(huán)境下的腐蝕

由表3可知：LG的腐蝕電位在60～180 d時持續(xù)向負向移動，說明裸露鋼筋較容易并且已經(jīng)發(fā)生腐蝕，且抗腐蝕性能較弱。在180～240 d時，電位向正向移動，分析認為在室內(nèi)自然環(huán)境中，鎂水泥混凝土中孔隙含水率較低，而混凝土孔隙含水率對鋼筋的銹脹效應(yīng)有重要影響。在混凝土孔隙含水率較低時，鋼筋的腐蝕產(chǎn)物為紅褐色的氫氧化亞鐵和有少許的黑色的氫氧化鐵，而氫氧化亞鐵膨脹率較高，而且較少的電解液又處于鋼筋表面，所以氫氧化亞鐵也集中位于鋼筋附近，阻礙了腐蝕的進程，表現(xiàn)為電位向正向移動。在240～300 d時，電位向負向移動，分析認為是隨著腐蝕的進行，阻礙鋼筋腐蝕進程的腐蝕產(chǎn)物受到破壞，鋼筋繼續(xù)腐蝕，電位向負向移動。在300～360 d時，電位向正向移動，分析認為鋼筋生成腐蝕產(chǎn)物，阻礙了鋼筋腐蝕的進行，電位向正向移動。LG的腐蝕電流密度和腐蝕速率變化完全一致，在60～180 d時，腐蝕電流密度和腐蝕速率持續(xù)增長。在180～240 d時，鋼筋持續(xù)受到腐蝕，產(chǎn)生了銹蝕層，阻礙了混凝土中空氣傳輸通道，鋼筋表面的氧氣和水的供給速率下降，鋼筋腐蝕的陽極反應(yīng)也因此被抑制，表現(xiàn)為鋼筋腐蝕電流密度和腐蝕速率的下降。在240～300 d時，鋼筋的銹蝕層隨著鋼筋腐蝕的進行，逐漸破壞，喪失了阻礙鋼筋腐蝕的能力，表現(xiàn)為鋼筋腐蝕電流密度和腐蝕速率的上升。在300～360 d時，鋼筋產(chǎn)生了新的銹蝕層，抑制鋼筋腐蝕的進行，表現(xiàn)為腐蝕電流密度和腐蝕速率的下降。在整個階段，腐蝕電流密度 icorr＞1 μA·cm-2，裸露鋼筋已經(jīng)發(fā)生嚴重腐蝕。LG的涂層電阻呈現(xiàn)波浪式遞減，與其他的評價參數(shù)表現(xiàn)出一定的一致性，因此LG的涂層電阻的變化與鋼筋表面生成的銹蝕層有很大的關(guān)系，隨著腐蝕過程的進行，銹蝕產(chǎn)物越多，涂層電阻越大，銹蝕層破壞，涂層電阻減小。

表3 室內(nèi)自然裸露鋼筋的電化學(xué)參數(shù)Table 3 Electrochemical parameters of LG

由表4可知：XMT腐蝕電位在60～240 d都是向正向移動，說明鋅美特涂層鋼筋較難發(fā)生腐蝕且抗腐蝕性能較好。在240～300 d時，腐蝕電位向負向移動，可能由于水溶液中的水分子和OH-以滲透的形式進入到涂層內(nèi)部，使涂層產(chǎn)生溶脹現(xiàn)象，減弱了涂層對鋼筋的保護性能。隨著水分子和OH-的不斷滲入，涂層界面內(nèi)外形成了滲透壓，隨著滲透壓的逐漸增大，當滲透壓大于界面黏結(jié)力時，部分涂層發(fā)生脫落導(dǎo)致 OH-作用于鋼筋表面，發(fā)生點蝕，導(dǎo)致電位向負向移動。在300～360 d時，腐蝕電位向正向移動，由于鋅美特涂層是一種超細鋅鱗片和鋁鱗片疊合包裹在特殊黏結(jié)劑中的無機涂層，當鋼筋發(fā)生點蝕時，鋅層會作出犧牲陽極被腐蝕以保護基體，鋅層在被腐蝕生成了具有難溶性的Zn(OH)2、堿式氧化鋅和鋅鐵復(fù)鹽等腐蝕產(chǎn)物，其腐蝕產(chǎn)物相對體積較大，并繼續(xù)和空氣中CO2反應(yīng)生成不溶的碳酸鋅，這些產(chǎn)物向涂層被損壞的區(qū)域移動，積極地修復(fù)涂層，阻礙了腐蝕的繼續(xù)進行，表現(xiàn)為腐蝕電位向正向移動。XMT的腐蝕速率和腐蝕電流密度大體展示出一致性。在60～120 d時，可能由于鋼筋表面已按規(guī)定處理掉氧化層，鋼筋表面易發(fā)生腐蝕，表現(xiàn)為腐蝕速率增加。在120～180 d時，可能由于鎂水泥混凝土和鋼筋性能已經(jīng)穩(wěn)定下來，導(dǎo)致腐蝕速率和腐蝕電流密度的減小。在180～360 d時，可能由于鋼筋點蝕導(dǎo)致腐蝕電流密度和腐蝕速率的增加。在整個過程，0.1 μA·cm-2＜ icorr＜0.5 μA·cm-2，鋅美特涂層鋼筋處于低腐蝕狀態(tài)。XMT的涂層電阻先升高，在300 d后迅速降低，表現(xiàn)為鋅美特涂層在300 d后抗腐蝕能力降低，與其他評價參數(shù)表現(xiàn)出一致性。

表4 室內(nèi)自然鋅美特的電化學(xué)參數(shù)Table 4 Electrochemical parameters of XMT

由表5可知：JMT的腐蝕電位在60～180 d時向正向移動，說明鋼筋較難發(fā)生腐蝕和涂層抗腐蝕性能較好。在180～240 d時，電位向負向移動，可能由于鎂水泥混凝土中MgO吸收空氣中的H2O和CO2形成了幾乎不溶于水的堿式碳酸鎂，而堿式碳酸鎂可被稀酸溶解并發(fā)泡，使混凝土中某些閉合的毛細孔通透，加速氧氣和水的擴散到鋼筋表面，導(dǎo)致鋼筋更快地發(fā)生腐蝕。在240～360 d時，可能由于混凝土碳化，其碳化產(chǎn)物對鋼筋有良好的保護作用，表現(xiàn)為電位向正向移動。JMT的腐蝕速率和腐蝕電流密度表現(xiàn)出一致性。在60～120 d時，兩者都迅速下降，分析認為是鎂水泥混凝土和鋼筋的性能已經(jīng)穩(wěn)定下來。在120～360 d時，兩者相對變化不大。整個過程中，icorr＜ 0.1 μA·cm-2，表明久美特涂層鋼筋均未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。JMT的涂層電阻遠遠高于裸露鋼筋，表現(xiàn)出緩慢升高，然后緩慢下降，在360 d后，還是高于初始值，說明涂層鋼筋的抗腐蝕性能一直處于良好的狀態(tài)，與其他評價參數(shù)表現(xiàn)出一致性。

表5 室內(nèi)自然久美特的電化學(xué)參數(shù)Table 5 Electrochemical parameters of JMT

由表6可知：MJL的腐蝕電位在60～120 d時，向正向移動，表明鋼筋較難發(fā)生腐蝕并且美加力涂層抗腐蝕性能較好。在120～240 d時，電位向負向移動，可能由于混凝土中產(chǎn)生了堿式碳酸鎂并與稀酸反應(yīng)使一些混凝土中的毛細孔通透，加快了腐蝕的進行。在240～300 d時，電位向正向移動，可能由于混凝土發(fā)生了碳化，使鋼筋表面產(chǎn)生鈍化膜，阻礙了腐蝕的進行。在300～360 d時，電位向負向移動，可能由于毛細孔通透的數(shù)量對鋼筋腐蝕進程的加速所致。MJL的腐蝕速率和腐蝕電流密度保持一致性，兩者均處于一個非常低的數(shù)量級，雖然在整個過程產(chǎn)生了波動，但是波動較小，且 icorr＜0.1 μA·cm-2，可以推斷出美加力涂層鋼筋未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。MJL的涂層電阻在整個過程中波動，并且波動的幅度很小，表明美加力涂層抗腐蝕性能良好。

表6 室內(nèi)自然美加力的電化學(xué)參數(shù)Table 6 Electrochemical parameters of MJL

2.2 不同涂層鋼筋在自然水浸泡環(huán)境下的腐蝕

由表7可知：LG的腐蝕電位在60～120 d時，電位向負向移動，說明裸露鋼筋較容易發(fā)生腐蝕，且已經(jīng)發(fā)生腐蝕。在120～180 d時，電位向正向移動，分析認為在自然水浸泡環(huán)境下鎂水泥混凝土孔隙含水率較高，鋼筋表面產(chǎn)生銹蝕層，銹蝕層包括紅色的氫氧化亞鐵或黑色的氫氧化鐵乃至全為氫氧化鐵，而銹蝕產(chǎn)物也分布于較大的范圍，阻礙了腐蝕的進行。在180～240 d時，電位向負向移動，分析認為鋼筋的銹蝕層隨著腐蝕不斷進行而發(fā)生破壞，不能阻礙腐蝕的進行，導(dǎo)致電位負向移動。在240～300 d時，新的銹蝕層產(chǎn)生，阻礙了腐蝕的進行，表現(xiàn)為電位正向移動。在300～360 d時，銹蝕層又隨著腐蝕的進行發(fā)生破壞，導(dǎo)致電位負向移動。LG的腐蝕速率和腐蝕電流密度表現(xiàn)出一致性，在60～180 d時，分析認為鋼筋表面的銹蝕層，隨著發(fā)展時間的增長，腐蝕產(chǎn)物會不斷填充混凝土孔隙，孔隙率不斷減少，導(dǎo)致混凝土中供氧能力降低和腐蝕速率及腐蝕電流密度的不斷降低。在180～360 d時，分析認為鋼筋表面銹蝕層隨著腐蝕的進行不斷破壞，不能繼續(xù)阻礙腐蝕的進行，導(dǎo)致腐蝕速率和腐蝕電流密度提高。在整個階段，腐蝕電流密度 icorr＞1 μA·cm-2，裸露鋼筋已經(jīng)發(fā)生嚴重腐蝕。LG的涂層電阻在波動的過程中呈現(xiàn)波浪式，并且涂層電阻變化不大，分析認為是涂層電阻在試驗開始時就迅速下降，到60 d時，涂層電阻已經(jīng)基本穩(wěn)定下來，LG的涂層電阻變化與鋼筋表面銹蝕層有很大關(guān)系，隨著銹蝕的產(chǎn)生而增大，隨著銹蝕的破壞而減小。

表7 自然水裸露鋼筋的電化學(xué)參數(shù)Table 7 Electrochemical parameters of LG

由表8可知：XMT的腐蝕電位在60～120 d時向負向移動，可能由于鎂水泥混凝土浸水后，其產(chǎn)物3 相［3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O］和 5 相［5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O］發(fā)生水解反應(yīng)，生成了可溶的 MgCl2及其結(jié)晶水，溶解的MgCl2與水中的OH-反應(yīng)生成不溶的Mg(OH)2，其結(jié)構(gòu)為松散堆集狀，導(dǎo)致鎂水泥混凝土的孔隙率變大，加快了腐蝕的進行和鋼筋已經(jīng)按照規(guī)定去除了表面的氧化層，兩者共同作用導(dǎo)致了腐蝕電位的下降。在120～240 d時，由于鋅美特涂層鋼筋性能已經(jīng)穩(wěn)定下來，表現(xiàn)為電位向正向移動。在240～360 d時，分析認為涂層鋼筋發(fā)生點蝕，導(dǎo)致其電位向負向移動。XMT的腐蝕速率和腐蝕電流密度表現(xiàn)出一致性，在60～120 d時，分析認為是涂層鋼筋性能逐漸穩(wěn)定，表現(xiàn)為腐蝕速率和腐蝕電流密度的大幅下降。在120～360 d時，雖然腐蝕速率和腐蝕電流密度呈現(xiàn)波動式，但波動微小。在整個階段，0.1 μA·cm-2＜ icorr＜ 0.5 μA·cm-2，鋅美特涂層鋼筋處于低腐蝕狀態(tài)。XMT的涂層電阻在整個過程一直處于上升狀態(tài)，依照腐蝕電流密度評價參數(shù)的評價，鋅美特涂層鋼筋出現(xiàn)了低腐蝕現(xiàn)象，二者的兩個評價參數(shù)出現(xiàn)了不一致性，因此鋅美特涂層鋼筋的抗腐蝕性能需要進一步試驗研究。

表8 自然水鋅美特的電化學(xué)參數(shù)Table 8 Electrochemical parameters of XMT

由表9可知：JMT的腐蝕電位在60～180 d，向正向移動，說明久美特涂層較難發(fā)生腐蝕且抗腐蝕性能較好。在180～240 d時，可能由于鎂水泥混凝土浸水后，生成了松散堆積狀的Mg(OH)2，導(dǎo)致鎂水泥混凝土孔隙率變大，加快了腐蝕進程。在240～360 d時，電位波動不大，可能由于鎂水泥混凝土的性能已經(jīng)穩(wěn)定下來。JMT的腐蝕速率和腐蝕電流密度表現(xiàn)出一致性，在60～180 d時，可能由于鋼筋性能已經(jīng)逐漸穩(wěn)定下來，表現(xiàn)為腐蝕速率和腐蝕電流密度逐漸下降。在180～240 d可能由于鎂水泥混凝土孔隙率變大，使鋼筋表面氧氣和水的供給速率提高，導(dǎo)致腐蝕速率和腐蝕電流密度提高。在240～360 d時，可能由于鋼筋和鎂水泥混凝土的性能穩(wěn)定下來，表現(xiàn)為腐蝕速率和腐蝕電流密度基本穩(wěn)定。整個過程中，icorr＜ 0.1 μA·cm-2，可以推斷出久美特涂層鋼筋未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。JMT的涂層電阻遠遠高于裸露鋼筋，表現(xiàn)出先緩慢升高，然后緩慢下降，在360 d后還是高于初始值，說明久美特涂層抗腐蝕性能穩(wěn)定。

表9 自然水久美特的電化學(xué)參數(shù)Table 9 Electrochemical parameters of JMT

由表10可知：MJL的腐蝕電位在60～300 d時，均向正向移動，說明美加力涂層鋼筋較難腐蝕且抗腐蝕性能較好。在300～360 d時，可能由于鎂水泥混凝土浸水后，導(dǎo)致孔隙率變大，加快了腐蝕進程，表現(xiàn)為電位向負向移動。MJL的腐蝕速率和腐蝕電流密度表現(xiàn)出一致性，在60～120 d時，可能由于涂層鋼筋性能逐漸穩(wěn)定，表現(xiàn)為腐蝕速率和腐蝕電流密度降低。在120～180 d時，可能由于鎂水泥混凝土浸水后，導(dǎo)致混凝土孔隙率變大，增加了Cl-和氧氣的滲透通道，使腐蝕速率和腐蝕電流密度增大。在180～240 d時，可能由于鎂水泥混凝土性能逐漸穩(wěn)定，表現(xiàn)為腐蝕速率和腐蝕電流密度的降低。在240～360 d時，腐蝕速率和腐蝕電流密度基本未發(fā)生變化，說明美加力涂層抗腐蝕性能較穩(wěn)定。整個過程中，icorr＜ 0.1 μA·cm-2，可以推斷出美加力涂層鋼筋未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。MJL的涂層電阻在過程中不斷升高，與其他評價指標的評價一致，說明美加力涂層抗腐蝕性能較穩(wěn)定。

表10 自然水美加力的電化學(xué)參數(shù)Table 10 Electrochemical parameters of MJL

2.3 不同涂層鋼筋在氯鹽浸泡環(huán)境下的腐蝕

由表11可知：LG的腐蝕電位在60～120 d時向正向移動，分析認為可能在60 d齡期前鋼筋就已經(jīng)發(fā)生了腐蝕，而且在氯鹽浸泡環(huán)境下Cl-濃度較高，其不斷向陽極區(qū)遷移、富集。Fe2+和Cl-生成可溶于水的FeCl2，然后向陽極區(qū)外擴散，與溶液或者陰極區(qū)OH-生成Fe(OH)2，遇到混凝土孔隙中的水和氧氣又變成其他形式的銹。而 FeCl2生成Fe(OH)2后，又放出Cl-，新的Cl-又向陽極區(qū)遷移、富集，在整個過程中Cl-未被消耗，對鋼筋的腐蝕起著催化作用，使鋼筋表面產(chǎn)生了銹蝕層，堵塞Cl-滲透通道，另外混凝土中O2等傳輸通道也被堵塞，導(dǎo)致電位向正向移動。在120～240 d時，分析認為隨著腐蝕的繼續(xù)能夠阻礙鋼筋腐蝕的銹蝕層，發(fā)生破壞，導(dǎo)致其電位下降。在240～360 d時，分析認為是新的銹蝕層的生成阻礙了腐蝕的進程，使其電位上升。LG的腐蝕速率和腐蝕電流密度表現(xiàn)出一致性，腐蝕速率和腐蝕電流密度隨著鋼筋銹蝕層的產(chǎn)生和破壞，表現(xiàn)出減小和增大。在整個階段，腐蝕電流密度 icorr＞1 μA·cm-2，裸露鋼筋已經(jīng)發(fā)生嚴重腐蝕。LG的涂層電阻在整個過程中基本穩(wěn)定，分析認為在試驗開始時到60 d時，涂層電阻迅速下降，到60 d時涂層電阻基本穩(wěn)定，裸露鋼筋的涂層電阻的變化與鋼筋表面銹蝕層有很大關(guān)系，隨著銹蝕的產(chǎn)生而增大，隨著銹蝕的破壞而減小。

表11 氯鹽裸露鋼筋的電化學(xué)參數(shù)Table 11 Electrochemical parameters of LG

由表12可知：XMT的腐蝕電位在60～180 d時向正向移動，說明鋅美特涂層鋼筋較難發(fā)生腐蝕且抗腐蝕能力較強。在180～240 d時，由于在氯鹽浸泡環(huán)境下，鋼筋表面Cl-濃度較高，其達到誘導(dǎo)鋼筋腐蝕的臨界濃度，鋼筋就會發(fā)生點蝕，導(dǎo)致電位向負向移動。在240～360 d時，分析認為鋅層在被腐蝕生成了具有難溶性的Zn(OH)2、堿式氧化鋅和鋅鐵復(fù)鹽等腐蝕產(chǎn)物，其腐蝕產(chǎn)物聚集在鋼筋被點蝕的位置，阻礙了點蝕的繼續(xù)發(fā)生，表現(xiàn)為電位的上升。XMT的腐蝕速率和腐蝕電流密度表現(xiàn)出一致性，在60～120 d時，可能由于鋅美特涂層鋼筋抗腐蝕性能逐漸穩(wěn)定，表現(xiàn)為腐蝕速率和腐蝕電流密度大幅下降。在120～360 d時，腐蝕速率和腐蝕電流密度基本穩(wěn)定下來，說明鋅美特涂層鋼筋抗腐蝕性能較穩(wěn)定。整個階段，0.1 μA·cm-2＜ icorr＜ 0.5 μA·cm-2，鋅美特涂層鋼筋處于低腐蝕狀態(tài)。涂層電阻的大小表征了涂層在浸泡初期的耐滲透性能，XMT的涂層電阻先升高，鋅美特涂層表現(xiàn)出180 d緩慢降低，300 d后快速降低，說明在180 d時鋅美特涂層就已經(jīng)被滲透，綜合其他評價指標，鋅美特涂層鋼筋抗腐蝕性能一般。

表12 氯鹽鋅美特的電化學(xué)參數(shù)Table 12 Electrochemical parameters of XMT

由表13可知：JMT的腐蝕電位在60～300 d向正向移動，說明久美特涂層鋼筋較難腐蝕且抗腐蝕性能較好。在300～360 d時，可能由于鎂水泥混凝土性能不穩(wěn)定，導(dǎo)致電位向負向移動。JMT的腐蝕速率和腐蝕電流密度表現(xiàn)出一致性，在60～120 d時，兩者大幅下降，可能由于久美特涂層鋼筋性能逐漸穩(wěn)定下來。在120～360 d時，腐蝕速率和腐蝕電流密度基本未發(fā)生變化。整個過程中，icorr＜0.1 μA·cm-2，可以推斷出久美特涂層鋼筋未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。JMT的涂層電阻表現(xiàn)為先升高后緩慢下降，在360 d時，還是高于初始值，說明久美特涂層抗腐蝕性能一直處于一個良好的狀態(tài)，抗腐蝕性能比較穩(wěn)定。

表13 氯鹽久美特的電化學(xué)參數(shù)Table 13 Electrochemical parameters of JMT

由表14可知：MJL的腐蝕電位在60～360 d均是向正向移動的。說明美加力涂層鋼筋較難發(fā)生腐蝕且抗腐蝕性能較好。MJL的腐蝕速率和腐蝕電流密度表現(xiàn)出一致性，在60～120 d時，兩者大幅下降，可能由于美加力涂層鋼筋性能逐漸穩(wěn)定。在120～360 d時，腐蝕速率和腐蝕電流密度逐漸緩慢降低，說明美加力涂層抗腐蝕性能較穩(wěn)定。整個過程中，icorr＜0.1 μA·cm-2，可以推斷出，美加力涂層鋼筋未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。MJL的涂層電阻在60～120 d時升高，可能由于鋼筋性能逐漸穩(wěn)定。在120～180 d時涂層電阻降低，可能由于鎂水泥混凝土浸水后生成的Mg(OH)2使鎂水泥混凝土孔隙率增加，加快其腐蝕進程。在180～360 d時，涂層電阻逐漸上升，可能由于鎂水泥混凝土性能逐漸穩(wěn)定。綜合其他評價指標，美加力涂層抗腐蝕性能在整個試驗過程中，抗腐蝕性能逐漸提高，涂層耐久性良好。

表14 氯鹽美加力的電化學(xué)參數(shù)Table 14 Electrochemical parameters of MJL

2.4 數(shù)據(jù)對比與分析

在室內(nèi)自然環(huán)境下，將各個涂層鋼筋不同時期的涂層電阻進行比較，從大到小依次為：久美特涂層鋼筋、美加力涂層鋼筋、鋅美特涂層鋼筋、裸露鋼筋;抗腐蝕性能從高到低依次為：久美特涂層鋼筋、美加力涂層鋼筋、鋅美特涂層鋼筋、裸露鋼筋。將各個涂層鋼筋不同時期的腐蝕電流密度進行對比，可以初步判斷鋼筋的銹蝕狀態(tài)，久美特涂層鋼筋未出現(xiàn)腐蝕狀態(tài)，美加力涂層鋼筋未出現(xiàn)腐蝕狀態(tài)，鋅美特涂層鋼筋出現(xiàn)低腐蝕狀態(tài)，裸露鋼筋出現(xiàn)嚴重腐蝕狀態(tài)。以裸露鋼筋的腐蝕速率為基準，裸露鋼筋的腐蝕速率依次約為鋅美特涂層鋼筋的4～99倍、美加力涂層鋼筋的11～131倍、久美特涂層鋼筋的15～301倍。各種涂層鋼筋的評價指標均滿足腐蝕速率理論分析結(jié)果。綜上所述，在室內(nèi)自然環(huán)境下，鋼筋發(fā)生腐蝕的難易程度從難到易依次為：久美特涂層鋼筋、美加力涂層鋼筋、鋅美特涂層鋼筋、裸露鋼筋。

在自然水浸泡環(huán)境下，將各個涂層鋼筋不同時期的涂層電阻進行比較，從大到小依次為：久美特涂層鋼筋、美加力涂層鋼筋、鋅美特涂層鋼筋、裸露鋼筋;抗腐蝕性能從高到低依次為：久美特涂層鋼筋、美加力涂層鋼筋、鋅美特涂層鋼筋、裸露鋼筋。將各個涂層鋼筋不同時期的腐蝕電流密度進行對比，可以初步判斷鋼筋的銹蝕狀態(tài)，久美特涂層鋼筋未出現(xiàn)腐蝕狀態(tài)、美加力涂層鋼筋未出現(xiàn)腐蝕狀態(tài)、鋅美特涂層鋼筋出現(xiàn)低腐蝕狀態(tài)、裸露鋼筋出現(xiàn)嚴重腐蝕狀態(tài)。以裸露鋼筋的腐蝕速率為基準，裸露鋼筋的腐蝕速率依次約為鋅美特涂層鋼筋的17～37倍、美加力涂層鋼筋的12～54倍、久美特涂層鋼筋的117～162倍。各種涂層鋼筋的評價指標均滿足腐蝕速率理論分析結(jié)果。綜上所述，在自然水浸泡環(huán)境下，鋼筋發(fā)生腐蝕的難易程度從難到易依次為：久美特涂層鋼筋、美加力涂層鋼筋、鋅美特涂層鋼筋、裸露鋼筋。

在氯鹽浸泡環(huán)境下，將各個涂層鋼筋不同時期的涂層電阻進行比較，從大到小依次為：久美特涂層鋼筋、美加力涂層鋼筋、鋅美特涂層鋼筋、裸露鋼筋;抗腐蝕性能從高到低依次為：久美特涂層鋼筋、美加力涂層鋼筋、鋅美特涂層鋼筋、裸露鋼筋。將各個涂層鋼筋不同時期的腐蝕電流密度進行對比，可以初步判斷鋼筋的銹蝕狀態(tài)，久美特涂層鋼筋未出現(xiàn)腐蝕狀態(tài)、美加力涂層鋼筋未出現(xiàn)腐蝕狀態(tài)、鋅美特涂層鋼筋出現(xiàn)低腐蝕狀態(tài)、裸露鋼筋出現(xiàn)嚴重腐蝕狀態(tài)。以裸露鋼筋的腐蝕速率為基準，裸露鋼筋的腐蝕速率依次約為鋅美特涂層鋼筋的13～37倍、美加力涂層鋼筋的16～198倍、久美特涂層鋼筋的173～560倍。各種涂層鋼筋的評價指標均滿足腐蝕速率理論分析結(jié)果。綜上所述，在氯鹽浸泡環(huán)境下，鋼筋發(fā)生腐蝕的難易程度從難到易依次為：久美特涂層鋼筋、美加力涂層鋼筋、鋅美特涂層鋼筋、裸露鋼筋。

3 結(jié)束語

1)通過涂層電阻、腐蝕電位、腐蝕電流密度及腐蝕速率等電化學(xué)參數(shù)均可以看出，涂層鋼筋無論處于哪種環(huán)境均比裸露鋼筋抗腐蝕性能好。

2)通過同種環(huán)境不同涂層鋼筋的電化學(xué)試驗數(shù)據(jù)對比分析，可以看出無論是室內(nèi)自然環(huán)境下、自然水浸泡環(huán)境下以及氯鹽浸泡環(huán)境下，抗腐蝕性能最好的均是久美特涂層，美加力涂層次之，鋅美特涂層最后。

3)涂層鋼筋可以明顯提高鎂水泥鋼筋混凝土的抗腐蝕性能，提高了鎂水泥混凝土的適用范圍。

4)通過電化學(xué)方法測得鋼筋各參數(shù)指標均能很好地反映不同環(huán)境下涂層鋼筋的抗腐蝕性能，豐富了鋼筋腐蝕問題的評價體系。