劉晴陽，楊瀚然，周愛萍

（1.河海大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211188）

目前水工建筑多為混凝土結(jié)構(gòu)，而鋼筋混凝土耐久性是確保各類工程安全運行的根本保障。在海洋、鹽湖和鹽堿地等富含氯鹽的空間環(huán)境中，鋼筋銹蝕是引發(fā)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的首要原因。鋼筋銹蝕輕則影響結(jié)構(gòu)的使用性和耐久性，重則降低結(jié)構(gòu)承載力，造成了巨大的經(jīng)濟損失和安全問題[1，2]。目前阻銹劑是實際工程中提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最有效措施之一。國內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)天然植物高分子中的大量活性基團對金屬表面有吸附作用，從其中提取鋼筋阻銹成分具有較高的可行性,利用天然植物提取“綠色阻銹劑”是阻銹劑研究方向近期的熱點。

大米草系禾本科大米草屬植物，為一種繁殖力極強的多年生沿海灘涂植物。從歐洲引入后瘋長蔓延超出了控制的范圍，對沿海生態(tài)和海水養(yǎng)殖造成了很大的破壞，被稱為“害人草”[3，4]。若能利用其抗鹽堿的能力用于提取鋼筋阻銹劑，可以有效回收利用這種有害植物，目前，國內(nèi)外還未見相關(guān)內(nèi)容報道。本文首次采用大米草為原材料，制備綠色阻銹劑，利用電化學(xué)阻抗譜技術(shù)分析其阻銹性能，以期為這種有害植物的回收處理以及綠色阻銹劑的制備提供一個新的途徑。

1 實驗方法

1.1 大米草提取物的制備

將20 g粉末浸泡在500 ml 95%乙醇中，25℃浸泡8 h。過濾后，在40℃的烘箱中烘干1 d。得到粉末狀大米草提取物。

1.2 實驗系統(tǒng)的制備

根據(jù)以往文獻，使用飽和石灰水用作模擬混凝土孔隙溶液（SCP）。在本研究中，設(shè)置了四種實驗系統(tǒng)來檢驗大米草提取物阻銹效果的有效性。這四種體系分別是SCP溶液（為空白體系，命名為A），SCP溶液分別添加0.05%，0.25%和0.45%的大米草提取物（命名為 B1，B2，B3）。

1.3 鋼筋試樣的制備

本研究使用試樣Φ10 mm、長度為5 mm的HPB235鋼筋。鋼筋表面預(yù)處理采用金相拋光機（180-3000級碳化硅砂紙打磨致鏡面）。其中一個表面暴露為試驗表面，另一個表面用漆包銅線焊接并嵌入環(huán)氧樹脂中，如圖1所示。然后，用丙酮和無水乙醇清洗暴露的表面。

圖1 鋼筋測試樣示意圖

1.4 電化學(xué)試驗方法

在電化學(xué)試驗前，將鋼筋試樣放入不同的阻銹體系中進行7 d的鈍化處理。以0.01 mol/L·d-1的速率添加氯化鈉9 d。在室溫（25±1℃）下，通過Parstat-2273電化學(xué)工作站對每個系統(tǒng)進行了電化學(xué)阻抗譜（EIS）測試。在電化學(xué)測試中，采用了傳統(tǒng)的三電極電池系統(tǒng)，包括作為工作電極（鋼筋）、作為輔助電極（Leici 213型鉑電極）和參比電極（Leici 217型飽和甘汞電極）。為了避免參比電極對被測體系的污染，用雙鹽橋（KCl/KNO3）連接參比電極和電池系統(tǒng)。在三電極電池系統(tǒng)連接良好后，在其他電化學(xué)測試之前進行開路電位（OCP）測試，以檢查電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在OCP每分鐘波動小于1 mV之后，通過在OCP處施加10 mV的正弦電位擾動（頻率掃描范圍為100 kHz至0.01 Hz）來進行EIS掃描。隨后利用電化學(xué)軟件Zsimpwin和合適的等效電路對阻抗譜進行了分析。

2 結(jié)果與討論

采用電化學(xué)阻抗法對不同體系中鋼筋的耐腐蝕性能進行了腐蝕判斷，為了定量分析耐腐蝕性，使用Zsimpwin軟件，通過適當?shù)牡刃щ娐纺Ｐ头治隽俗杩棺V圖。參考相關(guān)文獻，采用R(Q(R(QR)))電路模擬鈍化狀態(tài)下的鋼筋電阻Rp，采用R(Q(R(Q(RW)))電路用于模擬銹蝕后的鋼筋電阻Rp。根據(jù)Stern-Geary理論，腐蝕電流Icorr可用式（1）計算。由于Icorr與暴露面積有關(guān)，因此通常使用腐蝕電流密度icorr比較腐蝕速率，可通過式（2）計算。

式中:S為鋼電極的表面積（本研究中為0.785 cm2）；Rp為電阻值；B 為 Stern-Geary 常數(shù)，當鋼筋處于鈍化狀態(tài)時取52 mV,當鋼筋處于銹蝕狀態(tài)時取26 mV。圖2展示了四個系統(tǒng)的icorr演變過程。根據(jù)已發(fā)表的文獻[5]，鋼筋的腐蝕等級可分為四個等級，包括：高度腐蝕（icorr＞1 μA/cm2），中高度腐蝕（0.5 μA/cm2＜icorr＜1 μA/cm2），中低度腐蝕（0.1 μA/cm2＜icorr＜0.5 μA/cm2）和鈍化狀態(tài)（icorr＜0.1 μA/cm2）。0.1～0.5 μA/cm2范圍內(nèi)的 icorr通常用作判斷氯化物閾值（CTV）的標準。據(jù)此，耐腐蝕能力表現(xiàn)為以下規(guī)律：B2＞B3＞B1＞A。這一規(guī)律清楚地表明，大米草提取物擁有一定的阻銹性能。大米草提取物用量較大時，抑制效果沒有明顯改善，說明大米草提取物的最佳用量為0.25%左右。

圖2 四個體系的icorr變化趨勢

根據(jù)文獻介紹，大米草提取物富含生物堿和黃酮類化合物[4]。實驗認為，生物堿有復(fù)雜的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，氮素多包含在環(huán)內(nèi)，有顯著的生物活性，可以為金屬提供孤對電子，與金屬表面形成配位吸附；而黃酮類化合物具有高度的超離域性、完整的大π鍵共軛體系、較強的配位氧原子和適宜的空間構(gòu)型，能與金屬形成螯合配體[6，7]。從而在金屬表面形成一層碳氮有機膜，起到隔絕腐蝕介質(zhì)與金屬的作用，實現(xiàn)了阻銹效果。

3結(jié)論

大米草提取物具有一定的阻銹效果，在本研究中其最佳參量為0.25%，在最佳用量可以提升臨界氯離子濃度至0.09 mol/L。