基于钢筋表面腐蚀产物实时检测的再碱化技术再钝化机理研究

The electrochemical realkalization treatment，dated from the 70's，is applied to rehabilitate the corrosion of reinforced concrete due to carbonation. The treatment effectiveness has already be wildly recognized. However some researchers doute if the realkalization could repassive the corroded steel rebars. The main study method for repassivation mechanisms investigation is based on the electrochemical parameters of steel corrosion. As the electrochemical parameters could not explain the essentials of the steel repassivation mechanisms, the applicant wish to, by means of Raman techniques, realize in-situ investigations of steel corrosion product composition before and after realkalization treatment.The electrochemical parameters of steel corrosion will be recorded simultaneously in order to establish the relationship between corrosion product and their related corrosion potential and corrosion velocity. The main study steps are as following: "Raman spectres study of corrosion products -- passivation of steel rebars in high alkalined concrete -- depassivation of steel rebars in carbonated concrete -- repassivation of steel rebars in realkalized concrete -- relationship between the corrosion products composition and corrosion potential and velocity". Based on corrosion electrochemistry, this study tries to suggest and confirm new methods for realkalization repassivation mechanisms research with the help of analytical chemistry analysis method and Raman spectroscopy techniques.

上世纪七十年代新兴的电化学再碱化技术可用于修复碳化钢筋混凝土的腐蚀，其有效性已得到广泛认可。但是研究人员对该技术是否能再钝化钢筋一直有争议。目前对再钝化机理的研究一般都是应用电化学腐蚀参数判断法。这种方法不能从本质上解释钢筋的再钝化机理，因此申请人尝试利用拉曼光谱技术实现实时检测再碱化处理前后混凝土中钢筋表面腐蚀产物成分的变化，从而对再碱化技术的再钝化机理进行本质上的研究和解释。同时实时监测钢筋的电化学腐蚀参数，建立腐蚀产物成分与腐蚀电势、腐蚀速率的关系。本申请项目以“钢筋腐蚀产物拉曼光谱谱线特征研究——钢筋在高碱混凝土中的钝化——钢筋在碳化混凝土中的脱钝——钢筋在再碱化混凝土中的再钝化——钢筋腐蚀产物与电化学腐蚀参数关系”为研究主线，以腐蚀电化学学科为基础，借助分析化学等学科的基本理论和试验手段，利用拉曼光谱仪等高性能实验设备，构筑电化学再碱化技术的再钝化机理研究的新方法。

电化学再碱化技术修复碳化钢筋混凝土受损构件的有效性得到国内外广大研究人员的认可，但是学者对电化学再碱化技术是否能实现再钝化腐蚀钢筋和该技术的耐久性存在诸多争议。本课题以电化学再碱化技术修复碳化钢筋混凝土腐蚀的再钝化钢筋这一重要过程为研究对象，以腐蚀电化学理论和电化学、分析化学试验分析相结合为研究手段，创建了实时检测混凝土内钢筋表面腐蚀产物成分的全新方法，揭示了再碱化处理前后钢筋表面腐蚀产物的变化规律，从本质上研究了再碱化技术的再钝化机理。同时结合同步监测的钢筋腐蚀的电化学参数，建立了腐蚀产物成分与腐蚀电势和腐蚀速率的关系，进一步研究分析了该修复技术的耐久性。研究表明施加阳极电流可以加快碳化混凝土中钢筋的腐蚀速度，其腐蚀产物主要成分为绿锈。电化学再碱化处理过程中，绿锈先是被还原为氢氧化亚铁，同时生成四氧化三铁；再碱化处理结束六个月，氢氧化亚铁被氧化成-FeOOH，四氧化三铁转化成 -Fe2O3，但是一旦通入阳极电流，再碱化了的混凝土内的混凝土/钢筋界面重新生成了绿锈。同时，电化学测试参数也表明再碱化修复处理后钢筋的腐蚀电位和腐蚀电流密度大小并没有恢复到非碳化混凝土中钢筋的钝化状态。由此可见，再碱化技术能在一定程度上有效的再碱化碳化混凝土保护层；能有效降低钢筋腐蚀活性，但不能实现再钝化钢筋的目的，耐久性有待商榷。同时，项目积极开展再碱化技术的工程应用，目前已在湖州頔塘碑亭和宁波市鄞州区县立乡村简易师范学校进行了应用研究，为该技术从科技成果向生产力转化奠定了基础。该技术对结构本体无损伤性，环境友好，较传统的材料填充技术，有明显的经济效益和社会效益，特别适用于需要保护的历史文物建筑。但是鉴于该技术的修复耐久性有限，建议对受损构件进行周期性修复。