腐蚀过程的极化曲线分析

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1、学校：辽宁科技大学班级：材化11-2班姓名：李志鹏极化曲线分析钢筋的腐蚀过程极化曲线分析钢筋的腐蚀过程摘　要：为了确定混凝土中钢筋锈蚀速率的控制因素，运用腐蚀极化曲线图分析活化钢筋阴阳极极化曲线和腐蚀电流随环境相对湿度的变化规律，并讨论在干湿循环过程中混凝土中钢筋的锈蚀过程。结果表明，有锈蚀产物存在时，锈蚀产物中FeOOH可以取代氧成为钢筋锈蚀过程的阴极去极化剂，钢筋的总腐蚀电流为氧去极化和锈蚀产物去极化产生的腐蚀电流的加和。钢筋的总腐蚀电流随着环境相对湿度的提高而增大，和氧在混凝土中的扩散速率的变

2、化趋势截然相反，从而证明氧仅是混凝土内钢筋开始的锈蚀的必备条件，但却不是混凝中钢筋锈蚀过程控制素。关键词：混凝土；钢筋；极化曲线；氧；腐蚀产物　混凝土中钢筋的锈蚀是一个非常复杂的电化学过程，目前国内外学者在建立钢筋锈蚀速率模型时，普遍借鉴了金属腐蚀学的研究成果，假定混凝土中钢筋的锈蚀速率受氧扩散速率所控制［１－７］，这种假定的正确和合理性直接决定了由此建立的理论模型的适用程度．由于金属腐蚀学研究的对象，大都是金属处于溶液、水或土壤中，整个腐蚀过程受氧扩散控制已为无数的研究所证实。然而大气环境混凝土中

3、钢筋的腐蚀和前几种不同，目前已有的研究发现钢筋的锈蚀速率随混凝土湿含量增大而增大，直至混凝土饱水，钢筋锈蚀速率也没有出现下降［８－９］，和混凝土中氧扩散速率的变化趋势［１０］截然相反，这是上述假定所无法解释的．姬永生等［１１］通过试验研究和钢筋锈蚀产物物相组成的变化分析证明锈蚀产物中FeOOH可以取代氧成为钢筋锈蚀过程阴极反应的新的去极化剂，传统的氧作为单一阴极去极化剂的锈蚀机理面临着严峻的挑战。因此，探究高湿供氧困难情况下混凝土内钢筋仍高速锈蚀的内在机理，对于建立正确、合理钢筋锈蚀速率模型具有重要

4、的意义。腐蚀极化曲线图是进行金属腐蚀机理分析的重要工具之一。本文在文献［１１］研究的基础上，运用腐蚀极化曲线图全面解释混凝土中钢筋锈蚀过程，探究混凝土由干燥到饱水变化过程混凝土内钢筋锈蚀速率变化的内在机理，并讨论在干湿循环过程中混凝土中钢筋的锈蚀过程，为预测钢筋混凝土的使用寿命奠定基础。1.金属腐蚀极化曲线图简介1.1腐蚀电池的极化曲线图腐蚀电池的极化曲线图如图１所示。图中曲线A和C分别表示腐蚀电池的阳极极化曲线和阴极极化曲线。腐蚀电池工作时，局部阳极和局部阴极均发生极化，如果溶液电阻可以忽略，此2

5、条曲线必交于S点，S点对应的电位为自腐蚀电位E，与之相对应的阳极氧化反应电流为自腐蚀电流Ｉ，单位面积上的自腐蚀电流为自腐蚀电流密度i。极化曲线的斜率称为极化率，图中Pa和Pc分别为阴、阳极电极反应的如果忽视图1(b)中极化曲线的具体形状而用直线表示，便得到Evans极化图，如图2所示。在实际的腐蚀体系中，由于阴阳极间电解质电阻的存在，阴阳极极化曲线一般无法交于一点，阴阳极平衡电位分别只能各自极化到图中的Ec和Ea，Ec和Ea称为阴、阳极的电极反应电位，阳极平衡电位正向的偏移量Ea－Ee，ａ称为阳极过

6、电位，用ηａ表示，阴极平衡电位负向的偏移量Ee，C－Ec称为阴极过电位，用ηｃ表示，阴阳极间电解质电阻产生的电位降为Icorro。1.2腐蚀过程的控制因素金属腐蚀速率的大小一般用腐蚀电流强度来表示，Icor=(Ec-Ea)/(Pa+Pc+R)式中:Ea,Ec为阳、阴极溶解反应的平衡电位，R为欧姆电阻。由式可知，Pa、Pc和R是腐蚀的阻力。当这三相阻力中任意一项明显地超过另两项时，这一阻力将在腐蚀过程中对速率起控制作用，称为控制因素。利用极化图可以非常直观地判断腐蚀的控制因素。例如，当R很小时，若Pc

7、>Pa,Icoor主要取决于阴极极化率Pc的大小，称为阴极控制；反之，若Pa>（Pa+Pc），则腐蚀主要由电阻决定，称为欧姆控制。2.钢筋锈蚀的阴阳极极化曲线2.1钢筋锈蚀的阴极极化曲线混凝土中钢筋锈蚀的阴极极化全曲线如图所示［１２］，它可以分成４个互相联系、不断变化的阶段：1）在OP曲线段，阴极过程由氧离子化反应速率所控制；2)在曲线PF段，阴

8、极过程的速率由氧的离子化反应和氧的扩散混合控制；3)曲线FS段，阴极过程由氧的扩散过程所控制，此时阴极腐蚀电流密度等于氧的极限扩散电流密度Id；4)当阴极腐蚀电流密度等于氧扩散极限电流密度时，极化曲线将有着FSN的走向，但实际上当电位负到一定程度时，在电极上除了氧的还原外，还将有新的电极过程（一般是析氢反应）可以进行，阴极极化曲线将沿SQG进行．由于混凝土是一种碱性材料，混凝土中钢筋锈蚀一般不可能发生析氢反应，因此钢筋锈蚀的阴极极化曲线应只可能有OPFS曲线所示的3个