Cem. Concr. Compos.：通过掺入氧化铝纳米颗粒提高水泥基材料的氯离子固化能力和腐蚀防护

文献速读

Cem. Concr. Compos.：通过掺入氧化铝纳米颗粒提高水泥基材料的氯离子固化能力和腐蚀防护

题目

题目：Improved chloride binding capacity and corrosion protection of cement-based materials by incorporating alumina nano particles

通过掺入氧化铝纳米颗粒提高水泥基材料的氯离子固化能力和腐蚀防护

关键字

关键字：氯离子固化、钢筋腐蚀、纳米氧化铝、C-(A-)S-H、AFm型相

来源

出版年份：2022

来源：Cement and Concrete Composites

课题组：澳门科技大学李宗津课题组

研究背景

钢筋混凝土（RC）结构因其成本低、资源利用率高以及与其他建筑材料相容性好等优点，被广泛用于各种民用基础设施中。然而，由于氯离子引起的钢筋腐蚀，沿海和零下气候区域的RC结构的实际寿命通常比其设计使用寿命短得多，其中氯离子可以来自于海水和除冰盐环境，也可以通过掺合料、骨料和拌合水自身的内部掺入。当钢筋表面附近的游离氯离子浓度上升到临界氯离子浓度时，在氯离子的辅助下，钢筋的钝化膜会失稳溶解，从而引发混凝土中的钢筋锈蚀，降低RC结构的刚度和耐久性。为了减缓氯离子对钢筋的腐蚀，延长钢筋混凝土结构的使用寿命，人们在实践中进行了各种尝试，如功能性涂层或涂料、缓蚀剂和阴极保护等。众所周知，提高水泥基材料的内部氯离子结合能力是最经济有效的方法之一。

研究出发点

很少有研究探讨氧化铝化合物对水泥基材料氯离子结合行为的影响，尤其是涉及到纳米氧化铝颗粒（ANPs）时。而且，现有研究主要集中在NaCl溶液中的氯离子结合等温线以及水泥水化产物与氯离子的相互作用的研究。作为最具活性的氧化铝化合物，ANPs对氯离子结合行为的影响以及钙离子在氯离子结合等温线中的作用鲜有研究。此外，大多数研究通常仅限于确定改性水泥基材料的氯离子结合等温线和其物相组成，而增强的耐腐蚀性通常是根据增加的氯离子结合含量或细化的微观结构推断的。尽管这些微观指标（氯离子结合等温线、含氯物相、孔隙率等）与钢筋锈蚀的宏观响应密切相关，但直接评价水泥基材料中的钢筋腐蚀的是上最终实现钢材腐蚀的基本原则和必要过程。

研究内容

在本研究中，作者首先比较了ANPs改性水泥浆体在不同Cl^-浓度的CaCl₂和NaCl溶液中的氯离子结合行为，其目的是模拟不同氯离子污染环境下水泥浆体的氯离子固化能力。进一步揭示了ANPs对氯离子结合等温线的影响和钙离子的作用。接着，基于这些水泥浆体在离子浸泡前后的一系列表征，确定了物相组成装和氯离子固化机理。最后，在ANPs改性砂浆中实现了氯离子渗透和钢筋腐蚀，并结合声学发射（AE）和电化学测量来监测钢腐蚀过程。这些方法对于评估水泥基材料中钢筋腐蚀的反应是有效和可靠的。基于微观结构分析（氯离子结合和相组装）和宏观结构响应（氯离子渗透和钢筋腐蚀），希望能够指导海洋服役环境下的高耐久性水泥基材料的设计。