钢筋混凝土结构是当代社会应用最广泛的工程建筑结构,其耐久性主要受到结构中加强钢筋腐蚀的影响。由于环境的劣化导致的混凝土体系的碳化或氯离子的侵入均会加速钢筋的腐蚀过程,从而造成钢筋混凝土结构加速失效。由于现今大气环境酸化以及新型混凝土的应用,混凝土体系的碳化问题成为了亟待解决的问题。在众多防腐蚀手段中,添加缓蚀剂是钢筋混凝土体系中最常用的高效预防钢筋腐蚀的手段。传统缓蚀剂如铬基缓蚀剂或亚硝酸盐缓蚀剂等,因为对环境以及人体具有危害而逐渐被停止使用。研究新型绿色高效缓蚀剂成为了众多学者关注的问题,尤其是寻找混凝土体系中对钢筋的均匀腐蚀和局部腐蚀均有作用的新型缓蚀剂。本文通过电化学方法评价了几种新型有机缓蚀剂在碳化混凝土环境中对碳钢腐蚀的抑制效果,同时采用表面分析技术对有机缓蚀剂的作用机制进行了探索与研究。对比研究了碳化条件下Q235碳钢和304不锈钢的腐蚀行为。在无氯离子的条件下,两种材料的耐蚀性无明显差别。当氯离子和碳化作用同时作用于碳钢时,其耐蚀性相对于不锈钢有显著下降,而304不锈钢基本无变化。混凝土的碳化会导致两种钢材表面形成的钝化膜中Fe3+/Fe2+比值的下降,从而致使钝化膜稳定性下降,进而导致两种钢发生孔蚀的临界氯离子浓度随着孔隙液pH下降而显著下降,但碳钢的临界氯离子浓度显著低于不锈钢。碳化过程中孔隙液内产生的HC03-/C032-不仅具有对孔隙液的缓冲作用,同时也能促进钢材表面钝化膜的形成。评价了五种不同碳链长度的有机烯酸缓蚀剂在含氯的模拟碳化混凝土孔隙液(pH 11.5)中对Q235碳钢的缓蚀效果并研究了作用机理。量子化学模拟表明烯酸缓蚀剂在碳钢表面的吸附能力随着C=C双键与羧基之间距离的增加而增强。失重实验证实了量子化学计算的结果,同时表明烯酸缓蚀剂的吸附符合Langmiur等温吸附模型。烯酸缓蚀剂在碳化环境中表现为混合型缓蚀剂,缓蚀效果随着缓蚀剂浓度的提高而提高,相同浓度时随着碳链长度的增长而提高。不同碳链长度的烯酸缓蚀剂在碳钢表面形成的吸附膜无明显区别。10-十一烯酸为最佳缓蚀剂,能够同时对均匀腐蚀和局部腐蚀进行抑制,在添加1000 ppm时缓蚀效率达到91%。稀土有机缓蚀剂(La(4-OH cin)3)在pH2.5-11.5的溶液中均能起到良好的缓蚀作用。碳钢在碳化混凝土环境中表现为钝化-孔蚀的腐蚀行为,La(4-OH cin)3表现为主要影响阴极反应的混合型缓蚀剂,同时能够有效提升碳钢的孔蚀电位;在pH 2.5,5.5和8.5的溶液中碳钢表现为活化腐蚀,La(4-OH cin)3表现为主要影响阳极反应的混合型缓蚀剂。4-羟基肉桂酸镧能够通过官能团(羧基和羟基)吸附于碳钢表面,其中C=C双键和苯环能够接受碳钢表面的反馈电子从而增强吸附效果。碳化混凝土环境中,缓蚀剂能够在钝化膜上形成含La吸附膜,同时形成含有La和Fe的颗粒沉淀。在pH 2.5,5.5和8.5溶液中的碳钢表面形成含La的保护性膜层,同时随着腐蚀反应的发生,Fe能够与La形成双金属膜层优先沉淀与活性反应区域。着重研究了酸性含氯离子体系中浸泡时间对稀土有机缓蚀剂(La(4-OH cin)3)对碳钢的缓蚀效果的影响。随着缓蚀剂浓度的提升,稀土有机缓蚀剂的缓蚀效果增强。在浸泡初24小时,随着浸泡时间的延长缓蚀剂的缓蚀效率逐渐提升,而后略有下降。通过表面观察发现,浸泡初期碳钢表面有La的氧化物的针状沉淀和含有La和Fe的簇状沉淀,随着浸泡时间的延长,碳钢表面会逐渐被含有La和Fe的双金属膜层覆盖。在酸性体系中有机羧酸离子通过静电作用(物理吸附)和电子转移作用(化学吸附)吸附于碳钢表面,稀土离子能够通过阴极反应机制沉淀于阴极区域。发现木质素磺酸钙(CLS)在碳化混凝土体系中对碳钢的均匀腐蚀和局部腐蚀均具有缓蚀作用。碳化环境中Na2MoO4能够通过增强钝化膜对碳钢表面进行保护。CLS和Na2MoO4在试验环境中具有协同缓蚀作用,其中400 ppm CLS和600ppm Na2MoO4复配具有最佳缓蚀效果,随着浸泡时间的延长复配缓蚀剂的缓蚀效果逐渐提高,24小时后达到99.2%的最高缓蚀效率。复配缓蚀剂能够促进碳钢表面钝化膜的形成,并在钝化膜上生成包括Mo、Ca和腐蚀产物的致密沉淀膜,CLS能够吸附在钝化膜和沉淀膜上,所形成的复合型膜层对基体具有综合的保护作用。