第12期 施锦杰等：电化学方法研究混凝土模拟液中细晶粒钢的耐蚀性 ·1475· 表3循环极化曲线相关电化学参数 Table 3 Relevant electrochemical parameters obtained from cyclic polarization curves 试样 Eo/mV (SCE) Epa /mV (SCE) Ere/mV (SCE) △E/mV(SCE) i./(μA"cm2) i/(mA.cm-2) FGI -950 500 610 -110 263 9.2 FG2 -900 100 -490 590 395 6.6 CI -980 500 630 -130 289 9.8 C2 -920 -50 -400 350 395 7.9 Eem出现较大的差异.FG1的Ep约为610mV 物，在局部缺陷处更易出现点蚀，而砂磨后的试样 (SCE),而FG2的Em仅约为-490mV(SCE). 表面较均匀且含较少有害杂质，故点蚀很难在短 E,越高预示着钝化膜的修复能力越强.根据 时间内发生.Ghods等、Mohammed和Hama- E,和E间的关系可以推断出钢筋是否发生点 da网Li和Saguesi均认为除去钢筋表层氧化皮 蚀.FG1的Em小于Ep,故发生点蚀的可能性很 有利于提高氯离子临界值.另外，Li和Sagues回 小：而FG2相反，Em明显大于Em,故点蚀发生的 还发现当钢筋完全去钝化后（活化腐蚀），砂磨或 概率很大.E与Ep的差值△E(Em-Ep）和最 抛光钢筋的腐蚀程度反而会更大.由于测试时间 大电流密度im是蚀坑处溶解钢筋能力的两大指 所限，本研究未发现此现象. 标.一般地，△E和im越大，蚀坑处钢筋溶解的 2.2.2不同钢筋种类的影响 速率越大.虽然FG1的im稍大于FG2,但FG1 图5是细晶粒钢筋和普通低碳钢循环极化曲线 的△E明显低于FG2,这再次证明了FG1的耐点 的对比图.由图5(a)可知，砂磨试样FG1和C1的 蚀性优于FG2. E和Ep几乎相同，这说明砂磨处理后两种钢筋的 图4(b)中砂磨和表面未处理普通低碳钢循环 耐点蚀能力相当.对于图5(b)中表面未处理试样， 极化曲线表现出与图4(a)相似的循环极化行为， FG2的E稍高于C2,而E低于C2,导致FG2的 即未处理试样发生点蚀的概率均大于砂磨试样. △E明显大于C2,FG2的△E为590mV(SCE),而 以上结果说明钢筋表面的氧化皮降低了钢筋抑制 C2的△E仅为350mV(SCE),这说明FG2的耐氯 由氯盐引起的点蚀能力，这与Mahallati和Sare- 盐点蚀能力比C2差.综观图5可知：砂磨后两种钢 mi切所得的结论基本一致.主要原因是钢筋表层 筋具有相近的耐点蚀能力：而未处理情况下，细晶粒 的氧化皮为不均匀且含不同杂质和缺陷的氧化 钢的耐点蚀能力不如普通低碳钢 0.8a 0.8b) 0.4 -FGI 0.4 +-FG2 -C1 ·C2 0 0 04 -04 -0.8 -0.8 -1. -12 103 10N 104 10 0 102 10 10 i/(mA.cm) i/(mA.cm) 图5浸入含C~的模拟混凝土孔溶液29d后的循环极化曲线.(a)砂磨试样：(b)原始试样 Fig.5 Cyclic polarization curves of fine-grained rebar and low-carbon rebar exposed to Cl"-containing SCP solutions up to 29d:(a)sandblasted re- bar:(b)as-received rebar 2.3钢筋表面形貌观察 状颗粒.从图6可以清晰对比得出两种钢筋晶 2.3.1金相显微图像 粒尺寸的差距，通过mage J软件计算低碳钢的平均 图6为普通低碳钢和细晶粒钢的光学显微镜图 晶粒尺寸约为38um,而细晶粒钢晶粒非常细小，其 像.一般地，钢铁材料中主要存在两种金相组织，即 平均晶粒尺寸仅为5um.晶粒细化能在提高钢筋强 铁素体和珠光体.在光学显微照片中，铁素体是颜 度的同时对韧性无损害，适用于需经受反复疲劳荷 色较亮的块状颗粒，而珠光体为颜色相对较深的片 载的大型基础设施工程.但是，晶粒细化后晶界有第 12 期 施锦杰等: 电化学方法研究混凝土模拟液中细晶粒钢的耐蚀性 表 3 循环极化曲线相关电化学参数 Table 3 Relevant electrochemical parameters obtained from cyclic polarization curves 试样 Ecorr /mV( SCE) Epit /mV ( SCE) Erep /mV ( SCE) ΔE /mV ( SCE) ipass /( μA·cm － 2 ) imax /( mA·cm － 2 ) FG1 － 950 500 610 － 110 263 9. 2 FG2 － 900 100 － 490 590 395 6. 6 C1 － 980 500 630 － 130 289 9. 8 C2 － 920 － 50 － 400 350 395 7. 9 Erep出 现 较 大 的 差 异． FG1 的 Erep 约 为 610 mV ( SCE) ，而 FG2 的 Erep仅 约 为 － 490 mV ( SCE) ． Erep越高预示着钝化膜的修复能力越强［6］． 根据 Erep和 Epit间的关系可以推断出钢筋是否发生点 蚀． FG1 的 Epit小于 Erep，故发生点蚀的可能性很 小; 而 FG2 相反，Epit明显大于 Erep，故点蚀发生的 概率很大． Epit与 Erep的差值 ΔE( Epit － Erep ) 和最 大电流密度 imax是蚀坑处溶解钢筋能力的两大指 标． 一般地，ΔE 和 imax 越 大，蚀 坑 处 钢 筋 溶 解 的 速率越 大． 虽 然 FG1 的 imax 稍 大 于 FG2，但 FG1 的 ΔE 明显低于 FG2，这再次证明了 FG1 的耐点 蚀性优于 FG2． 图 4( b) 中砂磨和表面未处理普通低碳钢循环 极化曲线表现出与图 4( a) 相似的循环极化行为， 即未处理试样发生点蚀的概率均大于砂磨试样． 以上结果说明钢筋表面的氧化皮降低了钢筋抑制 由氯盐引起的点蚀能力，这 与 Mahallati 和 Sare￾mi ［7］所得的结论基本一致． 主要原因是钢筋表层 的氧化皮为不均匀且含不同杂质和缺陷的氧化 物，在局部缺陷处更易出现点蚀，而砂磨后的试样 表面较均匀且含较少有害杂质，故点蚀很难在短 时 间 内 发 生． Ghods 等［5］、Mohammed 和 Hama￾da ［8］、Li 和 Sagues ［12］均认为除去钢筋表层氧化皮 有利于提高氯离子临界值． 另外，Li 和 Sagues ［12］ 还发现当钢筋完全去钝化后( 活化腐蚀) ，砂磨或 抛光钢筋的腐蚀程度反而会更大． 由于测试时间 所限，本研究未发现此现象． 2. 2. 2 不同钢筋种类的影响 图 5 是细晶粒钢筋和普通低碳钢循环极化曲线 的对比图． 由图 5( a) 可知，砂磨试样 FG1 和 C1 的 Epit和 Erep几乎相同，这说明砂磨处理后两种钢筋的 耐点蚀能力相当． 对于图 5( b) 中表面未处理试样， FG2 的 Epit稍高于 C2，而 Erep低于 C2，导致 FG2 的 ΔE 明显大于 C2，FG2 的 ΔE 为 590 mV ( SCE) ，而 C2 的 ΔE 仅为 350 mV ( SCE) ，这说明 FG2 的耐氯 盐点蚀能力比 C2 差． 综观图 5 可知: 砂磨后两种钢 筋具有相近的耐点蚀能力; 而未处理情况下，细晶粒 钢的耐点蚀能力不如普通低碳钢． 图 5 浸入含 Cl － 的模拟混凝土孔溶液 29 d 后的循环极化曲线 . ( a) 砂磨试样; ( b) 原始试样 Fig． 5 Cyclic polarization curves of fine-grained rebar and low-carbon rebar exposed to Cl － -containing SCP solutions up to 29 d: ( a) sandblasted re￾bar; ( b) as-received rebar 2. 3 钢筋表面形貌观察 2. 3. 1 金相显微图像 图 6 为普通低碳钢和细晶粒钢的光学显微镜图 像． 一般地，钢铁材料中主要存在两种金相组织，即 铁素体和珠光体． 在光学显微照片中，铁素体是颜 色较亮的块状颗粒，而珠光体为颜色相对较深的片 状颗粒［13］． 从图 6 可以清晰对比得出两种钢筋晶 粒尺寸的差距，通过 Image J 软件计算低碳钢的平均 晶粒尺寸约为 38 μm，而细晶粒钢晶粒非常细小，其 平均晶粒尺寸仅为 5 μm． 晶粒细化能在提高钢筋强 度的同时对韧性无损害，适用于需经受反复疲劳荷 载的大型基础设施工程． 但是，晶粒细化后晶界有 ·1475·