盐碱地环境下铁尾矿基地聚物中钢筋锈蚀行为

doi:10.11902/1005.4537.2024.361

盐碱地环境下铁尾矿基地聚物中钢筋锈蚀行为

刘硕¹^,², 吴立朋^,¹^,², 李京伦¹^,², 邢金正¹^,², 李赛¹^,²

1 石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室石家庄 050043

2 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄 050043

Corrosion Behavior of Steel Rebar in Iron Tailings-based Geopolymers in Saline-Alkali Environment

LIU Shuo¹^,², WU Lipeng^,¹^,², LI Jinglun¹^,², XING Jinzheng¹^,², LI Sai¹^,²

1 Key Laboratory of Roads and Railway Engineering Safety Control of Ministry of Education, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043, China

2 School of Civil Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043, China

通讯作者: 吴立朋，E-mail：lipengwu@outlook.com，研究方向为土木工程材料的腐蚀行为及其耐久性

收稿日期: 2024-11-01 修回日期: 2025-02-25

基金资助:

中央引导地方科技发展资金项目. 236Z3810G
河北省自然科学基金. E2021210136

Corresponding authors: WU Lipeng, E-mail:lipengwu@outlook.com

Received: 2024-11-01 Revised: 2025-02-25

Fund supported:

Central Government-Guided Local Science and Technology Development Funding Project. 236Z3810G
Hebei Provincial Natural Science Foundation. E2021210136

作者简介 About authors

刘硕，男，1999年生，硕士生

摘要

研究了盐碱地环境下不同配合比铁尾矿基地聚物中钢筋的锈蚀行为。通过模拟盐碱地环境对铁尾矿基地聚物-钢筋试块进行电加速锈蚀试验，利用电化学阻抗谱、腐蚀电位和极化曲线3种测试方法，研究不同配合比对试块的电化学参数和钢筋锈蚀速率的影响。结果表明：在电加速锈蚀的整个过程中，试块电阻呈现先上升后下降的趋势，表明SO $_{4}^{2 -}$ 及Cl^-在腐蚀前期可以增加试块的密实度；在相同溶液浓度和电加速条件下，合理配合比有利于对钢筋的保护，延缓钢筋的锈蚀进程，陶瓷粉掺量对钢筋锈蚀规律的影响尤为明显。通过试块的阻抗(R_c)值、腐蚀电流密度(I_corr)值和腐蚀电位的变化规律表明陶瓷粉掺量较低、水玻璃模数较高、碱掺量较低、水胶比适中的配合比试块对钢筋的保护效果更好。

关键词： 盐碱地环境 ; 地聚物 ; 钢筋锈蚀 ; 电化学

Abstract

The corrosion behavior of HPB235 hot rolled round steel rebar buried in iron tailings-based geopolymers in a simulated saline-alkali environment was investigated via electrochemical impedance spectroscopy, corrosion potential and polarization curve methods, so that to clarify the influence of the formular of geopolymers on the electrochemical parameters of the test blocks and the corrosion rate of steel bar. The results show that during the corrosion process by applied electric current, the resistance of the test block increases first and then decreases, indicating that SO $_{4}^{2 -}$ and Cl^- can increase the compactness of the test block. In conditions with setting solution concentration and applied electric current, the test block with reasonable formular is conducive to the protection and delays the corrosion process of steel bars. The influence of ceramic powder content on the corrosion of steel bars is particularly obvious. By comparing the evolution of the free corrosion potential, corrosion current density I_corr and impedance R_c of the steel bar with test geopolymers block of different formulars, it is found that the test block with low ceramic powder content, high sodium silicate modulus, low alkali content and moderate water binder has better protection effect for the steel bar.

Keywords： saline-alkali environment ; geopolymers ; rusting of steel bars ; electrochemistry

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本文引用格式

刘硕, 吴立朋, 李京伦, 邢金正, 李赛. 盐碱地环境下铁尾矿基地聚物中钢筋锈蚀行为. 中国腐蚀与防护学报[J], 2025, 45(5): 1371-1380 DOI:10.11902/1005.4537.2024.361

LIU Shuo, WU Lipeng, LI Jinglun, XING Jinzheng, LI Sai. Corrosion Behavior of Steel Rebar in Iron Tailings-based Geopolymers in Saline-Alkali Environment. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection[J], 2025, 45(5): 1371-1380 DOI:10.11902/1005.4537.2024.361

我国华北、西北和东北地区分布有大量盐碱地，这些地区的建筑大多面临氯盐、镁盐及硫酸盐等多重环境因素的耦合侵蚀影响，导致此地区建筑服役寿命缩短^[1]。以矿渣和粉煤灰为胶凝组分的传统地聚物材料在抗Cl^-渗透性^[2]和抗硫酸盐侵蚀性^[3]等方面均优于硅酸盐水泥混凝土材料。Wang等^[4]对高钙、低钙、无钙3种类型地聚物与普通硅酸盐混凝土在硫酸盐腐蚀、酸腐蚀、氯化物侵蚀下的耐久性研究表明，3种类型地聚物比普通硅酸盐混凝土具有更好的耐久性。Saptamongkol等^[5]研究表明，以高钙粉煤灰与玻璃棉废料为原材料制备的地聚物在抗H₂SO₄及MgSO₄侵蚀方面也有较好的表现。盐碱地中的SO $_{4}^{2 -}$ 和Mg²⁺主要侵蚀地聚物浆体，使其产生膨胀性产物胀裂地聚物；盐碱地中Cl^-经地聚物到达钢筋表面，使钢筋表面钝化膜发生破坏，加速钢筋锈蚀。因此盐碱地环境下是否可以使用地聚物混凝土替代传统混凝土有待进一步研究。

我国尾矿每年年产量约10亿吨，综合利用率仅仅约为32.5%^[6]，铁尾矿(Iron tailings，IT)的综合利用率仅为7%左右，相较于发达国家60%的利用率相差巨大^[7]。铁尾矿大量堆积不仅占用大量土地，对土壤、水和大气造成污染，而且还会造成资源浪费。将铁尾矿应用到建筑材料中具有一定的经济价值和环保效益。相对于矿渣和粉煤灰的资源化利用，铁尾矿在地聚物中的应用研究并不充分。为了明确盐碱地环境下，钢筋在铁尾矿基地聚物中的锈蚀规律以及铁尾矿基地聚物对钢筋的保护效果，本文通过配置模拟盐碱地环境的溶液，利用恒电流加速锈蚀^[8]的方法，通过控制铁尾矿掺量、水胶比、碱激发剂的模数和碱掺量，设计正交试验来研究不同配合比铁尾矿基地聚物中钢筋在盐碱地环境下的锈蚀行为，并分析各因素对铁尾矿基地聚物-钢筋试块的电化学参数的影响规律，得到抗锈蚀性能最好的配合比。

1 实验方法

1.1 原材料

铁尾矿砂取自石家庄市平山县，在使用之前进行过筛及水洗处理，粒径介于0.2~2 mm之间。铁尾矿粉由铁尾矿砂机械研磨而成，粒径不大于47 μm，如图1所示。

图1

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图1 铁尾矿粉粒径分布

Fig.1 Particle size distribution of iron tailings powders

铁尾矿的硅铝比高，不易形成性能良好的地聚物；当尾矿中SiO₂含量过大时，可通过添加少量其它原材料用于适量补充铝质来源制备地聚物^[9]。陶瓷粉中Al₂O₃含量较高，加入磨细陶瓷粉后可以制备出具有较好力学性能的地聚物。铁尾矿粉和陶瓷粉的化学成分如表1所示。无水MgSO₄、NaCl、MgCl₂·6H₂O和固体NaOH均为分析纯，液体Na₂SiO₃固含量为35.5%，模数为3.26。

表1 铁尾矿及陶瓷粉化学成分

Table 1 Chemical compositions of iron tailings and ceramic powders (mass fraction / %)

Material	SiO₂	Al₂O₃	CaO	Fe₂O₃	K₂O	MgO	Na₂O	K₂O	P₂O₅
IT	61.53	8.90	6.05	13.31	1.84	5.82	1..21	1.85	0.68
Ceramics	66.63	19.01	3.57	0.94	1.84	0.85	1.01	0	0

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1.2 试块制备

选定陶瓷粉掺量、水胶比、水玻璃模数和碱掺量4种因素，通过正交试验设计出9种铁尾矿基地聚物配合比，如表2所示，其中陶瓷粉掺量为30%、40%、50%；水胶比为0.5、0.55、0.6；碱激发剂模数为1.0、1.2、1.4；碱掺量为10%、12%、14%。

表2 铁尾矿基地聚物正交试验配合比

Table 2 Mix proportions of iron tailings-based geopolymers in orthogonal tests (kg/m³)

Sample	Water glass	NaOH	Water	IT sand	Ceramic powder	IT powder
A	231.64	57.83	173.46	1291.37	193.71	451.98
B	323.61	61.39	135.82	1252.78	187.91	438.47
C	426.94	62.71	88.95	1214.26	182.14	424.99
D	380.43	55.88	70.24	1262.31	252.46	378.69
E	312.79	78.09	140.81	1245.54	249.12	373.66
F	269.46	51.12	201.76	1251.77	250.35	375.53
G	377.85	71.68	69.77	1253.79	313.44	313.44
H	317.06	46.57	142.70	1262.44	315.61	315.61
I	267.65	66.82	200.42	1243.41	310.85	310.85

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根据表2配合比，制备尺寸为70.7 mm × 70.7 mm × 70.7 mm的立方体试块用于加速锈蚀测试，每组配合比浇筑两个试块，共计18个试块。钢筋置于试块正中间。

所用钢筋为HPB235热轧光圆钢筋，钢筋底面使用环氧树脂密封，上端预留40 mm钢筋与导线连接，使用环氧树脂将钢筋裸露部分全部密封处理，控制钢筋在每个试块内部的暴露长度均为50 mm。每个配比制备尺寸为40 mm × 40 mm × 40 mm的3个试块，用于强度测试。试块浇筑后置于高温养护箱养护24 h后拆模，之后重新放入高温养护箱养护14 d，养护温度60 ℃，相对湿度大于95%。

1.3 腐蚀实验

根据黄骅沟渠水质检测结果配置腐蚀溶液。黄骅市浅层地下水水质测试结果为：SO $_{4}^{2 -}$ 2306 mg/L，Cl^- 19759 mg/L，Mg²⁺ 1605 mg/L，因此所配置溶液需加入MgSO₄ 2.88 g/L、NaCl 27.57 g/L、MgCl₂·6H₂O 8.5 g/L，将配置好的溶液作为腐蚀溶液来模拟盐碱地环境。

因氧气供给不足，全浸泡法会使最终锈蚀产物受到影响，且全浸泡法得到的锈蚀不均匀性较差，胀裂开展速率较低^[10]，因此采用半浸泡方式^[11]，实验装置如图2所示。

图2

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图2 半浸泡式腐蚀试验装置示意图

Fig.2 Schematic diagram of semi-immersion corrosion testing device

钢筋与直流电源正极连接，不锈钢板与电源的负极相连。为使实验结果更加接近真实腐蚀过程，设置的电流密度需≤ 3 mA/cm^2[12]，因此设置恒定电流密度为0.5 mA/cm²。后续由于极化作用的加强，系统阻抗不断上升^[13]，并且试块保护层电阻上升会引起直流稳压电源的输出电压不断上升，为防止电源两端电压过高发生危险，在电加速48 h之后将电流密度降低为0.1 mA/cm²。为保证腐蚀溶液浓度及液面高度稳定，每3 d更换一次腐蚀溶液；为保证腐蚀溶液中各离子分布均匀，每6 h对溶液进行一次搅拌。

1.4 电化学测试

利用Zahner Zennium Pro电化学工作站测试电化学阻抗谱(EIS)，采用三电极体系，其中铁尾矿基地聚物-钢筋试块为工作电极，不锈钢板为辅助电极，饱和甘汞(SCE)电极为参比电极。每通电24 h后中止通电对试块进行EIS谱、腐蚀电位和极化曲线测试。在EIS测试中扰动电压为10 mV的正弦波^[14]，频率范围为0.5~5 × 10⁶ Hz。

极化曲线数据使用Zahner Analysis软件中的Butler-Volmer公式进行拟合，得到钢筋的腐蚀电流密度I_corr。由Stern-Geary公式I_corr = B/R_p确定极化电阻R_p，其中B为Stern-Geary系数，钢筋处于钝化状态时取52 mV，钢筋处于腐蚀状态时取26 mV^[15]。

1.5 性能表征

抗压强度实验采用微机控制电液伺服压力试验机，将尺寸为40 mm × 40 mm × 40 mm的不同配合比铁尾矿基地聚物试块养护14 d后从养护箱中取出，放入抗压夹具中(夹具横截面尺寸为40 mm × 40 mm)，抗压夹具中心与压力试验机板的中心对齐，开启油泵使夹具与试块上表面留有适当缝隙。荷载速率设置为500 N/s，直至试块破坏，记录峰值荷载为F，计算抗压强度，精确至0.1 MPa。微观形貌观测采用SU8010型扫描电镜(SEM)，首先将养护至14 d龄期的铁尾矿基地聚物试块破碎，取芯部少量块状试样放入异丙醇溶液中浸泡5~7 d终止水化，之后将已停止水化且干燥后的试样压碎，均匀分散在导电胶上并进行喷金处理，放于载物台观察微观形貌并进行能谱测试。将14 d龄期的铁尾矿基地聚物破碎，取芯部块体储存在低湿度、低真空的干燥容器中，研磨至粒径≤ 5 μm，采用D8 Advance型X射线衍射仪(XRD)进行物相分析测试。

2 结果与分析

2.1 力学性能及微观形貌分析

图3为配合比对铁尾矿基地聚物抗压强度的影响。可见对试块抗压强度影响最大的因素为陶瓷粉掺量的变化，随着陶瓷粉掺量的增加，试块的抗压强度变大(图3a)。水胶比越大，试块的抗压强度越低，水胶比的变化对试块抗压强度的影响最小(图3b)。随着碱掺量的提高，试块的抗压强度降低，并且碱掺量由10%提高到12%时，抗压强度降低明显(图3c)。水玻璃模数越高，试块的抗压强度越高(图3d)。

图3

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图3 不同陶瓷粉掺量、水胶比、碱掺量及模数试块的抗压强度

Fig.3 Compressive strengths of test blocks with different ceramic powder contents (a), water-binder ratios (b), alkali con-tents (c) and moduli (d)

图4为铁尾矿基地聚物14 d龄期的微观形貌SEM图，并选取50个点进行EDS测试，典型测试点的能谱见图5所示。

图4

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图4 铁尾矿基地聚物SEM形貌

Fig.4 SEM image of iron tailings-based geopolymers

图5

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图5 典型测试点的EDS分析结果

Fig.5 EDS results of typical regions marked as spot 30 (a) and spot 32 (b) in Fig.4

根据50个关注点的能谱图中Ca、Al和Si含量，以氧化物的形式重新归一化为1，绘制CaO-SiO₂-Al₂O₃三元相图(图6)。参照文献[16]的方法，进一步确定凝胶的类型为N-A-S-H及C-A-S-H凝胶。这些凝胶共同填充在未反应的铁尾矿与陶瓷颗粒之间，形成致密坚硬的微观结构。图7是盐碱侵蚀前后地聚物的XRD图谱。

图6

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图6 CaO-SiO₂-Al₂O₃三元相图

Fig.6 CaO-SiO₂-Al₂O₃ ternary diagram

由图7可知，经过硫酸盐的侵蚀，试块内部有石膏生成，并且试块表面出现白色附着物，随着浸泡时间的延长，白色附着物(石膏)增多。

图7

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图7 铁尾矿基地聚物盐碱侵蚀前后XRD图谱

Fig.7 XRD patterns of iron tailings-based geopolymers before and after corrosion in saline-alkali simulated solution

2.2 EIS谱

图8为不同陶瓷粉掺量的试块在不同腐蚀时间下的Nyquist图，可见高频区容抗弧半径均随腐蚀时间的增加先变大后变小。随腐蚀时间的增加，低频区半圆弧会变得更加完整，这一特征表明铁尾矿基地聚物中钢筋的锈蚀程度正在加剧。

图8

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图8 陶瓷粉掺量30%、40%及50%试块在不同电加速腐蚀时间下的Nyquist曲线

Fig.8 Nyquist curves of test blocks with the ceramic powder contents of 30% (a), 40% (b) and 50% (c) after electrolytic accelerated corrosion for different time

高频区容抗弧半径发生变大和变小的现象，其主要原因可能为SO $_{4}^{2 -}$ 进入试块内部与Ca²⁺、N-A-S-H凝胶和C-(A)-S-H凝胶等物质发生反应，生成石膏、钙矾石等膨胀性产物^[17]；少量NaCl会与地聚物发生反应生成方钠石^[18]，二者共同堵塞了试块内部的部分孔隙；钢筋表面钝化膜发生破坏开始生成少量的铁锈。三者的共同作用使得高频区容抗弧半径随腐蚀时间延长而变大，但随着膨胀产物的不断产出，试块内部出现细微裂缝，此时高频区的电容抗弧半径开始变小。

根据试块的腐蚀特征及测得的阻抗谱曲线，使用图9所示的等效电路图来分析铁尾矿基地聚物-钢筋的锈蚀过程。该等效电路包含：腐蚀溶液电阻R_s、地聚物保护层电阻R_c和钢筋表面电荷转移电阻R_ct，以及分别与R_c、R_ct并联的地聚物动力学效应参数CPE₁和钢筋界面动力学效应参数CPE₂^[19]。电化学阻抗谱的数据使用Zview软件进行拟合，得到铁尾矿基地聚物的R_c、钢筋表面R_ct等。R_c可以反映铁尾矿基地聚物保护层的密实程度，R_ct可以表征钢筋表面钝化膜的稳定性。腐蚀电位法可以测得钢筋的自腐蚀电位，以反映铁尾矿基地聚物中钢筋发生腐蚀的难易程度。

图9

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图9 试块在不同电加速腐蚀时间下阻抗谱的等效电路图

Fig.9 Equivalent circuit diagram of EIS of test blocks after electrolytic accelerated corrosion for different time

基于试块的Nyquist曲线，利用Zview软件拟合分析得到不同电加速历程下，各配合比的铁尾矿基地聚物的R_c值，如图10所示。由图10a可见，在未通电锈蚀之前，试块的R_c值随陶瓷粉掺量的增加有明显上升的趋势。这表明陶瓷粉掺量越高，试块密实度越高，和试块抗压强度规律相吻合。但试块在电加速腐蚀后，陶瓷粉掺量最低试块的R_c值变化速率快，可能是由于陶瓷粉掺量30%的试块抗压强度低，密实度低，SO $_{4}^{2 -}$ 以及NaCl能更容易的进入试块内部，生成的石膏、方钠石等膨胀产物堵塞了试块内部的部分孔隙，试块密实度得到提高，使得初始电阻最低的试块R_c值提高的最大。在后续的电加速锈蚀过程中，试块R_c值一直保持最高，且由于试块强度低，内部更加松散，对石膏、铁锈等膨胀产物吸收性更好，不出现微观开裂和宏观裂缝，使得陶瓷粉掺量低的试块在整个电加速锈蚀过程中表现的最为优异。

图10

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图10 具有不同陶瓷粉掺量、水胶比、模数及碱掺量的试块的R_c值

Fig.10 R_c values of test blocks with different ceramic powder contents (a), water-binder ratios (b), moduli (c) and alkali contents (d)

由图10b可知，水胶比对试块的初始电阻影响不大，但随电加速时间的延长，水胶比最低的试块电阻最先发生下降，而另外两组试块电阻都是在48 h之后才开始下降。由图10c所示，在腐蚀之后，试块的电阻均随水玻璃模数的增加而增加，并且水玻璃模数1.0的试块电阻最先下降。由图10d所示，在未通电之前，不同碱掺量的试块电阻差距不大，符合碱掺量越低，试块电阻越高的规律；在电加速腐蚀之后试块电阻差距拉大，这表明碱掺量越低的试块对内部钢筋的保护效果越好。

2.3 腐蚀电位

腐蚀电位可以反应出钢筋发生锈蚀的难易程度，图11给出了不同配合比试块中钢筋锈蚀全过程的腐蚀电位随电加速时间的变化情况。

图11

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图11 不同陶瓷粉掺量、水胶比、模数及碱掺量试块的腐蚀电位

Fig.11 Corrosion potentials of test blocks with different ceramic powder contents (a), water-binder ratios (b), moduli (c) and alkali contents (d)

由图11可知，在电加速锈蚀过程中，不同配合比试块的腐蚀电位基本都为先变小后增加的趋势，由图11a可知，陶瓷粉掺量30%的试块腐蚀电位在电加速腐蚀的每个时间段下都是最高的，这反映出30%陶瓷粉掺量的试块发生锈蚀的概率是最低的，并且30%陶瓷粉掺量的试块也是最晚出现可见裂缝的。从而可以得出陶瓷粉掺量越高，试块中钢筋的腐蚀电位越低的变化规律。

由图11b可知，在电加速腐蚀之后，不同水胶比试块的腐蚀电位并未随水胶比的变化而表现出一定的规律，导致这种现象的原因可能是地聚物中的水仅有部分有助于原材料的初始溶解和后续的缩聚过程^[20]。相对于水泥基材料，在一定范围内水胶比对地聚物试块的最终强度及密实程度影响较小，但水胶比过大确实会增加地聚物的孔隙率，从而导致密实性较差，从而使得水胶比对钢筋的腐蚀电位影响不大。

由图11c可知，在电加速之后腐蚀电位随着水玻璃模数的增长而增长，原因可能是水玻璃模数提高，试块强度相应增大，使得试块的内部更加密实，Cl^-、SO $_{4}^{2 -}$ 等有害离子很难进入试块内部，钢筋发生锈蚀的概率降低。

由图11d可知，在未通电前试块中钢筋的腐蚀电位随碱掺量的增加依次增大；在电加速锈蚀之后，随碱掺量的增加，腐蚀电位变化速率依次减慢。发生此现象的原因可能为在未通电锈蚀之前，碱掺量高的试块内部存在的OH^-更多，使得钢筋发生锈蚀的可能性更小；但碱掺量过高时，较高的溶液浓度以及早期反应中会产生更多的凝胶，导致浆体的粘稠度增加，流动性降低，试块内部孔隙增加，降低了试块的密实度^[21]，所以造成电加速腐蚀之后碱掺量越高，试块的腐蚀电位越低。

2.4 极化曲线

2.4.1 不同陶瓷粉掺量的影响

图12为不同陶瓷粉掺量下试块中钢筋随电加速锈蚀时间变化的极化曲线，不同陶瓷粉掺量的试块在未通电腐蚀之前的极化曲线有着共同特征：阴极极化曲线非常平缓，而阳极极化曲线非常陡峭。阳极Tafel曲线斜率β_a非常大，电极阳极溶解过程阻力非常大，表明钢筋此时处于钝化状态。

图12

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图12 不同电加速腐蚀时间下陶瓷粉掺量30%、40%及50%试块的Tafel极化曲线

Fig.12 Tafel polarization curves of test blocks with ceramic powder contents of 30% (a), 40% (b) and 50% (c) after electro-lytic accelerated corrosion for different time

随着电加速腐蚀的延长，极化曲线与未通电腐蚀前出现明显差别，主要表现在阳极极化曲线的坡度明显减缓，即Tafel斜率明显降低，表明钢筋已经锈蚀。

2.4.2 不同配合比的影响

由图13可以看出，在未通电锈蚀前，腐蚀电流密度I_corr都很低，其值均在1 μA/cm²以下，这表明在此阶段钢筋表面的钝化膜并未发生破坏。

图13

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图13 不同陶瓷粉掺量、水胶比、模数及碱掺量试块的腐蚀电流密度

Fig.13 Corrosion current densities of test blocks with different ceramic powder contents (a), water-binder ratios (b), moduli (c) and alkali contents (d)

由图13a可知，在电加速锈蚀之后，I_corr值的变化基本符合随陶瓷粉掺量的增加而增加的规律，表明陶瓷粉掺量越高，钢筋的腐蚀速率越快。由图13b可知，在电加速锈蚀之后，0.55水胶比试块中钢筋的I_corr值最大，表明0.55水胶比试块中钢筋的锈蚀速度最快。由图13c可知，水玻璃模数越大，I_corr值越小，表明水玻璃模数越大的试块对钢筋的保护效果越好。由图13d可知，不同碱掺量的试块在电加速锈蚀之后，基本符合碱掺量越高，试块的I_corr值越高的规律，表明碱掺量越高，试块中钢筋腐蚀速率越快。

图14示出了不同配合比试块的极化电阻。可知，钢筋极化电阻随腐蚀时间的增加呈现先下降后上升再下降的趋势。

图14

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图14 不同陶瓷粉掺量、水胶比、模数及碱掺量试块的极化电阻

Fig.14 Polarization resistances of test blocks with different ceramic powder contents (a), water-binder ratios (b), moduli (c) and alkali contents (d)

在电加速24 h之后钢筋极化电阻急速下降，其原因可能为在侵蚀初期，试块的内部结构松散，各种有害离子可以更容易进入试块内部，大量Cl^-在钢筋表面聚集，使得钢筋表面钝化膜被破坏。但随侵蚀时间的延长，SO $_{4}^{2 -}$ 、NaCl等与试块中的Ca²⁺、C-(A)-S-H和N-A-S-H凝胶发生反应，生成石膏、方钠石等膨胀产物，堵塞试块内部部分孔隙，提高试块密实度，使得钢筋极化电阻上升；后由于SO $_{4}^{2 -}$ 、Cl^-等持续侵蚀，试块的内部孔隙被胀裂形成连通孔，试块出现裂纹，钢筋锈蚀程度加剧，钢筋极化电阻降低。

3 结论

(1) 电加速腐蚀的整个过程中，试块电阻呈现先上升后下降的趋势，表明SO $_{4}^{2 -}$ 和NaCl在腐蚀前期可以增强铁尾矿基地聚物的密实性。

(2) 在同一盐碱地模拟溶液和电加速条件下，合理配合比的试块对钢筋的保护效果更好，尤其是陶瓷粉掺量对钢筋的保护效果影响更加明显；陶瓷粉掺量低，初始电阻较低的试块对石膏、铁锈等膨胀产物吸收性更好，在盐碱地复杂侵蚀环境中抗锈蚀性能更好。

(3) 通过试块的R_c值变化规律得出陶瓷粉掺量较低、水玻璃模数较高、碱掺量较低的配合比试块的抗锈蚀能力更好。

(4) 陶瓷粉掺量较高、水玻璃模数较低、碱掺量较高的试块腐蚀电流较大，钢筋的锈蚀程度也较大。

参考文献

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文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

Lin

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