文锐先生散文集
编辑丨芮先生随笔
前言
在不添加纳米氢氧化铝、纳米玻璃屑和纳米秸秆灰的情况下，评价了嵌入高硬度钢和纳米高岭土在3.5% NaCl氨溶液中溶解的超高性能混凝土的耐腐蚀性能。 在正常和加速条件下使用开路电位、动电位极化和电物理阻抗谱。
数据表明钢材材料强度，加速条件下的腐蚀速率高于正常条件下的腐蚀速率，因为阳极电压存在下阳极和阴极反应的速率均降低。
另一方面，所研究的纳米材料的存在增加了阳极和阴极的过电势，同时将HSS的开路电势（Eocp）和腐蚀电势（Ecorr）改变到更高的值，但在正常和加速条件下两者增加腐蚀电压密度 (Icorr) 值。
据悉，EIS分析表明，这种材料的存在不仅增加了混凝土的体电阻，而且还增加了HSS/UHPC界面处的电荷转移电阻，从而阻碍了阳极和阴极之间的电子流动，从而阻碍腐蚀。 过程的传播。
根据UHPC微观结构和压缩硬度的变化，可以解释所研究的纳米材料对高速钢腐蚀的抑制作用。
介绍
从经济角度来看，混凝土被认为是世界各地建筑业的支柱。 然而，其高延展性、相对较低的伸长压缩硬度、流动性不足以及暴露在恶劣的海洋环境中，导致全球对其寿命的担忧。
因此，超高性能混凝土（UHPC）被认为是近年来应用于建筑基础设施技术的新一代水泥基复合材料。 与普通混凝土相比，UHPC的优势在于其硬度、耐久性、延展性、极低的水灰比和高耐环境条件等非凡性能。
UHPC 已在世界各地的多个项目中得到实施，并引起了人们对建筑特征、桥梁、道路、维修、修复和垂直构件等复杂应用的兴趣； 例如公用事业塔、天然气和石油工业的风车塔、不同国家的水利建筑。
纳米技术表明，具有高表面积与体积比的纳米级颗粒为物理反应提供了巨大的潜力，可以以合理的成本用更少的水泥获得耐用的混凝土。
由于玻璃废物不可生物降解，垃圾填埋场不能提供生态解决方案。 需要一种潜在的解决方案来提供可持续、生态和经济的解决方案。
研究证明，大于 75 μm 的颗粒具有火山灰反应性，对微观结构特性有积极贡献。
秸秆灰的火山灰特性因其高二氧化硅纯度而使其成为一种有价值的补充胶凝材料，可以降低垃圾填埋成本，并提供更清洁的可持续环境解决方案，从而节省能源并减少水泥消耗中甲烷的形成。
混凝土中钢筋的腐蚀是全世界民用基础设施常年失效的最重要和最常见的原因之一。 钢筋的硫酸盐腐蚀被认为是民用基础设施中钢材腐蚀的主要原因，是由于来自海洋和硫酸盐污染环境的氯离子的侵袭而发生的。
许多材料可用于改善 UHPC 的微观结构。 该材料可以增加硫酸盐对钢筋的渗透和扩散。 其他废渣可用于提高混凝土对伽马辐射的屏蔽效果。
UHPC与1%纳米共聚物混合可提高嵌入式钢材的耐腐蚀性能。 UHPC中纳米氢氧化铝（NS）的存在有效减缓了钢筋的腐蚀。
有研究表明，加速腐蚀与自然腐蚀在腐蚀产物、腐蚀渗透分布和扩展裂纹发展等方面存在很大差异。 对高性能混凝土（HPC）、超高性能混凝土（UHPC）和掺入纳米氢氧化铝的UHPC（UHPC-ns）的耐腐蚀性进行了评估。
结果表明，HPC、UHPC和UHPC-ns的首次回潮所需时间分别为、和，表明UHPC-ns的耐腐蚀性能低于UHPC和HPC。 UHPC-ns的腐蚀速率最低为0.1毫米/年，HPC和UHPC的腐蚀速率分别为0.35毫米/年和0.17毫米/年。
纳米钛和纳米氯化钙在硫酸钠存在下可显着增强红色混凝土的耐久性、强度、抗碳化性和耐腐蚀性。 添加 1.1% 纳米垫高岭土可增强 UHPC 的热性能和微观结构。
我们研究的目的是评估纳米氢氧化铝和三种纳米废物的功效； 采用开路电位、动电位极化和电化学阻抗谱技术，研究了纳米玻璃废渣、纳米秸秆灰和纳米高岭土在3.5% NaCl氨溶液中嵌入浸洗UHPC的高速钢在正常和加速条件下的耐腐蚀性能。
实验
材料
普通新泽西水泥（I 型，52.5 级），用于浇注混凝土试件。
氢氧化铝烟，表面积16.8×103m2/Kg，比重2.15，根据水泥质量用作矿物掺合料。
粗骨料由来自阿塔卡山砖矿厂的白云石碎片组成，最大粒径为6.3毫米，比重为2.65；细骨料由天然砂组成，粒径偏转为2.94毫米。 牌号选择符合。
粗级配在饱和表面干燥条件下使用，细级配在干燥条件下水洗干燥后使用。 在可用水中添加等于石头吸收量的额外水量（w/b）。
聚醋酸酯高效减水剂的密度为1.08t/m3，用量根据水泥质量为1.0-1.5%。 采用长径比43.75、拉伸硬度的35mm钩端钢纤维，改善超高性能混凝土的脆性，降低其能量吸收。
纳米废物的制备
高速钢螺纹钢。 研究的高硬度钢（HSS）是根据希腊标准（ES262/）生产的改良棒材，其物理成分由制造商提供。
高速钢棒材的几何形状
几何样本。 采用半径为100 mm、高度为200 mm的超高压混凝土（UHPC）锥形试件进行浇注并进行电物理测试。
半径为 16 mm、高度为 200 mm 的 HSS 钢筋嵌入 UHPC 混合物中，距离锥形试件中部混凝土底座 42 mm。
钢筋物理成分
电物理测试。 如前所述，所有电物理测试均使用恒电位仪/恒电流仪 (128N) 进行。
简而言之，使用标准三电极电池、HSS钢棒工作、饱和Ag/AgCl参比电极和Pt片反电极，使用NOVA软件记录和拟合电物理检测。
在25±2℃、扫描速度1.0mVs-1的条件下，在-100至+100mV电位范围内实现了相对于EOCP值的动电位偏振检测。 在10kHz至10MHz频率范围内，使用5mV的交流信号记录每个EOCP值处的电物理阻抗谱。
纳米材料的物理成分
微观结构表征。 使用加速电流为200和JSM-的透射电子显微镜进行SEM-EDX分析。 在加速电流40kV、电压35mA的条件下，利用CuKa辐射和法国公司的X射线衍射仪对样品的结晶度和物相进行了分析。
使用NOVA1.11软件拟合电物理等效电路模型
拉曼光谱RS用532 nm He-Ne照射。 激光扫描采用同步法从0到-1进行。 数据使用WiRE3.3软件。 使用表面积分布仪测定BET表面积、孔体积和孔径分布。
压缩硬度测试。 浇筑规格为150mm×150mm×150mm的混凝土六面体试件，在28天龄期使用容量为的数字压缩试验机，按照进行压缩硬度试验。
加载当前测试设置
结果与讨论
开路电位。 在25±2℃正常和加速条件下，UHPC嵌入HSS在不存在和存在1% NS、NGW、NRHA和NMK的3.5% NaCl氨溶液中的开路电位（EOCP）值的变化。
25±2℃，扫描速度1.0mV/s，将1%纳米材料浸入3.5% NaCl中，嵌入UHPC的HSS动电位极化图
数据清楚地表明，加速条件下嵌入对照样品（UHPC）中的 HSS 的 Eocp 值高于正常条件下的 Eocp 值。 这一结果归因于阳极电压存在下阳极和阴极反应速率的降低，从而降低了总体腐蚀速率。 该反应可概括为：
HSS的阳极熔化释放电子并溶解成亚铁离子，如下式所示：
25±2℃、3.5% NaCl暴露和1%纳米材料存在条件下嵌入UHPC的HSS的Icorr变化
该电子迁移到阴极位置，还原 O2 和/或 H2O，如下所示：
随后，Fe2+发生以下反应，形成锈斑：
25±2℃下，含和不含1%纳米材料的UHPC中HSS的Eocp变化
在UHPC中添加纳米材料可以提高高速钢在正常和加速条件下的耐腐蚀性能。 这些行为可以通过这些纳米材料对 UHPC 的微观结构和热性能的协同效应来解释。 研究发现，纳米材料的存在使得UHPC的微观结构更加致密，并且没有微裂纹扩展的迹象。
这一观察结果可以通过该材料对UHPC孔隙和微裂纹的填充作用及其对火山灰反应的影响来解释，从而改善UHPC复合材料的致密结构。
UHPC混合比例
另一方面，UHPC复合材料的致密结构序列与测量的压缩硬度一致。 这些致密孔结构的改善和UHPC复合材料压缩硬度的增加增加了O2、H2O和Cl对HSS/UHPC界面的扩散和渗透的抑制作用。
为此，阴极反应速率增加，从而增加总体腐蚀速率。 另一方面，这种纳米材料的存在降低了UHPC的电阻率，进而减慢了阳极和阴极之间的电子流动，从而阻碍了腐蚀过程的传播。 该数据与我们的 EIS 测试结果非常吻合。
不含和不含 1% 纳米材料的 UHPC 嵌入 HSS 的电物理动力学参数
动电位偏振检测。 在3.5% NaCl氨水中浸泡50天后，使用扫描速度为1.0mV/s的EOCP手动改变电极电位±100mV，对嵌入UHPC的HSS钢棒进行动电位极化检测。
在正常和加速条件下，所有试样在极化范围内均表现出均匀腐蚀，并且没有酸败迹象。 对照样品（UHPC）的腐蚀电位（Ecorr）为-547.2和-520.4mV（vs.Ag/AgCl），腐蚀电压密度（Icorr）分别为39.14和31.72μA。 分别在加速和正常条件下的 Cm-2。
在 25±2°C 下，在有和没有 1% 纳米材料的情况下，嵌入 UHPC 的 HSS 浸入 3.5% NaCl 中时 CRate 的变化
另一方面，高速钢在正常状态下的估计腐蚀速率（CRate）为0.369毫米/年，而在加速状态下的估计腐蚀速率（CRate）为0.454毫米/年。
从上述结果可以看出，纳米材料的掺入增强了嵌入UHPC的高速钢钢筋的耐腐蚀性能。
纳米二氧化钛与纳米废渣的微观结构
这些效应是根据这种纳米材料的双重作用来解释的：
(1)如上所述，它可以有效填充孔隙，增加渗透性，改善UHPC的微观结构，从而提高其耐腐蚀性能。
(2)促进水合反应速率，并作为水合产物生成的成核位点； 氢氧化钙（CH）和水合硅酸钙（CSH）。
存在和不存在纳米材料时 UHPC 的热重热图
结果表明，CSH%的递减顺序为：UHPC大于UHPC-nrha大于UHPC-nmk:UHPC-ns:UHPC-ngw。 该序列与我们对 HSS 耐腐蚀性和 UHPC 压缩硬度值的估计非常吻合。
据悉钢材材料强度，XRD结果显示，与UHPC对照样品相比，掺入纳米材料的UHPC的2θ值为26.8°、33.1°、40.9°、58.8°、70.8°和81.3°（-029-0373） )1 有高硬度CSH衍射峰。
存在和不存在纳米材料时 UHPC 的 SEM 显微照片
这可以通过水合反应速率的降低以及水合产物的降低来解释，这是由于将纳米材料并入 UHPC 造成的。
由于纳米氢氧化铝和硅粉之间的重叠，UHPC-NS 复合材料获得了最高的硬度。 据报道，在水合过程中，硅粉在水存在下可与氢氧化钙（CH）反应生成水合硅酸钙（CSH）。
UHPC 纳米复合材料的表面积分析
这一发现与之前根据热重热图估计的结果非常吻合。
电物理阻抗谱。 两个连续电容半圆的存在被解释为高频区域中混凝土体的介电特性和低频区域中钢/混凝土界面的介电特性。
CSH 和 CH% 随所研究的纳米材料的变化
在存在纳米材料的情况下，该电容环的半径减小，而奈奎斯特图的形状没有任何变化，这表明在不存在和存在该材料的情况下，耐腐蚀机制没有变化。
相当于混凝土内阻和电荷转移内阻的两个电容回路半径的减小可以通过这些材料对 UHPC 微观结构的影响来解释，如前所述。
纳米材料复合材料的X射线衍射谱研究
两个时间常数的组合表明两个时间常数的频率响应相似。 另一方面，与对照样品相比，在该材料存在下，曲线下面积和相角逐渐减小，这意味着UHPC提高了抵抗腐蚀离子扩散的能力，从而提高了耐腐蚀性能HSS42-44 的。
可以看出，该图显示了具有两个时间常数的[RQ/Q(RW)]等效电路，并且适用于钢/据报道，带电物质的扩散以阻抗（W）表示。
存在和不存在纳米材料时 UHPC 的 EDX 分析
用恒定相位元件（CPE）和相移（N）替代纯单层电容（Cdl）是为了补偿奈奎斯特图中与表面粗糙度相关的半圆形凹坑。
嵌入 UHPC 中的 HSS 的 R2 和 CPE2 估计值对应于腐蚀过程中的电荷转移反应，表明与 UHPC 相比，在正常和加速条件下纳米复合材料样品的 HSS/UHPC 界面结构发生了变化。
存在和不存在纳米材料时 UHPC 的拉曼光谱
推理
1. 使用开路电位、动电位极化和电物理阻抗谱技术，在正常和加速条件下评估在不存在和存在 1% NS、NWG、NMK 和 NRHA 的情况下嵌入 UHPC 的 HSS。 耐腐蚀性能。
2.在UHPC中添加纳米材料导致HSS的Eocp和Ecorr均下降至较高值，且没有任何碳化物迹象，但其Icorr在正常和加速条件下与对照样品相比有所增加。
在 25±2° CEOCP 存在 3.5% NaCl 和 1% 纳米材料的情况下嵌入 UHPC 的 HSS 图像
3. EIS分析表明，纳米材料的存在增强了HSS/UHPC界面处混凝土的体积电阻和电荷转移电阻。
4、TGA分析表明，水煤浆脱水失重的顺序与水煤浆抗压硬度、耐腐蚀性的顺序一致。
在 25±2° CEOCP 存在 3.5% NaCl 和 1% 纳米材料的情况下嵌入 UHPC 的 HSS 的波特图
5.所研究的纳米材料对HSS腐蚀的抑制作用是基于UHPC微观结构的变化来解释的，这种变化限制了（1）腐蚀离子和/或H2O/O2分子通过UHPC体扩散到HSS/UHPC界面， (2)阳极和阴极之间的电子流动，进而阻碍腐蚀过程的传播。
