Cement Concrete Comp. ：氧化石墨烯对暴露于3.5 M NaCl溶液中钢筋混凝土的缓蚀作用

题目

The corrosion-inhibitory influence of graphene oxide on steel reinforcement embedded in concrete exposed to a 3.5 M NaCl solution

氧化石墨烯对暴露于3.5 M NaCl溶液中钢筋混凝土的缓蚀作用

关键词

混凝土；氧化石墨烯；缓蚀；钢筋；氯离子环境；电化学测试

来源

出版年份：2025年

来源：Cement and Concrete Composites

通讯作者：西班牙马德里理工大学J.C. Galvez

研究背景

钢筋混凝土因其原材料丰富且成本低而广泛应用于各类工程中。然而，钢筋混凝土易出现耐久性问题，如特定环境下基体化学降解和钢筋腐蚀。其中，钢筋腐蚀通常由碳化和氯离子渗透引起，导致混凝土保护层开裂和钢筋强度下降，进而影响结构整体性能。特别是在海洋和沿海地区，由于氯离子浓度较高，腐蚀问题尤为严重。具体而言，氯离子通过混凝土孔隙渗透到钢筋表面，当其浓度达临界值时，会破坏钢筋钝化膜并形成大量腐蚀产物，从而产生内应力并引起混凝土裂缝。此外，钢筋腐蚀速率受混凝土孔隙率、氯离子浓度、氧气扩散及混凝土强度等因素影响。为防止钢筋腐蚀，已开发了阴极保护、不锈钢钢筋、防护涂层和缓蚀剂等技术。然而，上述方法存在一些缺点，如腐蚀防护效果不足、成本高、负面环境影响（包括释放有毒化学物质或污染物）等。

碳纳米管、纳米纤维素、纳米SiO₂、纳米TiO₂和氧化石墨烯（GO）等纳米材料是有前景的缓蚀剂，通过加速水化过程改善混凝土微观结构和钢筋混凝土界面，有助于降低混凝土孔隙率。更重要的是，纳米材料在提升钢筋混凝土耐腐蚀性方面展现出巨大潜力。其中，GO是一种源自石墨烯的纳米增强材料，通过化学过程在石墨烯上掺杂含氧基团形成。它具有高比表面积、优异的力学性能和导热性，表面富含羟基（-OH）、环氧基（-O-）、羰基（C=O）和羧基（-COOH）等活性含氧基团。这些亲水基团提高了GO在水中的分散性，并可作为水泥水化过程中成核位点，促进水化产物形成。此外，活性基团可参与化学或物理相互作用，从而增强与水泥基体的界面键合。研究表明，GO可显著提升混凝土耐久性，包括抗氯离子侵蚀性、抗渗性及抗冻融性。

研究出发点

截至目前，尚无文献深入研究GO对水泥基材料中钢筋腐蚀行为的影响。

研究内容

本文评估了GO对混凝土中预埋钢筋耐腐蚀性影响。具体为：制备两种不同GO掺量（0.0005 wt%和0.005 wt%）的混凝土试样，并设置空白对照组；对试样进行气体渗透性、电阻率和电化学测试；采用扫描电子显微镜结合能谱仪（SEM-EDS）分析钢筋在3.5 M NaCl溶液中干湿循环一年后的腐蚀情况。

总结

本文探讨了氧化石墨烯（GO）对混凝土基体及预埋钢筋表面影响。主要结论如下：

（1）电化学结果表明，掺入GO可降低混凝土中钢筋腐蚀电流密度（I_corr），使腐蚀电位正移，并显著提高电荷转移电阻（R_ct），从而实现长期缓蚀效果。经28次干湿循环后，HBDGO_005（GO含量为0.005 wt%的试样）缓蚀效率最高。

（2）扫描电子显微镜结合能谱仪（SEM-EDS）结果表明，GO改性混凝土中钢筋表面存在较高碳含量和较低氯含量，表明GO吸附在钢筋表面，从而形成保护膜。另外，缓蚀剂浓度越高，检测到钢筋表面GO含量越高。

（3）对于HBDGO_0005（GO含量为0.0005 wt%的试样）和HBDGO_005，观察到气体渗透性下降、电阻率增加及钢筋表面氯含量下降。这表明掺入GO可改变混凝土微观结构，使其更致密，从而降低氧气和氯离子渗透性。

本期编者简介

翻译：

徐敏杰        硕士生         吉林建筑大学

校核：

若   来

排版：

徐敏杰        硕士生         吉林建筑大学

本期学术指导

王宝民         教    授           大连理工大学

文献链接：https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2024.105835