關鍵詞：環氧樹脂；涂層；混凝土；腐蝕；絲束電極
0.前言
當今的大壩、大橋、高樓等基礎設施大多由鋼筋混凝土建成，在空氣和環境中富含氯離子的沿海地區和在使用去冰鹽化冰的地區，氯離子是造成水泥混凝土破壞的主要因素之一。氯離子對混凝土的破壞：一方面表現在氯離子可在水泥混凝土中成鹽結晶，體積膨脹，從而使水泥混凝土開裂；另一方面，氯離子可破壞鈍化層，對鋼筋形成點蝕[1]。為了延長基礎設施的使用壽命，可以通過增加水泥混凝土結構本身的密實性（添加混合物如緩蝕劑）、鋼筋表面處理、陰極保護、水泥混凝土結構表面的防護以及替代的增強材料（如碳纖維）來進行。其中，環氧樹脂涂層可以有效地阻隔混凝土及鋼筋與有害物質接觸，從而彌補混凝土多孔性的缺陷，起到很好的防護作用[2]。
1.材料與方法
將長16cm、直徑為2mm的鐵絲用金相砂紙逐級打磨，經乙醇、丙酮清洗后，在鐵絲表面涂覆一層環氧樹脂，打磨并清洗鐵絲的另一端以作為研究面。取52.5#普通硅酸鹽水泥，按水灰比1∶2、灰砂比1∶4混合后攪拌均勻，分別澆注在3組15cm×15cm×15cm的混凝土澆注模中。將16根鐵絲排列成4×4的矩陣插入混凝土澆注試樣中，行距與列距均為3cm。插入深度不同，其中第1行鐵絲距離腐蝕液浸入面為1cm，此后逐行增加1cm，至第4行其距離腐蝕液浸入面為4cm。其試樣結構見圖1。
圖1混凝土試樣結構圖
將混凝土試樣進行不同的表面處理：空白、鐵絲表面涂抹樹脂、混凝土表面涂抹樹脂、混凝土與鐵絲表面均涂抹樹脂。其中，樹脂涂料用環氧樹脂和聚酰胺環氧樹脂按1∶1的比例混合而成。將試樣分別浸泡在2%、3%、5%、7%、10%、12%的NaCl溶液中。采用三電極法，用EG&G283恒電位掃描儀測量電極極化曲線，連續測量9d，測量周期為24h；以飽和甘汞電極為參比電極，采用SDC-Ⅲ數字電位差綜合測試儀測量電位，將試樣浸泡在3%的NaCl溶液中，浸入面處于同一水平面。每天測量每個電極的腐蝕電位，連續測量9d，測量周期為24h。
2.結果和討論
2.1空白試樣
將得到的腐蝕電流密度換算成腐蝕速率后，用Origin軟件將它們制成直觀的二維腐蝕趨勢圖，見圖2。
圖2空白試樣中鐵絲的平均腐蝕電位隨時間的變化圖
圖中曲線1、2、3、4分別表示插入深度為14cm、13cm、12cm、11cm的4行鐵絲的腐蝕電位變化。由圖2可知：在測量的第1天，鐵絲的電位均小于-0.28V。根據文獻：當鐵絲電位在0～-0.28V時不發生銹蝕，-0.28～-0.40V時存在銹蝕可能，而小于-0.40V會發生銹蝕。這表明，在浸泡1d后，鐵絲表面的鈍化膜都已遭到了不同程度的破壞。而且隨著時間的推移，鐵絲的腐蝕不斷在加劇，電位不斷地負移。前6天鐵絲的電位負移程度很大，而在后3天則趨于平穩，這主要與混凝土的結構有關。由于混凝土內部結構很復雜，每塊區域的密實性不一，孔隙數和孔隙大小也各不相同，使得前6天每根鐵絲受到的腐蝕程度有著很大的差異性。而隨著浸泡時間的不斷延續，鐵絲周圍的Cl-濃度都達到了臨界值，16根鐵絲的電位圖逐漸趨于平穩，使得鐵絲后3天的腐蝕電位差距較前6天的要小。
2.2環氧樹脂涂層鐵絲表面
鐵絲表面涂抹樹脂試樣的電化學測量結果見圖3。
圖3鐵絲表面涂抹樹脂試樣中鐵絲的平均腐蝕電位隨時間的變化圖
由圖3可知：在測量的第1天，第1行鐵絲的平均電位就已經小于-0.40V，鐵絲都受到了腐蝕，而第2、3、4行鐵絲仍處于鈍化狀態。這主要是由于第1行鐵絲離底部的浸入面最近，Cl-到達第1行鐵絲最快，吸附時間也最長，使得鐵絲上的樹脂涂層最快被破壞而引起腐蝕。除第2行鐵絲外，其他3行鐵絲從第5天開始電位都趨于平緩，到了第7天，電位都有小幅的下降而到第8天時又逐漸上升。出現這一現象的原因是：經過幾天的浸泡后，鐵絲上的涂層逐漸被氯離子破壞，裸露出的鐵絲與周圍高堿性的混凝土發生了堿腐蝕，形成一層保護膜，使得電位逐漸平緩并有所上升。但由于氯離子的不斷侵蝕，混凝土的孔隙液里充滿了游離的Cl-，鐵絲上剛形成的鈍化膜又遭到了破壞，使得電位又出現了下降。
2.3環氧樹脂涂層混凝土表面
圖4是混凝土表面涂抹樹脂試樣中鐵絲的平均腐蝕電位隨時間變化圖。
由圖4可知，混凝土表面涂抹樹脂試樣的平均自腐蝕電位變化較穩定，并未隨著時間的增加而發生很大的負移，9d里電位都穩定在-0.28V以上。比較4個試樣我們可知，只在混凝土表面涂抹環氧樹脂的做法保護性能最優。這是因為混凝土內部具有高堿性（pH值為12.5～13），鋼筋處在這種高堿性條件下會發生堿腐蝕，在極短的時間內鋼筋表面迅速形成一層厚約十至幾十埃且十分致密的Fe3O4和Fe2O3鈍化膜，將保護鋼筋免遭進一步腐蝕。只有鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞，鋼筋才可能進一步腐蝕[1]。
圖5混凝土表面涂抹樹脂試樣中鐵絲的腐蝕電位分布圖
2.4絲束電極中腐蝕電位分布
圖5中X，Y軸表示鐵絲所處的坐標，Z軸為腐蝕電位的相反數-E。從圖5可知，混凝土表面涂抹樹脂試樣的電位分布圖波動性最小，除了幾根異常的鐵絲外，大多數鐵絲在浸泡9d后，電位值仍高于-0.28V處于鈍化狀態，這是因為混凝土外表面上的環氧樹脂涂層有效地阻止了有害物質的侵入。混凝土中鋼筋鈍化膜遭到破壞的機理[3-6]：一是混凝土的碳化，空氣中的CO2在混凝土表面逐漸被Ca(OH)2吸收形成CaCO3；二是Cl-的侵入，Cl-滲透到鋼筋周圍達到一定的濃度（臨界濃度）時就會破壞鈍化膜，導致鋼筋發生電化學腐蝕。由于混凝土涂層在混凝土與溶液之間形成了很好的阻隔作用，阻止了腐蝕介質的進入，使得鐵絲一直在混凝土中處于很好的鈍化狀態。所以，在混凝土表面涂抹環氧樹脂的方式能有效地保護鋼筋不被腐蝕。這說明了只在混凝土表面涂抹樹脂的方式保護性是最好的。
在測量電位時還發現，涂抹了環氧樹脂的試樣電位波動很大，不容易穩定。由文獻[7]可知這與環氧樹脂具有良好的電絕緣性有關。應用于電氣化鐵路、地鐵的鋼筋混凝土會經常受到雜散電流的影響從而引起腐蝕。因此，可以將涂敷了環氧樹脂的鋼筋混凝土應用于會產生雜散電流的建構物中。
3.結論
（1）只在混凝土表面涂抹環氧樹脂是最好的保護方式，環氧樹脂涂層能有效地隔離環境中的侵蝕性物質，彌補混凝土多孔性的缺陷。對防止沿海地區和冰雪融化劑的氯離子對混凝土的破壞作用有意義。（2）環氧樹脂有著良好的電絕緣性，可應用于有雜散電流作用的混凝土結構物的防腐蝕。（3）絲束電極技術能有效地模擬混凝土中鋼筋的腐蝕狀況，為我們提供了豐富可靠的數據。
