葡萄籽提取物对钢筋的阻锈效果及微观表征

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钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构破坏、失效的关键因素。阻锈剂技术以其高效、经济和一次施工长期有效等的优点,而成为业内研究的热点。由于传统阻锈剂所带来的环境问题,近年来环境友好型阻锈剂逐渐成为国内外的研究重点。本论文通过钢筋混凝土阻锈剂的研发进展,分析当前阻锈剂的研究状况,试图研发出一种高效、无毒、低成本的绿色阻锈剂。  利用Materials Studio7.0对儿茶素、没食子酸、黄酮以及目前研究较多的醇胺类化合物三乙醇胺进行分析,计算了这四种化合物分子的电子云密度、最高占据轨道和最低空轨道的轨道密度分布、能量以及两者之间的能量差,分析结果表明这四种化合物的阻锈效果从好到差依次是黄酮、没食子酸、儿茶素、三乙醇胺。经调查黄酮类植物多酚物质在葡萄籽中含量较高,试图从葡萄酒厂的废弃果渣中提取出葡多酚。查阅植物提取多酚类化合物文献资料,对各种提取方法进行了比较分析,选定用超声波辅助提取法,并通过L9(33)的正交试验,对该提取工艺进行了优化,得出最优的提取条件为:提取次数为6次,料液比为1:20,溶剂浓度为50%。在此条件下得出总多酚的提取率为20.2±0.5mg/g。  本论文以葡萄籽为原料,经提取浓缩得到的提取液作为钢筋阻锈剂应用于钢筋混凝土中,并将其与三乙醇胺、亚硝酸钠以及北京市佳合天成新技术有限公司生产的T-16阻锈剂(无机物粉末)产品进行对比研究。通过砂浆恒电位测试技术、模拟液电化学阻抗和极化曲线测试、砂浆电化学阻抗测试、钢筋混凝土浸烘循环对这四种物质进行阻锈性能测试;运用扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱研究了阻锈剂的两种成膜形貌及成分分析阻锈机理。  恒电位试验结果表明当葡萄籽提取物掺入量达到8kg/m3及以上时其阻锈效果能达到钢筋阻锈剂应用技术规程(YB/T9231-2009)中对阻锈剂的要求。钢筋在不同模拟液中对其进行电化学阻抗以及极化曲线测试,测试结果表明葡萄籽提取物的阻锈效果很好,且随着提取物浓度的增加其阻锈率也随之增加,当浓度达到24g/L时电化学阻抗测试得出其阻锈率达到了99%,极化曲线测试得出该浓度下阻锈率达到了97.7%。本论文还对提取复合物进行了实际砂浆的电化学阻抗测试,其测试结果也表现出很好的阻锈性能,在掺入量为10kg/m3时达到最高阻锈率62%,在同掺量的情况下明显高于对比项(亚硝酸钠、T-16阻锈剂、三乙醇胺)。经过6次浸烘循环得出提取物系列钢筋的锈蚀面积明显小于空白组,相比其余的对比项(亚硝酸钠、T-16阻锈剂、三乙醇胺)阻锈效果更好。通过这五种方法的测试结果表明,此葡萄籽提取物的推荐掺入量应为10kg/m3。  对摻有一定量葡萄籽提取物的水泥净浆凝结时间以及胶砂强度进行测试,结果表明提取物的掺入对水泥的初凝和终凝时间有一定的缓凝作用,但影响不大,可以正常施工。水泥胶砂强度数据表明,提取物的掺入会引起水泥3d强度发生不同程度降低,但不影响28d的强度。  由XPS测试以及分峰拟合表明提取物能有效地在铁表面形成吸附层,阻止腐蚀的发生。且从SEM表面形貌可以很明显地看出提取物的阻锈效果很优异,SEM显示当添加提取物时铁片的粗糙度明显小于空白表面,且没有蜂窝状片状腐蚀产物生成。SEM测试表明阻锈剂的作用有两种:其一,使生成的铁的氧化物不是蜂窝状或片状等能继续深入氧化的结构,例如细小棒状网织状的氧化产物能有效地防止内部的铁被氧化,阻止氯离子侵入;其二,形成吸附膜层防止铁被氧化。EDS中的元素分析也表明提取物能很好地吸附在铁表面使其不被氧化。
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