1.简介

  在建筑物的使用寿命期间，金属结构会受到环境的侵蚀，尤其是二氧化碳的侵蚀。事实上，铁在混凝土内部的基本介质中是稳定的（pH=12-14），但是碳酸盐溶解在水中，通过混凝土迁移到金属部分。这种现象意味着金属结构周围的pH值降低。在图1的E-pH图[1]中，用箭头表示pH值的变化。在酸性的pH值下，铁不再是钝化的形式，而是具有腐蚀性的形式。因此，建筑物的强度受到影响。例如，Grenoble的“Tour Perret”（图2），这是1924年欧洲建造的第一座钢筋混凝土建筑，目前正因为这个过程而分崩离析。

  图2: Grenoble的“Tour Perret”，1924年欧洲建造的第一座钢筋混凝土建筑

  在此背景下，开发了一种电化学工艺，以在基本条件下保持钢筋混凝土中金属杆的周围环境[2-7]。将作为阴极的待处理材料浸入碱性电解膏（K2CO3或Na2CO3）中，并在该膏中插入阳极（图3）。在金属棒处进行的水的还原反应，通过生成OH-（式1）使金属棒周围的介质更简单。

  
  本文研究了混凝土砌块中金属杆的腐蚀过程。进行再钾化（碱性介质中的电分解），并通过循环动电位极化（CPP）检查处理的益处。
  1.实验条件
  在NaCl（3%）或NaOH溶液（0.4 mol.L-1）中使用由EC-Lab软件驱动的VMP3仪器进行研究。测量前，将混凝土块浸入溶液中两天。
  使用三电极装置：
  -混凝土块内的钢棒作为工作电极，表面积：A=10 cm2（图4）；
  -Ag/AgCl电极作为参比电极；

  -合金丝作为对电极。

  1.结果
  3.1 极化电阻的计算

  首先，我们必须检查材料是否在Tafel条件下[8-9]。因此，极化电阻（Rp）应远高于欧姆电阻（RΩ）。这两个特性可以通过电化学阻抗谱（EIS）测量来确定（图5）。RΩ=202 Ω与Rp>12800 Ω相比可以忽略不计（图6）。因此，“Tafel fit”的条件得到了满足。

  图5: PEIS实验的参数设置窗口

  在稳态条件下（非常慢的扫描速度，即2.5），也可以通过很小的电位范围内（开路电压周围±10 mV，即-547 mV vs. Ag/AgCl）的伏安测量来确定Rp。图7显示了电流电位曲线和“Rp Fit”，并给出Rp=11744 Ω。两种方法测定的Rp值一致。

图7: 电流电位曲线和“Rp Fit”

  3.2 再钾化

  采用计时电位（CP）技术在NaOH（0.4 mol.L-1；pH=13）中在Is=-10 mA下进行66小时（图8）的再钾化处理。电解过程中的电位和电荷如图9所示。电解结束时，电位达到稳定值，-2.4 V vs. Ag/AgCl。

  图8: CP实验的参数设置窗口

  3.3 金属棒的特性

  为了检验再钾化的效率，在再钾化处理前后进行了CPP实验。这些实验的参数如图10所示。

  再碱化前后CPP的比较（图11）显示了由于钢棒还原而引起的阴极位移。对两条曲线进行“Tafel fit”分析，分别给出再碱化处理前后CPP测量的Ecorr分别为-616和-1077 mV vs.Ag/AgCl。

  计算其他参数（Icorr、βc、βa和腐蚀速率）如图11和表1所示。腐蚀速率由公式2给出：
  （2）
  其中K为常数，EW为当量，d为密度，A为电极表面积。对于钢，EW和d分别为18.616 g/eq.和7.8。

  表1: CPP测试的数据

  这些拟合表明，再碱化前的腐蚀速率比再碱化后高50%。腐蚀速率的降低表明了再碱化过程的效率。
  1.结论
  本文中的工作说明电化学技术能够修复（电解）和表征（CPP，阻抗，及其相应的分析）建筑物的金属结构。这是电化学对土木工程领域贡献的一个例子。
  参考文献
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  [2]E. Cailleux, E. Marie-Victoire, L'actualite? chimique, 2007, n°312-313, 22-28.
  [3]http://www.novbeton.com/html/index-5.html
  [4]N. Davison, G. Glass, A. Roberts, Transportation Research Board, 87th Annual Meeting, 2008.
  [5]D. A. Koleva, K. van Breugel, J. H. W. de Wit, E. van Westing, N. Boshkov, A. L. A. Fraaij, J. Electrochem. Soc. 2007, 154(3), E45-E56.
  [6]D. A. Koleva, J. H. W. de Wit, K. van Breugel, Z. F. Lodhi, E. van Westing, J. Electrochem. Soc. 2007, 154(4), P52-P61.
  [7]D. A. Koleva, J. H. W. de Wit, K. van Breugel, Z. F. Lodhi, G. Ye, J. Electrochem. Soc. 2007, 154(5), C261-C271.
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  [9]Traite? des Mate?riaux, Vol. 12, Corrosion et chimie de surfaces des me?taux, D. Landolt, ed. Presses Polytechniques et Universitaires Romandes (Lausanne) 2003.