1.簡介
在建筑物的使用壽命期間，金屬結構會受到環境的侵蝕，尤其是二氧化碳的侵蝕。事實上，鐵在混凝土內部的基本介質中是穩定的（pH=12-14），但是碳酸鹽溶解在水中，通過混凝土遷移到金屬部分。這種現象意味著金屬結構周圍的pH值降低。在圖1的E-pH圖[1]中，用箭頭表示pH值的變化。在酸性的pH值下，鐵不再是鈍化的形式，而是具有腐蝕性的形式。因此，建筑物的強度受到影響。例如，Grenoble的“Tour Perret”（圖2），這是1924年歐洲建造的第一座鋼筋混凝土建筑，目前正因為這個過程而分崩離析。
圖1: Fe的E-pH圖[1]
圖2: Grenoble的“Tour Perret”，1924年歐洲建造的第一座鋼筋混凝土建筑
在此背景下，開發了一種電化學工藝，以在基本條件下保持鋼筋混凝土中金屬桿的周圍環境[2-7]。將作為陰極的待處理材料浸入堿性電解膏（K2CO3或Na2CO3）中，并在該膏中插入陽極（圖3）。在金屬棒處進行的水的還原反應，通過生成OH-（式1）使金屬棒周圍的介質更簡單。
圖3: 再堿化方法示意圖
本文研究了混凝土砌塊中金屬桿的腐蝕過程。進行再鉀化（堿性介質中的電分解），并通過循環動電位極化（CPP）檢查處理的益處。
1.實驗條件
在NaCl（3%）或NaOH溶液（0.4 mol.L-1）中使用由EC-Lab軟件驅動的VMP3儀器進行研究。測量前，將混凝土塊浸入溶液中兩天。
使用三電極裝置：
-混凝土塊內的鋼棒作為工作電極，表面積：A=10 cm2（圖4）；
-Ag/AgCl電極作為參比電極；
-合金絲作為對電極。
圖4: 鋼筋混凝土塊示意圖
1.結果
3.1 極化電阻的計算
首先，我們必須檢查材料是否在Tafel條件下[8-9]。因此，極化電阻（Rp）應遠高于歐姆電阻（RΩ）。這兩個特性可以通過電化學阻抗譜（EIS）測量來確定（圖5）。RΩ=202 Ω與Rp>12800 Ω相比可以忽略不計（圖6）。因此，“Tafel fit”的條件得到了滿足。
圖5: PEIS實驗的參數設置窗口
圖6: 混凝土塊的Nyquist曲線
在穩態條件下（非常慢的掃描速度，即2.5），也可以通過很小的電位范圍內（開路電壓周圍±10 mV，即-547 mV vs. Ag/AgCl）的伏安測量來確定Rp。圖7顯示了電流電位曲線和“Rp Fit”，并給出Rp=11744 Ω。兩種方法測定的Rp值一致。
圖7: 電流電位曲線和“Rp Fit”
3.2 再鉀化
采用計時電位（CP）技術在NaOH（0.4 mol.L-1；pH=13）中在Is=-10 mA下進行66小時（圖8）的再鉀化處理。電解過程中的電位和電荷如圖9所示。電解結束時，電位達到穩定值，-2.4 V vs. Ag/AgCl。
圖8: CP實驗的參數設置窗口
圖9: 電解過程中的電位（藍色）和電荷（紅色）曲線
3.3 金屬棒的特性
為了檢驗再鉀化的效率，在再鉀化處理前后進行了CPP實驗。這些實驗的參數如圖10所示。
圖10: CPP實驗的參數設置窗口
再堿化前后CPP的比較（圖11）顯示了由于鋼棒還原而引起的陰極位移。對兩條曲線進行“Tafel fit”分析，分別給出再堿化處理前后CPP測量的Ecorr分別為-616和-1077 mV vs.Ag/AgCl。
圖11: 鋼筋混凝土的Evans圖（紅色）和（藍色）再堿化前（頂部）和“Tafel-Fit”結果（底部）
計算其他參數（Icorr、βc、βa和腐蝕速率）如圖11和表1所示。腐蝕速率由公式2給出：
（2）
其中K為常數，EW為當量，d為密度，A為電極表面積。對于鋼，EW和d分別為18.616 g/eq.和7.8。
表1: CPP測試的數據
這些擬合表明，再堿化前的腐蝕速率比再堿化后高50%。腐蝕速率的降低表明了再堿化過程的效率。
1.結論
本文中的工作說明電化學技術能夠修復（電解）和表征（CPP，阻抗，及其相應的分析）建筑物的金屬結構。這是電化學對土木工程領域貢獻的一個例子。
參考文獻
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