摘要
微合金化是提高钢筋强度的重要方法，微合金化高强度的推广应用可大幅度节约钢筋混凝土结构原材料，同时准确认识微合金化高强度钢筋的钝化及其锈蚀过程，可为其钢筋混凝土结构服役寿命设计及预测提供科学理论依据。本文采用扫描电镜、能谱仪、透射电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射能谱、电化学测试等表征手段，研究了HRB500E微合金化高强度钢筋在pH 13.2~11.5的模拟混凝土孔隙溶液中的钝化行为，钝化膜生长机理及其结构，混凝土碳化条件下钢筋的锈蚀层结构。 研究结果表明：MnS夹杂物及其复合夹杂物中MnS部分优先溶解。夹杂物和渗碳体片层分别与周围基体构成腐蚀微电池发生腐蚀行为，然后开始更大面积的局部腐蚀，直至铁氧化物完全覆盖在钢筋表面。在pH≥12.5环境中，钝化膜主要由覆盖在钢筋基体表面的连片纳米级颗粒组成，表面密集分布着多边形状钝化层和富钙沉淀物。在pH 11.5的微碳化环境中，钝化膜结构与高碱性环境稍有不同，表面零星分布着多边形状钝化层和富钙沉淀物，Cr元素会在钝化膜聚集，呈p-n结半导体特性。pH值在13.2~11.5的环境中，随着浸泡时间的延长，钝化膜厚度有所增加。钢筋在pH 13.5、12.5和11.5环境中浸泡20天后，形成的钝化膜平均厚度分别约为2.94 nm、4.59 nm和3.62 nm。 混凝土碳化和氯盐加速腐蚀条件下，微合金钢筋的锈蚀产物主要为菱铁矿（FeCO3）、针铁矿（FeOOH）、方铁矿（FeO）和钙铁矿（CaO·Fe2O3）。锈蚀层的平均锈胀系数大于12。试样在模拟溶液中在浸泡10天后，锈蚀层内层为致密的钝化层，主要由FeO、FeCO3和CaO·Fe2O3组成。在浸泡20天后，内层致密锈蚀层消失，锈蚀层分层不明显，转化为部分区域疏松，存在较多裂缝的锈蚀层，并且腐蚀速率大幅度增加，达到0.0715 mm·year-1。
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