是一種通過(guò)涂抹在混凝土結(jié)構(gòu)表面即可對(duì)混凝土內(nèi)部的鋼筋起到阻銹作用的阻銹劑。它能在即使十分致密的混凝土中擴(kuò)散滲透，達(dá)到混凝土內(nèi)的鋼筋表面。還能對(duì)其它多種金屬，如碳鋼、鍍鋼和鋁起到阻銹保護(hù)作用。的這種獨(dú)特的特性，表現(xiàn)在即使它不與金屬直接接觸，也能在混凝土中滲透擴(kuò)散一定距離而到達(dá)金屬表面，起到對(duì)金屬的保護(hù)作用。能有效抑制金屬的進(jìn)一步銹蝕，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。一、應(yīng)用范圍
所有現(xiàn)澆與預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，海洋中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土橋、公路、以及經(jīng)常暴露在銹蝕環(huán)境中的街道。停車場(chǎng)路面、滑道、車庫(kù)?；炷翗蚨铡⒋髩?、海上平臺(tái)、鋼筋混凝土樁、軌枕、管道和混凝土桿。所有商業(yè)和民用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)及修補(bǔ)。各種類型的混凝土建筑及其基礎(chǔ)。冷卻塔及飲用水水箱箱體。
二、優(yōu)點(diǎn)
為工程師、用戶、工程承包商、運(yùn)輸部門及政府機(jī)構(gòu)提供一種得到證實(shí)的防銹技術(shù)，這種技術(shù)可以延長(zhǎng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。 通過(guò)滲透進(jìn)入至即使是最為密實(shí)的混凝土中，保護(hù)混凝中的鋼筋，防止其進(jìn)一步銹蝕抑制已銹蝕的金屬的進(jìn)一步銹蝕。能擴(kuò)散遷移到鄰近區(qū)域并對(duì)周圍金屬起到保護(hù)作用。對(duì)陽(yáng)極區(qū)及陰極區(qū)均有保護(hù)作用。不妨礙混凝土的透氣性及水分散發(fā)，不形成擴(kuò)散阻力?？梢院芎?jiǎn)便地通過(guò)噴涂、壓涂或刷涂將應(yīng)用到混凝土表面，降低了人力和設(shè)備的費(fèi)用。水基、不易燃、使用方便。無(wú)需養(yǎng)護(hù)時(shí)間，如有必要幾分鐘即可恢復(fù)交通。低費(fèi)用高效益。不含亞硝酸鈣物質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)危害。
三、主要性能
比 重：1.03～1.05；
外觀顏色：透明琥珀色；
閃 點(diǎn)：無(wú)（水基）；
保 存 期：在密封桶中為2年；
pH 值： 9.0~9.5；
存貯方法：避免冰凍；
涂 刷 量： 3～5㎡/㎏；
據(jù)悉，混凝土鋼筋銹蝕破壞近年來(lái)成為世界范圍內(nèi)的嚴(yán)峻性課題。美國(guó)有相關(guān)資料報(bào)道，每年由于氯鹽腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失，可占到美國(guó) CDP 的 4 ％ ( 約 4000 億美元 ) ，僅橋梁一項(xiàng)，因腐蝕破壞所導(dǎo)致的修復(fù)費(fèi)就達(dá) 1550 億美元，是這些橋初建費(fèi)用的 4 倍。
遷移型阻銹劑是含有各種胺和醇胺類官能團(tuán)的有機(jī)物質(zhì)，這類阻銹劑具有在混凝土的孔隙中通過(guò)氣相和液相擴(kuò)散到鋼筋表面形成吸附膜，從而產(chǎn)生阻銹作用的特點(diǎn)，環(huán)保、高效，不影響鋼筋長(zhǎng)期耐久性能。我國(guó)大陸海岸線長(zhǎng) 1.84 萬(wàn)公里，另有島岸 1.4 萬(wàn)余公里，海岸線總長(zhǎng)超過(guò) 3. 2 萬(wàn)公里 ，內(nèi)陸還有大范圍的鹽堿地。更值得注意的是，我國(guó)廣大北方地區(qū)正在大量使用氯鹽作為化冰鹽，混凝土結(jié)構(gòu)的防腐蝕破壞不容樂(lè)觀。為保證工程質(zhì)量，在混凝土中摻用鋼筋阻銹劑成為最簡(jiǎn)便、最有效、最經(jīng)濟(jì)的預(yù)防混凝土銹蝕的方法?！ 】礈?zhǔn)這一可觀的市場(chǎng)前景，經(jīng)過(guò)近 3 年的研究推廣，根據(jù)遷移型防腐阻銹劑的遷移阻銹機(jī)理，在國(guó)內(nèi)首次研發(fā)成功并推出了遷移型防腐阻銹劑的配方與合成工藝，形成工業(yè)產(chǎn)品。該項(xiàng)技術(shù)大大提高了混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，并大幅度減少維護(hù)費(fèi)用，而且產(chǎn)品價(jià)格僅為 3000 元 / 噸～ 4000 元 / 噸，將大大降低耐久性混凝土的工程造價(jià)。
四、用法：
1 、用高壓水、噴砂、磨刷等方法處理混凝土表面，除去油污和原有涂層并打開(kāi)混凝土孔隙。
2 、剔鑿、修復(fù)局部惡化的混凝土表面 ( 如空鼓、剝落、順筋開(kāi)裂等 ) 。一般工序?yàn)樘蕹蓜?dòng)、開(kāi)裂的混凝土；鋼筋表面除銹；用防護(hù)砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。
3 、將遷移型阻銹劑 3 倍兌水噴涂或滾刷在所需保護(hù)的混凝土表面。
4 、待混凝土表面干燥約 2 ～ 6 小時(shí)后涂刷第二遍。
5 、待混凝土表面干燥約 2 ～ 6 小時(shí)后涂刷第三遍。
6 、每遍涂刷的用量約為 0.1 ～ 0. 2 ㎏ /m 2 ，通常涂刷 3 ～ 5 遍，總用量為 0.3 ～ 0. 5 ㎏ /m 2 。
[ 應(yīng)用實(shí)例 1]
遷移型阻銹劑 MCI 在鋼筋混凝土中的應(yīng)用
混凝土中鋼筋銹蝕引起結(jié)構(gòu)物破壞，造成重大經(jīng)濟(jì)損失已成為世界性問(wèn)題。美國(guó)大約 60 萬(wàn)座高速公路橋涵中，近半數(shù)以上出現(xiàn)鋼筋銹蝕問(wèn)題。我國(guó)高速公路建設(shè)中，鋼筋銹蝕也是突出的問(wèn)題。在已有公路橋梁中，鋼筋銹蝕破壞已成為修復(fù)和改造工作中的難題，花費(fèi)很高的成本但修復(fù)后的耐久性仍成問(wèn)題。
鋼筋銹蝕的防護(hù)措施目前已有多種，如耐蝕鋼筋、鋼筋涂層、混凝土外涂層、陰極保護(hù)等，其中改進(jìn)鋼筋混凝土自身的防護(hù)能力被認(rèn)為是最簡(jiǎn)易且行之有效的。阻銹劑就能起到這種作用。摻入混凝土中能抑制或完全停止金屬在腐蝕介質(zhì)中腐蝕的外加劑稱阻銹劑，亦稱防銹劑、阻蝕劑或腐蝕抑制劑。
鋼筋阻銹劑是混凝土外加劑家族中的一個(gè)成員，又是防腐蝕技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一種產(chǎn)品類別 ( 稱作緩蝕劑或腐蝕抑制劑 ) ，是介于“基本措施”與“特殊措施”之間的一項(xiàng)技術(shù)，因其技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合指標(biāo)的優(yōu)越性，近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。相較于其它類混凝土外加劑旨在改善和提高混凝土自身的物理、力學(xué)和施工性能而言，鋼筋阻銹劑專用于阻止或減緩混凝土中鋼筋銹蝕，旨在提高結(jié)構(gòu)物的耐久性。
鋼筋阻銹劑通常應(yīng)具備以下基本性能：
(1) 對(duì)鋼筋有強(qiáng)的鈍化作用 ( 陽(yáng)極型阻銹劑 ) 或抑制銹蝕的產(chǎn)生與發(fā)展 ( 陰極型或混合型 ) ；
(2) 不改變混凝土的基本性能 ( 如強(qiáng)度、密實(shí)性等 ) 或能改善與提高混凝土的性能：
(3) 在堿性或中性條件下，能保持長(zhǎng)期有效；
(4) 對(duì)人與環(huán)境基本無(wú)害。
我國(guó)早期主要參照前蘇聯(lián)規(guī)范，用單一亞硝酸鈉作為鋼筋阻銹劑，但數(shù)量不多。這些年的使用實(shí)踐表明單一亞硝酸鈉雖有阻銹作用，但會(huì)降低混凝土強(qiáng)度、降低混凝土與鋼筋間握裹力、刺激堿骨料反應(yīng)、可能促進(jìn)局部腐蝕且存在環(huán)境污染問(wèn)題，故現(xiàn)已不再推薦使用。取而代之的是多組分、綜合性、多功能、高效性鋼筋阻銹劑，其中多以有機(jī)類和無(wú)機(jī)鹽類復(fù)合為主導(dǎo)成份。
在工程實(shí)踐中我們使用了有機(jī)遷移型復(fù)合阻銹劑 MCI ，其主要成分為胺基羧酸鹽，復(fù)合部分氣相緩蝕劑及其它有機(jī)阻銹劑。工程中從防銹性和對(duì)混凝土基本性能的影響兩個(gè)方面著手對(duì)鋼筋阻銹劑的性能作了檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果如表 1 所示。
表 1 MCI 的防銹性能及對(duì)混凝土的影響
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類別 |
試驗(yàn)項(xiàng)目 |
結(jié)果 |
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防銹性 |
鹽水浸漬試驗(yàn) |
無(wú)銹蝕 |
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干濕冷熱循環(huán)試驗(yàn)（ 60 次） |
無(wú)銹蝕 | |
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電化學(xué)加速試驗(yàn) |
無(wú)銹蝕 | |
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對(duì)混凝土的影響 |
抗壓強(qiáng)度比（ % ） |
105 （不摻為 100 ） |
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抗?jié)B對(duì)比率（ % ） |
107 （不摻為 100 ） | |
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減水率（ % ） |
5.5 | |
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初凝時(shí)間（ min ） |
+17 | |
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終凝時(shí)間（ min ） |
+32 |
從檢驗(yàn)結(jié)果看，在人工加速其銹蝕進(jìn)程的試驗(yàn)中，沒(méi)有銹蝕發(fā)生，表明其有良好的防銹性能。從結(jié)果中還可以看出，防銹劑的摻入沒(méi)有使混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗?jié)B等基本性能變差，相反還略有改善，但改善的幅度較小，這從一個(gè)方面也說(shuō)明，摻 MCI 的混凝土抗銹蝕性能提高的主要原因不是因?yàn)槠涮岣吡嘶炷恋目節(jié)B性，而是因?yàn)?MCI 阻銹劑在混凝土的孔隙中通過(guò)氣相干口液相擴(kuò)散到鋼筋表面形成吸附膜從而產(chǎn)生阻銹作用。即，摻 MCI 混凝土不是降低有害離子 ( 如 CI) 的滲入量，而是使鋼筋在滲入較高濃度的情況下也能處于鈍化狀態(tài)。有機(jī)遷移型阻銹劑 MCI 既不是陽(yáng)極型也不是陰極型阻銹劑，屬于混合性阻銹劑，其對(duì)腐蝕電化學(xué)的影響主要表現(xiàn)為腐蝕電流的降低?；炷林杏袡C(jī)遷移型復(fù)合鋼筋阻銹劑 MCI 的存在，強(qiáng)化了鋼筋對(duì) CI 的抵御能力，提高了 CI 造成危害的臨界濃度值，同時(shí)降低腐蝕發(fā)生后的發(fā)展速度。
應(yīng)該指出的是，有機(jī)遷移型復(fù)合鋼筋阻銹劑 MCI 是提高混凝土對(duì)鋼筋保護(hù)能力的輔助性有效措施，其功能與效力與混凝土的自身質(zhì)量緊密相關(guān)。必須保證混凝土具有良好質(zhì)量，才能充分發(fā)揮鋼筋阻銹劑的有效性。此外，雖有試驗(yàn)證明，在有裂縫的混凝土中，摻有鋼筋阻銹劑者較不摻者明顯提高其對(duì)鋼筋的保護(hù)能力，但裂縫控制仍然是非常必要的，應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范要求。
總之，采用有機(jī)遷移型復(fù)合阻銹劑 MCI 有特殊的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果；阻銹劑還能改善混凝土的物理化學(xué)性能，可使混凝土中氯離子的允許含量增加 1 ～ 2 倍，而不致引起腐蝕破壞。特別在不便涂覆和復(fù)修困難的場(chǎng)合，使用阻銹劑能獲得極大的防銹效果。但我國(guó)在阻銹劑的生產(chǎn)上存在質(zhì)量參差不齊，大量劣質(zhì)阻銹劑充斥市場(chǎng)，施工工藝不完善等諸多問(wèn)題，希望各科研單位、生產(chǎn)企業(yè)及工程應(yīng)用單位加強(qiáng)協(xié)作，把我國(guó)的鋼筋混凝土質(zhì)量提高到一個(gè)新的高度。
[ 應(yīng)用實(shí)例 2]
遷移性阻銹劑對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的保持
海洋環(huán)境和撒除冰鹽混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋很容易遭受氯鹽腐蝕，腐蝕后的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命會(huì)大大降低，多年來(lái)圍繞提高氯鹽環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性這一重大問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家和工程專家進(jìn)行了不懈的努力，開(kāi)展了大量卓有成效的研究工作，并且在大型和超大型混凝土結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用中取得了顯著成績(jī)；但是由于混凝土工程的復(fù)雜性，混凝土中孔隙與裂縫的存在不可避免引起環(huán)境中的氯離子不斷遷移到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使得許多混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋在較短時(shí)間內(nèi)銹蝕甚至引起混凝土結(jié)構(gòu)順筋開(kāi)裂，不僅危害結(jié)構(gòu)安全，也帶來(lái)了巨大經(jīng)濟(jì)損失，甚至成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的沉重包袱。
在混凝土中摻加鋼筋阻銹劑開(kāi)始于 20 世紀(jì) 50 年代前蘇聯(lián)，主要用于防護(hù)除冰鹽對(duì)鋼筋的銹蝕，日本在 20 世紀(jì) 70 年代大量使用阻銹劑主要用于防止海砂對(duì)鋼筋的銹蝕作用。與其它方法如環(huán)氧涂敷鋼筋相比，使用阻銹劑不僅在成本和效果方面具有優(yōu)勢(shì)，而且它的均勻分布使得鋼筋表面得到均勻保護(hù)。傳統(tǒng)阻銹劑主要是亞硝酸鈣，這種陽(yáng)極型阻銹劑不僅對(duì)人體和環(huán)境有較大毒害，而且長(zhǎng)期使用過(guò)程中受雨水和環(huán)境水的影響不斷浸出，當(dāng) [NO 2 ]/[C l — ] 比降低到臨界值以下時(shí)，陽(yáng)極型阻銹劑不僅不會(huì)對(duì)鋼筋起保護(hù)作用甚至加速鋼筋銹蝕，因而存在很大的使用風(fēng)險(xiǎn)，而且由于這些無(wú)機(jī)鹽會(huì)加速混凝土凝結(jié)硬化，在夏季大體積混凝土施工時(shí)會(huì)遇到很多困難。目前許多發(fā)達(dá)國(guó)家基本上限制或停止使用這類阻銹劑。與之相適應(yīng)的有機(jī)阻銹劑得到很大發(fā)展，特別是氣相緩蝕劑作為一種揮發(fā)性緩蝕劑，在不直接接觸金屬情況下可使金屬表面、內(nèi)腔甚至縫隙部位都能得到保護(hù)。多年來(lái)以亞硝酸二環(huán)已胺為代表的氣相緩蝕劑對(duì)鋼鐵制品有長(zhǎng)期防銹能力和優(yōu)良抗鹽霧性，使之在軍械器材和機(jī)電產(chǎn)品防銹包裝材料中必不可少。美國(guó)最早認(rèn)識(shí)到這種氣相緩蝕劑可通過(guò)混凝土孔隙滲透到保護(hù)層內(nèi)鋼筋表面，促使遷移型阻銹劑 (migrating corrosion inhibitors ， MCI) 在混凝土結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用和發(fā)展。由于 MCI 多為混合型阻銹劑，且在混凝土中表現(xiàn)出一定憎水效果，不易被雨水或環(huán)境水浸出，而逐漸成為一種很有發(fā)展?jié)摿Φ陌踩妥桎P劑。經(jīng)過(guò)多年的研究和在工程應(yīng)用實(shí)踐，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)確認(rèn)使用 MCI 是一種有效的腐蝕控制方法。我國(guó)用于水處理緩釋劑種類很多，如：鉻酸鹽、磷酸鹽、鋅鹽、鉬酸鹽、胺類、咪唑啉、炔醇、季銨鹽等，開(kāi)展遷移性阻銹劑組成、結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性研究，阻銹劑在鋼筋表面吸附特性與阻銹機(jī)理以及阻銹劑對(duì)混凝土性能影響和在混凝土中遷移性能研究，設(shè)計(jì)制備出高效、可靠、適用、環(huán)保的遷移型阻銹劑，無(wú)論對(duì)于嚴(yán)酷環(huán)境下新建混凝土結(jié)構(gòu)耐久性提升，還是已建老混凝土結(jié)構(gòu)耐久性修復(fù)都具有重要理論和實(shí)際意義。
1 MCI 的遷移機(jī)制與阻銹機(jī)理
目前 MCI 主要是以胺、醇胺及其鹽或酯為主的混合型水溶液或水乳液體系，其用于表面涂敷混凝土的遷移機(jī)制可以概括為： MCI 阻銹劑主要成分以水為載體借助毛細(xì)作用透過(guò)干燥的混凝土毛細(xì)孔和微細(xì)裂縫滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部，一定濃度的阻銹劑分子隨之以液相方式擴(kuò)散進(jìn)入混凝土。當(dāng)水分蒸發(fā)后，不同蒸汽壓的有機(jī)物開(kāi)始揮發(fā)形成高濃度氣相并在混凝土孔縫中繼續(xù)緩慢擴(kuò)散，除少量可能被水泥水化產(chǎn)物吸附外，部分阻銹劑分子經(jīng)過(guò)一定時(shí)間遷移至鋼筋表面； MCI 的遷移速度在一定程度上依賴于混凝土密實(shí)度、滲透性及裂縫情況，與混凝土干濕程度密切相關(guān)。 MCI 阻銹機(jī)理可以概括為：當(dāng)阻銹劑分子到達(dá)鋼筋表面時(shí)，逐步形成一層穩(wěn)定的單分子或多分子膜，一般這層膜分子大致垂直于金屬表面平行排列，親水基團(tuán)與鋼筋結(jié)合，而憎水基團(tuán)則形成疏水屏障將水分與氯離子等與鋼筋隔離。 MCI 阻銹劑分子的官能基團(tuán)為親水基團(tuán)，如胺基中的 N 原子中有未共用的孤對(duì)電子，而鋼筋表面存在未占據(jù)的空的 d 軌道，孤對(duì)電子就會(huì)與鐵的空軌道產(chǎn)生配位作用甚至螯合形成較為穩(wěn)定的螯合環(huán)，使阻銹劑分子以化學(xué)吸附方式吸附在金屬表面產(chǎn)生保護(hù)膜，分子中官能團(tuán)數(shù)及其相互作用、中心原子供電子能力、給電子基團(tuán)及其與中心原子間的誘導(dǎo)與共軛效應(yīng)、電荷性質(zhì)等對(duì)阻銹劑與金屬之間的結(jié)合能大小起關(guān)鍵作用：憎水基團(tuán)鏈的長(zhǎng)短、形狀與空間位阻效應(yīng)等也對(duì)成膜的厚度、膜層的疏水性產(chǎn)生重要影響。
2 MCI 分子組成設(shè)計(jì)原理
基于 MCI 的遷移機(jī)制和阻銹機(jī)理，認(rèn)為 MCI 應(yīng)具備以下基本條件： (1) 主要成膜物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)必須能與鋼筋產(chǎn)生穩(wěn)定鍵合作用和良好的結(jié)合力，且在金屬表面產(chǎn)生一層腐蝕性離子難以侵入的疏水性薄膜； (2)MCl 分子組成具有持續(xù)適宜的氣相揮發(fā)能力和良好的化學(xué)穩(wěn)定性； (3) 在水中具有適當(dāng)?shù)娜芙舛群土己玫倪w移滲透力； (4) 無(wú)毒或低毒，對(duì)人體和環(huán)境無(wú)害或少害。核心問(wèn)題是選擇具有快速滲透力和能與鋼筋產(chǎn)生良好結(jié)合力的分子結(jié)構(gòu)。盡管人們?cè)趹?yīng)用量子化學(xué)分析和篩選阻銹劑分子結(jié)構(gòu)方面已作了大量工作，而由于 MCI 是—個(gè)分子性質(zhì)不同且相互作用復(fù)雜的多組分體系，目前還難以用應(yīng)用量子化學(xué)對(duì) MCI 進(jìn)行組成設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的軟硬酸堿理論仍是指導(dǎo)阻銹劑設(shè)計(jì)的重要理論基礎(chǔ)，其基本內(nèi)容是硬酸親硬堿軟酸親軟堿，由于鋼筋本體是軟酸，鋼筋表面氧化層是硬酸，軟堿有機(jī)物可以在鋼筋本體表面形成穩(wěn)定的吸附鍵，而硬堿有機(jī)物能在氧化的鋼筋表面形成化學(xué)吸附。軟堿的原子核對(duì)價(jià)電子的靜電作用位能較小，易于給出電子對(duì)與酸共享形成共價(jià)鍵，硬堿的原子核對(duì)價(jià)電子的靜電作用位能大，易于緊握電子對(duì)不與酸共享僅以靜電吸引相結(jié)合形成離子鍵；混凝土高堿度使得金屬表面形成氧化物或氫氧化物產(chǎn)生鈍化，當(dāng)氯離子滲入時(shí)它能使金屬表面的鈍化膜溶解，使金屬產(chǎn)生點(diǎn)蝕，這時(shí)金屬基體屬于軟酸，溶解的金屬離子屬于硬酸，而形成的氫氧根離子或羥基屬于硬堿，在金屬表面同時(shí)分布著軟酸、硬堿和軟酸 3 種不同狀態(tài)，如果只選 1 種基團(tuán)起不到很好的阻銹效果，而多種基團(tuán)往往既能抑制陰極過(guò)程，又能抑制陽(yáng)極過(guò)程，使用起來(lái)就更為安全。
基于以上認(rèn)識(shí)，提出 MCl 分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則：（ 1 ）阻銹劑主要成膜物質(zhì)分子鏈段長(zhǎng)度與結(jié)構(gòu)大小適中，過(guò)小的分子雖然遷移能力較強(qiáng)，但高蒸汽壓和高溶解度使阻銹劑分子在鋼筋表面成膜的駐留時(shí)間縮短，而過(guò)大的分子結(jié)構(gòu)其遷移性能變差，因此需要對(duì)不同蒸汽壓的分子進(jìn)行合理組合才能達(dá)到短效和長(zhǎng)效的統(tǒng)一； (2) 阻銹劑分子中含有苯環(huán)或不飽和雙鍵或三鍵時(shí)與金屬成鍵具有更高的結(jié)合能，當(dāng)阻銹劑分子與鐵配位形成五元或六元螯合環(huán)時(shí)最為穩(wěn)定，且螯合物的平面性越好，形成的吸附膜越穩(wěn)定： (3) 分子中同時(shí)含有電負(fù)性大的 N ， S ， P 雜環(huán)型分子具有多個(gè)活性吸附中心，與金屬結(jié)合力強(qiáng)，形成的膜層更穩(wěn)定： (4) 阻銹劑分子應(yīng)具有恰當(dāng)?shù)挠H水基團(tuán)和憎水基團(tuán)的比例關(guān)系，合理的比例既能在金屬表面形成有害離子難以滲透的疏水性薄膜，又可表現(xiàn)出在水中具有一定的溶解性； (5) 阻銹劑分子內(nèi)有 2 個(gè)極性基團(tuán)時(shí)，不同極性官能團(tuán)的協(xié)同作用可使阻銹效率提高，也可增強(qiáng)對(duì)環(huán)境 pH 值變化的適應(yīng)性。在制備層面上， MCI 組成設(shè)計(jì)應(yīng)考慮： (1) 應(yīng)用多重復(fù)合技術(shù)在阻銹效率不降低或有所提高的條件下最大限度減少主要成膜物質(zhì)中對(duì)人體和環(huán)境毒害較大的組分： (2) 引入改善修復(fù)能力使鋼筋再鈍化的活性組分，由于遭受氯離子腐蝕的鋼筋已暴露出金屬鐵，鐵是軟酸，理論上采用軟堿類物質(zhì)可達(dá)此目的，硅烷偶聯(lián)劑技術(shù)、自組裝膜技術(shù)及稀上化學(xué)轉(zhuǎn)化膜處理技術(shù)在金屬阻銹修復(fù)方面表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景； (3) 適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┡c主要成膜物質(zhì)產(chǎn)生協(xié)同增效作用將顯著提高阻銹效率； (4) 適量引入改善混凝土防水性能、密封性能和使揮發(fā)性組分定向遷移的組分，有機(jī)硅有較強(qiáng)的滲透能力，并能牢固地附著在基材表面，大大提高基材的防水和耐久性能，也可避免一些揮發(fā)性胺的外逸浪費(fèi)； (5) 長(zhǎng)期存放應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性。
3 MCI 遷移能力表征與阻銹性能評(píng)價(jià)
MCI 在混凝土中的遷移能力表征不僅關(guān)系到各種阻銹劑效能對(duì)比，更關(guān)系到 MCI 健康發(fā)展的重大問(wèn)題，對(duì)此人們進(jìn)行了大量研究，包括放射性同位素示蹤法、二次中性粒子質(zhì)譜法、 X 光電子能譜法 (X-ray photoelectron spectroscopy ， XPS) 、氨氣敏電極法以及多種電化學(xué)試驗(yàn)方法。放射性同位素示蹤法是將阻銹劑遷移成分中的氫以放射性同位素氚代替，在混凝土樣品表面涂刷帶有放射性同位素示蹤劑氚的阻銹劑溶液，一定時(shí)間后將混凝土樣品鋸成薄片進(jìn)行萃取，測(cè)定萃取物 β 射線放射值來(lái)分析阻銹劑濃度，這種方法能夠較好地給出阻銹劑濃度隨深度和時(shí)間的變化，但是試驗(yàn)方法復(fù)雜，試驗(yàn)費(fèi)用昂貴。采用 XPS 測(cè)定 MCI 滲透到混凝土內(nèi)部的濃度，主要是驗(yàn)通過(guò)鉆取混凝土粉末壓片后用 XPS 測(cè)定其 N 與 Si 的摩爾比表征含氮的鋼筋阻銹劑在混凝土試塊中的滲透深度，但是混凝土中 Si 含量會(huì)隨取樣和砂石隨機(jī)分布表現(xiàn)出很大的波動(dòng)性，難以準(zhǔn)確分析其變化，而且 XPS 的費(fèi)用昂貴。胺敏電極法是采用類似于氯離子擴(kuò)散的擴(kuò)散池用混凝土試件將含阻銹劑溶液和不含阻銹劑 ( 空白 ) 溶液分隔成 2 個(gè)倉(cāng)室，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后用胺敏電極測(cè)量阻銹劑通過(guò)混凝土擴(kuò)散到空白溶液一側(cè)的氨濃度，這種方法理論上能夠測(cè)定遷移型阻銹劑在混凝土中的滲透性，但氨敏電極所測(cè)定擴(kuò)散過(guò)來(lái)的 NH 質(zhì)量濃度很低 ( 小于 1mg/L) ，可能并不能很好表征阻銹劑的滲透性能。 X 射線熒光的波長(zhǎng)與元素的原子序數(shù)有對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)出熒光 X 射線的波長(zhǎng)就可以知道元素種類，而且熒光 X 射線強(qiáng)度與相應(yīng)元素的含量有關(guān)，據(jù)此能對(duì)各種物質(zhì)中元素進(jìn)行定性定量分析，但該法不能測(cè)試 N 及更前序數(shù)元素的含量；全氮測(cè)定法 (kjeldahl 氏定氮法 ) 適用于測(cè)定土壤全氮含量，測(cè)定原理是：樣品在加速劑的參與下，用濃硫酸消煮時(shí)，各種含氮有機(jī)化合物，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的高溫分解反應(yīng)轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，堿化后蒸餾出來(lái)的氨用硼酸吸收，以酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，求出全氮含量。全氮測(cè)定法不僅制樣簡(jiǎn)單，滴定分析成本低，而且結(jié)果可靠，將該法稍加改動(dòng)后用于分析不同深度混凝土中 N 含量，作者的試驗(yàn)結(jié)果表明在 C30 混凝土表面涂敷制備的 MCI 7d 后滲透深度在 1 5 ㎜ 以上， 20d 在 30mm 深度檢測(cè)到足夠量的 N ，表明用全氮測(cè)定法作為 MCI 在混凝土中滲透性能的檢測(cè)方法精度足夠。
阻銹效能評(píng)價(jià)方法包括失重法、電化學(xué)法、放射性示蹤法及表面分析方法等。由于腐蝕本質(zhì)上是電化學(xué)反應(yīng)，因此電化學(xué)方法成為阻銹劑效能評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)方法。這些方法包括極化電阻法、動(dòng)電位掃描極化曲線法、交流阻抗法、電化學(xué)噪聲法等。極化電阻法直觀、高效，但是多次對(duì)電極擾動(dòng)可能會(huì)引起鋼筋銹蝕；極化曲線法能夠獲得電極電位與電流密度的關(guān)系曲線并可獲得添加阻銹劑前后的腐蝕電流密度和阻銹效率，動(dòng)電位掃描極化曲線可由曲線上的特征電位值比較腐蝕特性，但強(qiáng)極化使得鋼筋電極一次試驗(yàn)即被擊穿，因此主要用于在模擬孔溶液中阻銹劑篩選；交流阻抗法 (electrochemical impedance spectroscopy ， EIS) 是用小幅度正弦交流信號(hào)擾動(dòng)電極，并觀察體系在穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)擾動(dòng)的跟隨情況，測(cè)量電極阻抗，并以電阻和電容、電感組成的電化學(xué)等效電路來(lái)表示，從多種角度提供了界面狀態(tài)與過(guò)程的信息，便于分析阻銹作用機(jī)理，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)體系的干擾小，結(jié)果可靠，比較適合于鋼筋混凝土試件的測(cè)試分析。電化學(xué)噪聲是指來(lái)自電化學(xué)系統(tǒng)本身的金屬電極／溶液界面的電流 ( 或電位 ) 隨時(shí)間發(fā)生隨機(jī)的非平衡的波動(dòng)現(xiàn)象，能夠靈敏、無(wú)損、原位和真實(shí)地反映了金屬表面狀態(tài)及變化，通過(guò)噪聲圖譜分析可以獲得孔蝕誘導(dǎo)期和孔蝕發(fā)展的信息以及評(píng)價(jià)阻銹劑的性能；也可以與 EIS 結(jié)果比較很好地反映涂層降解和失效的信息，其缺點(diǎn)是在混凝土中的噪聲數(shù)據(jù)分析比較困難。近年來(lái)微區(qū)電化學(xué)測(cè)試技術(shù)發(fā)展迅速，如掃描 Kelvin 電極技術(shù)可原位監(jiān)測(cè)材料在不同環(huán)境下的微區(qū)特性及其隨環(huán)境變化過(guò)程；掃描振動(dòng)電極技術(shù)能夠用于測(cè)量材料在液體電解質(zhì)環(huán)境下的局部電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，是對(duì)局部腐蝕、表面膜及阻銹劑自修復(fù)機(jī)理與效果評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行原位腐蝕研究的新技術(shù)。電化學(xué)掃描隧道顯微鏡將電化學(xué)研究系統(tǒng)和掃描探針顯微技術(shù)相結(jié)合，原位測(cè)量開(kāi)路電位和陰極、陽(yáng)極特征電位下鋼筋表面鈍化膜完整處和鈍化膜薄弱處的微觀形貌；可觀察到自組裝膜中單個(gè)原子的表面結(jié)構(gòu)和排列有序的自組裝分子三維圖像，為研究自組裝膜表面缺陷、表面重構(gòu)、表面吸附體的形態(tài)和位置提供便利條件。 XPS 是公認(rèn)的表面化學(xué)分析最有力的方法，不僅可以給出鋼筋表面成膜前后各元素含量變化情況，而且可以解釋某些元素與鐵的結(jié)合形態(tài)，并運(yùn)用結(jié)合能的差異分析排氯機(jī)理；利用 Auger 電子能譜配上離子濺射技術(shù)能夠分析阻銹劑膜的組成、厚度、所含元素相對(duì)含量及其深度分布，說(shuō)明阻銹劑某種基團(tuán)與鐵的結(jié)合程度：表面增強(qiáng) Raman 散射可以識(shí)別金屬表面阻銹劑吸附物種及其取向，區(qū)分化學(xué)吸附和物理吸附，確定阻銹劑的作用基團(tuán)；這些技術(shù)手段的綜合應(yīng)用為阻銹劑分子與組成設(shè)計(jì)、阻銹機(jī)理分析與效能評(píng)價(jià)以及自組裝膜的表征提供實(shí)驗(yàn)支持。此外成熟的商業(yè)軟件為應(yīng)用量子化學(xué)方法研究分析有機(jī)阻銹劑分子最高占據(jù)軌道和最低空軌道能量、電荷分布、自由價(jià)等結(jié)構(gòu)參數(shù)與阻銹效率的關(guān)系提供了便利，運(yùn)用量子化學(xué)計(jì)算結(jié)果與電化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性，為阻銹效率評(píng)價(jià)和阻銹劑分子模擬提供支持。
4 MCI 在混凝土耐久性提升中的應(yīng)用研究
Bavarian 等曾對(duì)國(guó)際上有影響的遷移型阻銹劑如 MCI2020 和 MCI 2020M 等在不同水膠比的鋼筋混凝土的阻銹效果進(jìn)行了研究，他將混凝土試件浸漬在 3.5 ％ NaCl 溶液中 500d ，每 2 周測(cè)試 1 次電化學(xué)阻抗譜，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)表明涂敷處理后的 Nyquist 圖有較高的阻抗，表明銹蝕速度較低， XPS 分析表明，在未銹蝕鋼筋表面檢測(cè)到有 N 的存在，表明 MCI2020 系列阻銹劑能擴(kuò)散至鋼筋表面并形成保護(hù)膜層，而未涂刷的混凝土中鋼筋則受到腐蝕。 S?ylev 等的研究發(fā)現(xiàn)氨基醇 (Amino alcohol ， AMA) 和酯基阻銹劑在表面涂敷時(shí)對(duì)混凝土性能無(wú)任何不利影響，由于能堵塞孔隙使得表面涂敷阻銹劑混凝土的吸水率、干縮、抗凍融性能均有所改善。但是當(dāng)作為外滲阻銹劑時(shí)，不揮發(fā)組分滲透不充分，會(huì)降低阻銹效率，當(dāng)?shù)腿芙庑缘聂人徕}沉淀后揮發(fā)性組分也難以滲入。
采用二次離子質(zhì)譜法 (secondary ion mass spec-trometry ， SIMS) 研究認(rèn)為 AMA 和相關(guān)基團(tuán)在金屬表面形成一層膜完全覆蓋了陽(yáng)極和陰極，認(rèn)為是一種混合型阻銹劑。 Maeder 的研究表明氨基醇通過(guò)取代金屬表面的氯離子在金屬表面形成連續(xù)性薄膜，在金屬表面同時(shí)抑制陰極和陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)程，推遲了腐蝕始發(fā)時(shí)間，降低了腐蝕速度；通過(guò) SIMS 和 XPS 的研究認(rèn)為 AMA 與金屬結(jié)合取代了原來(lái)的氯離子并形成一層耐久的鈍化膜； Nmai 等采用 Fourier 紅外光譜、電化學(xué)阻抗譜、線性極化等手段研究證實(shí)了保護(hù)性膜的存在和降低銹蝕速度的有效性； Gaidis 報(bào)道二甲基乙醇胺（ N ， N- Di-me-thylethanolamine ， DMEA) 抑制陰極活性，阻塞氧占據(jù)的空間并使氫氧根離子濃度降低，但膜的厚度和組成依賴于阻銹劑的濃度；采用動(dòng)電位極化法研究認(rèn)為醇胺類阻銹劑主要對(duì)抑制陽(yáng)極活性起作用并使其腐蝕電位增加；而一個(gè)采用 EIS 的研究認(rèn)為 AMA 阻銹劑在混凝土孔溶液中形成保護(hù)性膜的最低極限濃度是 0.5 ％～ 1.0 ％，并認(rèn)為由 DMEA 形成的膜是化學(xué)吸附而非物理沉積，有報(bào)道 DMEA 吸附在碳鋼表面形成 2 ～ 10nm 厚的膜，而 Morris 等認(rèn)為當(dāng)混凝土中氯離子含量大于 0.43 ％時(shí)使用 AMA 對(duì)鋼筋阻銹無(wú)任何效果。
遷移性阻銹劑最初源于表面涂敷，但是許多研究發(fā)現(xiàn)也可作為摻入型阻銹劑摻加到新拌混凝土中， Limaye 等分別采用了摻入和涂敷 2 種方式對(duì)遷移型阻銹劑進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)以水泥質(zhì)量的 1 ％摻加到混凝土中，混凝土工作性、吸水性、抗壓強(qiáng)度、黏結(jié)強(qiáng)度等性能基本沒(méi)有受到損害，電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，作為外加劑摻入到混凝土中，阻銹劑能顯著降低鋼筋銹蝕速度。而作為涂層涂敷到混凝土表面，也可以降低鋼筋腐蝕速度：雖然降低幅度沒(méi)有摻入的顯著，但是說(shuō)明阻銹劑確實(shí)向內(nèi)部遷移，而且遷移的結(jié)果使鋼筋與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度增加了。 Maeder 的研究也表明摻加氨基醇基本不影響混凝土強(qiáng)度、含氣量以及凝結(jié)時(shí)間，但是 Schutter 等在將氨基與酯基阻銹劑摻加到混凝土中的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，阻銹劑會(huì)引起抗壓強(qiáng)度降低 10 ％～ 20 ％，引氣量略有增加，氨基醇類阻銹劑雖使混凝土工作性有所改善，但早期強(qiáng)度有所降低，后期強(qiáng)度總體持平或有所改善，但摻礦渣水泥混凝土強(qiáng)度總體有所降低。 Nmai 等的研究發(fā)現(xiàn)將阻銹劑摻入到混凝土中 ( 阻銹劑摻量 5 L /m 3 ) 的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)阻銹劑使硫酸鹽腐蝕膨脹量降低 83 ％。研究表明在混凝土中摻加 AMA 對(duì)混凝土的強(qiáng)度和氯離子擴(kuò)散系數(shù)影響不大，新拌混凝土坍落度有所增大、引氣量略有增加、初凝和終凝時(shí)間均有所延長(zhǎng)；在混凝土中適量摻加胺基羧酸鹽或酯類阻銹劑，發(fā)現(xiàn)引氣量增加較多，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，混凝土早期和后期強(qiáng)度均有較大降低，氯離子擴(kuò)散系數(shù)不提高或有所降低，這可能與羧酸鈣的形成具有一定防水效果有關(guān)。 Jr 等和 Goodwin 等研究了將四丙烯基琥珀酸鈉和四丙烯基琥珀酸銨摻加到混凝土中的阻銹效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然摻加四丙烯基琥珀酸鈉、四丙烯基琥珀酸銨使混凝土強(qiáng)度有所降低，也加速了混凝土凝結(jié)，但確實(shí)能有效推遲鋼筋銹蝕始發(fā)時(shí)間，并且抑制腐蝕擴(kuò)展，提高混凝土抗氯離子擴(kuò)散能力，增強(qiáng)混凝土抗凍融性能。而 Trabanelli 等對(duì)摻加阻銹劑 ( 摻量 0.28mol/kg C) 碳化混凝土的電化學(xué)阻抗譜的研究中發(fā)現(xiàn)，許多在模擬孔溶液中具有很好阻銹作用的化合物如苯甲酸鹽、氨基衍生物、二元羧酸等，除了一些苯甲酸鹽外其它化合物如丁二酸鹽、辛二酸鹽等對(duì)碳化混凝土沒(méi)有阻銹效果，而癸二酸等的摻入會(huì)引起混凝土強(qiáng)度大幅度降低?？梢?jiàn)不同研究者對(duì)這類阻銹劑的效果認(rèn)識(shí)上還有較大分歧；也表明這類有機(jī)阻銹劑的組成、配方、阻銹效率及其應(yīng)用等許多問(wèn)題還在探索中。
近來(lái)的研究表明可以根據(jù)不銹鋼的基本原理設(shè)計(jì)和制備鋼筋阻銹劑，文獻(xiàn)報(bào)道了一種含磷化合物和產(chǎn)生釩酸根離子的釩化合物的防腐蝕涂層，文獻(xiàn)報(bào)道一種含有堿或堿土金屬的釩酸鹽的混合物，不僅具有良好的阻銹能力，而且具有定點(diǎn)阻銹和緩沖作用，即阻銹劑在一定程度上具有活動(dòng)能力并向受損傷區(qū)域遷移和提供阻銹的能力，為研究使氯鹽污染混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋再鈍化的遷移性阻銹劑提供新思路。此外，自組裝單分子膜 (self-assembled monolayers ， SAM) 是通過(guò)合理設(shè)計(jì)阻銹劑結(jié)構(gòu)與組分，使它能夠以化學(xué)鍵自發(fā)吸附在金屬基材上，形成取向規(guī)整、排列緊密的有序單分子膜， SAM 技術(shù)具有制備方法簡(jiǎn)單、膜層穩(wěn)定性好、阻銹劑用量少、阻銹效率高等特點(diǎn)；目前自組裝單分子膜已經(jīng)成為一種很有前景的金屬表面防護(hù)方法。實(shí)際上一些性能優(yōu)異的有機(jī)阻銹劑阻銹作用機(jī)理與阻銹劑分子在金屬表面形成 SAM 密切相關(guān)，因此利用電化學(xué)、譜學(xué)、顯微鏡學(xué)等技術(shù)對(duì)自組裝膜結(jié)構(gòu)及阻銹性能進(jìn)行表征，在原子或分子水平上認(rèn)識(shí)鐵 - 阻銹劑之間的相互作用，可望實(shí)現(xiàn)針對(duì)建筑鋼材防護(hù)材料的分子設(shè)計(jì)。
