KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
Só07/2021
Đánh giá tỷ lệ nồng độ chất ức chế ăn mòn pha trộn giữa muối nitrit và hexamin đối với thép
trong dung dịch Ca(OH)2 bão hòa khi không có và có ion dorua
■ KS. BÙI QUANG TUẤN
Trường Đại học Giao thông vận tải
TÓM TẮT: Gần đây, hỗn hợp chất ức chế ăn mòn đâ được ứng dụng rộng rãi để bảo vệcốt thép trong bê tông. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày khả nâng ứcchế của hỗn hợp nitritvà hexamine để bảo vệ thép cacbon trong bê tông. Nhiều hỗn hợp với nồngđộ nitritvà hexamine khác nhau đã được kiểm tra để bảo vệthép cacbon trong dung dịch Ca(OH)2 bão hòa, không có và có ion clorua. Phép đo phân cựctuyến tính được sửdụng để xác định tốc độ ăn mòn tứcthờivà xác địnhliều lượng cần thiết của hỗn hợp chất ức chế.
TỪ KHÓA: Chất ức chế ăn mòn pha trộn, đo phân cựctuyếntính, phântích ngoạisuy tatel.
ABSTRACT: Recently, corrosion-inhibitor blends havebeenwidely applied to protectthe reinforcement in concrete. Inthis paper, we present the inhibitability of the mixturesofnitrite and hexamineforprotecting carbon steel in concrete. Various mixtures with different concentrations of nitrite and hexamine have been examined for protecting carbon steel in satured Ca(OH)2 solution without and with chloride ion. Linear polarization measurement are employed todetermine the instantaneous corrosion rate and to define thenecessary dosage of inhibitor blend.
KEYWORDS: Corrosion Inhibitor blend, linear polarization measurement, tafel slope analysis.
hữu cơ và vô cơ đã được dùng làm thành phần trong chất ức chế ăn mòn pha trộn [4].
Bộ Xây dựng ban hành Bộ Tiêu chuẩn TCXDVN 327:2004 "Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - Yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn trong môi trường biển" [5], đã nêu ra yêu cầu sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn tại các vùng khí hậu biển. Nhưng hiện nay, các kết quả nghiên cứu bảo vệ bê tông cốt thép trong môi trường biển ở Việt Nam chưa có nhiều. Trên cơ sở các kết quả đã nghiên cứu về hiệu quả bảo vệ ăn mòn của hexamine [6], chúng tôi đề xuất một sản phẩm chất ức chế ăn mòn pha trộn giữa hexamin và muối nitrit.
2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH 2.1. Cơ sờ lý thuyết
Ăn mòn cốt thép trong bê tông thực chất là một quá trình điện hóa, quá trình này có thể được mô tả bằng đường cong phân cực [7], Dòng ăn mòn tính theo phương trình Stern-Geary [8]:
Icorr (1)
Trong đó: lcorr - Dòng ăn mòn; ba và bc - Các hằng số Tafel có thể đo từ các dữ liệu thực nghiệm; Rp - Điện trở phân cực.
Phân tích ngoại suyTafel bằng phần mểm (phiên bản 4.9.005) trên đổ thị phân cực cho kết quả mật độ dòng ăn mòn. Hiệu quả bảo vệ ăn mòn tính theo công thức:
z% = ~ . 100%
w
Trong đó: i°am, iam - Mật độ dòng ăn mòn khi không và có chất ức chế.
1.
ĐẶTVẤNĐÉ
Sựcó mặt thậm chí một lượng nhỏ ion clorua đã gây ra ăn mòn cốt thép trong bê tông [1 ]. Các chất ức chế ăn mòn có tác dụng ngăn ngừa hoặc làm chậm ăn mòn thép trong bê tông. Các chất ức chế vô cơ, điển hình là canxi nitrit đã được chứng minh sử dụng thành công tại Mỹ, Nhật Bản và Trung Đông [2]. Các chất ức chế hữu cơ hấp thụ lên bề mặt thép và làm giảm tốc độ ăn mòn [3]. Gấn đây, một nhóm mới các phân tử hữu cơ gồm các amin, muối của các axit
2.2. Phương pháp thử nghiệm
Theo quan điểm thiết kế tuổi thọ sử dụng và mong muốn kéo dài giai đoạn khởi đầu cho các kết cấu bê tông cót thép. Trong các ứng dụng chủ động phòng ngừa, chất ức chế ăn mòn được sử dụng như phụ gia cho bê tông tươi là dễ dàng và an toàn hơn [9], Do đó, quá trình thử nghiệm được tiến hành theo hai giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Điện cực thép được ngâm trong dung dịch Ca(OH)2 bão hòa với các nồng độ khác nhau của chất ức chế pha trộn.
124
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
Só07/2021
- Giai đoạn 2: Điện cực thép đã thụ động trong các dung dịch trên ở giai đoạn 1 có 3,5% NaCI.
Hổn hợp chất ức chê ăn mòn pha trộn giữa hai chất ức chế có nồng độ ban đầu như sau: 2,76% NaNO2 và 0,18%
hexamin.
Các phép đo phân cực tuyến tính được thực hiện trên thiết bị đo điện hóa đa năng PGS Autolab 30 kết nối với máy tính. Thử nghiệm được tiến hành tại Phòng Thí nghiệm Hóa học - Trường Đại học GTVT.
2.3. Kết quả và thảo luận 2.3.1. Kết quả đo giai đoạn 1
Ở giai đoan đầu, điện cực thép được ngâm trong dung dịch Ca(OH)2 bão hòa với các nồng độ chất ức chế pha trộn khác nhau trong dung dịch. Hình 2.1 cho thấy tác động của các chất ức chế khác nhau là khác nhau. Đường 2 có muối nitrit tạo ra màng thụ động có thành phần Fe2O3 làm ức chế mạnh phản ứng anốt [10], Hexamin hấp thụ lên bề mặt thép làm tăng điện trở phân cực, do đó làm giảm tốc độ ăn mòn [6],
Hình 2.1: Đồ thị phân cục của thép sau 6 ngày ngâm trong các dung dịch không có ion clorua (1 - Không có chất úc chế; 2 ■ Có 13,8 g/l
NaNCụ 3- Có 0,09 g/l hèxamin; 4 -Có 13,8 g/l NaNO, và 0,09 g/l hexamin)
Bảng 2.1. Kết quả trở phân cục (Ohm) theo thời gian của thép trong dung dịch Ca(0H)2 bão hòa có các nồng độ chất úc chế pha trộn
khác nhau không có ion clorua
Thời gian
Mẫu
1 giờ 1 ngày 4 ngày 6 ngày
Khôngcó chất ức chế 4,40.10’ 3,02.10’ 2,89.10’ 2,91.10’ 1,38 g/lNaNO2 7,58.10’ 10,66.10’ 11,35.10’11,49.10’
0,09 g/l hexamin 11,85.10’ 9,92.10’ 8,76.10’ 8,97.10’ 1,38 g/lNaNO2và0,09 g/l
hexamin 7,81.10’ 6,03.10’ 5,53.10’ 5,24.10’
2,76 g/lNaNO2 và 0,045g/l
hexamin 1,36.10’ 1,72.10’ 2,04.10’ 2,78.10’
0,69 g/l NaNO2 và 0,045 g/l
hexamin 2,50.10’ 3,66.10’ 2,80.10’ 3,16.10’
0,69 g/l NaNO2 và 0,14g/l
hexamin 1,59.10’ 2,72.10’ 3,04.10’ 3,81.10’
Kết quả Bảng 2.1 cho thấy điện trở phân cực khi có mặt các chất ức chế đều tăng, đặc biệt ở nóng độ 13,8 g/l NaNO2 điện trở phân cực là lớn nhất. Tốc độ ăn mòn theo Bảng 2.2 cho thấy các mẫu thử nghiệm: 1,38 g/l NaNO2, 0,09 g/l hexamine, 1,38 g/l NaNO2 và 0,09 g/l hexamin là nhỏ hơn hẳn so với khi không có chất ức chế.
Bảng 2.2. Kết quả tốc độ ăn mòn (mm/năm) theo thòi gian của thép trong dung dịch Ca(0H)2 bão hòa có các nồng độ chất úc chế pha
trộn khác nhau không có ion clorua Thời gian
Mầu
1 giờ 1 ngày 4 ngày 6 ngày
Khôngcó chất ức chế 1,54.10' 2,49.10' 2,54.10' 2,52.10'
1,38 g/l NaNO2 0,85.10' 0,97.10' 0,77.10' 0,76.10'
0,09 g/l hexamin 0,73.10-' 0,99.10' 0,96.10' 0,77.10'
1,38 g/l NaNO2và0,09g/l hexamin
0,82.10' 1,27.10' 1,39.10' 1,39.10'
2,76 g/l NaNO2và 0,045 g/l hexamin
4,04.10' 3,12.10' 2,65.10' 2,38.10'
0,69 g/l NaNO2và0,045 g/l hexamin
2,72.10' 1,85.10-' 1,91.10' 2,25.10'
0,69 g/l NaNO2và0,14 g/l hexamin
5,08.10' 2,76.10' 2,31.10' 2,13.10'
2.3.2. Kết quả đo giai đoạn 2
1.00x10-’
1.00x10' 1.00x10-’
1.00x10-*
í 1.00x10-’ 1.00x10-' 1.00x10-' 1.00x10' 1.00x10’
-0
Hình 2.2: Đồ thị phân cục thép sau 6 ngày ngâm trong các dung dịch có 3,5% NaCI (1 ■ Không có chất úc chế; 2 - Có 13,8 g/l NaNCụ 3 ■ Có 0,09 g/l hexamin; 4-Có 13,8 g/l NaN02 và 0,09 g/l hexamin) Kết quả ở giai đoạn 1 phản ánh của chất ức chế đối với thép trong điểu kiện thụ động tự nhiên. Trong dung dịch có 3,5% NaCI đổ thị phân cực đã thay đổi (Hình 2.2). Chất ức chê pha trộn có thành phần 1,38 g/l NaNO2 và 0,09 g/l hexamine đã ức chê đáng kể phàn ứng anốt. Chất ức chế pha trộn này có điện trở phân cực lớn nhất (Bảng 2.3) và tốc độ ăn mòn thép là nhỏ nhất (Bảng 2.4). Từ Bảng 2.4, sử dụng công thức (2), chúng ta tính được hiệu quả bảo vệ ăn mòn lấn lượt là: với 1,38 g/l NaNO2 là 45,85%, với 0,09 g/l hexamin là 45,34%, với 1,38 g/l NaNO2 và 0,09 g/l hexamin là 65,80% sau 6 ngày ngâm trong dung dịch.
Bảng 2.3. Kết quá trở phân cục (Ohm) theo thời gian của thép trong dung dịch Ca(0H)2 bão hòa với các nồng độ chất úc chế pha trộn
khác nhau có 3,5% NaCI
Mẫu
Thời gian
1 giờ 1 ngày 4 ngày 6 ngày
Khôngcó chất ức chê' 2,03.10’ 0,95.10’ 0,89.10’ 0,92.10’
1,38 g/l NaNO2 8,31.10’ 1,75.10’ 1,68.10’ 1,71.10’
125
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
Só 07/2021
0,09 g/lhexamin 4,95.10’ 4,06.10’ 1,67.10’ 1,76.10’ 1,38 g/lNaNO2và0,09g/l
hexamin
3,75.10’ 2,74.10’ 2,49.10’ 2,33.10’
2,76 g/lNaNO2và0,045g/l hexamin
1,29.10’ 1,62.10’ 1,52.10’ 1,41.10’
0,69 g/lNaNO2và0,045g/l hexamin
2,50.10’ 1,93.10’ 1,77.10’ 1,75.10’
0,69 g/lNaNO2 và 0,14g/l hexamin
1,93.10’ 1,49.10’ 1,18.10’ 1,25.10’
Bảng 2.4. Kết quả tốc độ ăn mòn (mm/năm) theo thời gian của thép trong dung dịch Ca(OH)? bão hòa có các nồng độ chất úc chếpha
trộn khác nhau có 3,5% NaCI Thời gian
Mâu
1 giờ 1 ngày 4 ngày 6 ngày
Khôngcó chất ứcché 3,23.10'2 6,75.10’2 7,50.10-2 7,72.102
1,38 g/lNaNO2 0,96.10'2 3,99.102 4,81.10’ 4,18.10’
0,09 g/lhexamin 1,05.102 2,32.102 3,96.102 4,22.10’
1,38 g/lNaNO2 và0,09g/l hexamin
1,54.102 2,54.10'2 2,34.10"2 2,64.10’
2,76 g/lNaNO2 và0,045 g/1 hexamin
2,84.10’2 3,41.102 4,12.102 5,91.10'2
0,69 g/lNaNO2 và0,045 g/l hexamin
2,51.102 4,27.102 4,08.102 4,50.10’
0,69 g/lNaNO2 và0,14 g/l hexamin
3,30.10'2 3,79.102 4,89.10’ 4,54.102
migrating corrosion inhibitor blend for renforced concrete - Part 1: Prevention of corrosion, Corrosion, 55, pp.1155-1163.
[5] , Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam, TCXDVN 327:2004 (2004), Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép yêu cầu bảo vệ chống àn mòn trong môi trường biền, Hà Nội.
[6] . Bùi Quang Tuấn, Bùi Thị Mai Anh (11/2018), Hiệu quả ức chế ăn mòn của hexamine đối với thép cacbon trong dung dịch Ca(OH)2 bão hòa có 3,5% NaCI, Tạp chí Khoa học GTVT, Hội nghị Khoa học công nghệ lẩn thứ XXI, số đặc biệt, tr.72-78?
[7] , c. Andrade, V. Castelo, c. Alonso and J.A. Gonzalez (1986), Corrosion effect of stray currents and the techniques for evaluating corrosion of rebars in concrete, ASTM Spec.
Tech. Publ. 906, PA, pp.43-63.
[8] , Luca Bertolini, Bernhard Elsener, Pietro Pedeferri, Rob Polder (2004), Corrosion of steel in concrete - WILEY- VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.
[9] , M.G. Fontana (1986), Corrosion engineering, McGraw-Hill, New York, pp.445-473.
[10] , A.M. Rosenberg, J.M.Gaidis (1979), Themechanism of nitrite inhibition of chloride attack on reinforcing steel in alkaline aqueous environments. Mater. Perform., 18(11), pp.45-48.
Ngày nhận bài: 18/5/2021 Ngày chấp nhận đăng: 11/6/2021 Người phản biện: TS. Trần Thúy Nga
TS. Phạm Tiến Lâm
3. KẾT LUẬN
Kết quả đánh giá ban đầu cho thấy:
- Tỷ lệ nồng độ pha trộn của hỗn hợp chất ức chế chính là nồng độ ức chế hiệu quả của mỗi chất.
-Trong dung dịch Ca(OH)2, bão hòa có 3,5%NaCI, chất ức chế ăn mòn pha trộn với tỷ lệ nồng độ 1,38 g/l NaNO2 và 0,09 g/l hexamin cho hiệu quả bảo vệ án mòn cao hơn hẳn so với mỗi chất ức chế riêng lẻ.
Lời cảm ơn: Bài báo được hoàn thành nhờ sự tài trợ của đề tài nghiên cứu khoa học Trường Đại học GTVT, mã số:T2021 -KHCB-011.
Tài liệu tham khảo
[1] , Federal Highway Administration (FHWA) (1998), Corrosion protection-concrete bridges, FHWA-RD-98-088, U.S. Dept, of Transportation, McLean, VA.
[2] . B. Elsener (2001), Corrosion Inhibitors for steel in concrete - State of the Art Report, EFC Publication No.35,The Institute of Materials, Maney publishing, London.
[3] . 2001 W.D. Collins, R.E. Weyers, I.L. Al-Quadi (1993), Chemical treatment of corroding steel reinforcement after removal of chloride-contaminated concrete, Corrosion, 49(1), pp.74-88.
[4] , B. Elsener, M. Buehler, F. Stalder, H. Bohni (1999), A
