模拟混凝土环境中硫酸盐还原菌对钢筋的微生物腐蚀及其防护研究
作者单位：中国科学院金属研究所材料环境腐蚀研究中心
会议名称：《第十届全国腐蚀大会》
会议日期：2019年
学科分类：080503[工学-材料加工工程] 081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造]
摘 要：在海洋采油平台、海水淡化设施、海港码头、污水处理构筑物等海洋与工业结构中,钢筋混凝土面临的微生物腐蚀问题日益严重,其中硫酸盐还原菌（SRB）的腐蚀问题最为显著,使钢筋混凝土结构服役寿命缩短,导致严重的经济损失,钢筋混凝土结构的微生物腐蚀防护成为当前亟待解决的问题。目前,控制微生物腐蚀通常采用化学杀菌剂的方法,然而由于效果不理想且不符合环保要求,化学杀菌剂将越来越受到限制。因此,发展高效、环保的新型微生物腐蚀控制措施势在必行。有机硅季铵盐（OSA）是一类广谱环保抗菌剂,能与大部分表面分子结合形成一个具有抗菌活性的表面,且能够提供持续的抗菌作用抑制微生物的生长,预期可用于抑制SRB对混凝土中钢筋的腐蚀。综上,本文针对SRB对钢筋混凝土结构的腐蚀破坏问题,研究了中性pH值（9.35）的模拟混凝土孔隙溶液中SRB对钢筋的腐蚀行为及机制,并采用OSA抑菌剂来减缓其腐蚀,阐明了其抑制作用和机理。为了揭示SRB对钢筋的腐蚀作用及抑菌剂的缓蚀效果,实验在四种不同的溶液中开展:无SRB的模拟混凝土孔隙溶液（STR）、无SRB含OSA的模拟混凝土孔隙溶液（STR+OSA）、含SRB的模拟混凝土孔隙溶液（STR+SRB）、以及含SRB和OSA的模拟混凝土孔隙溶液（STR+SRB+OSA）。研究结果表明,在STR+SRB溶液中,SRB的最高数量达到4.0×107 cells/ml,添加OSA之后,SRB的最高数量减少到1.5×104 cells/ml,表明OSA对SRB的生长繁殖具有显著的抑制作用。并且,不同溶液中,钢筋的腐蚀模式和速率存在显著差异。在STR溶液中发生均匀腐蚀,在STR+OSA溶液中则发生轻微的局部腐蚀,在STR+SRB和STR+SRB+OSA溶液中发生局部点蚀。由于OSA的抑制作用,最大坑深由STR+SRB溶液中的36.70±6.95μm降至STR+SRB+OSA溶液中的3.31±0.89μm。XRD和XPS分析证实,在STR和STR+OSA溶液中存在三价铁Fe（Ⅲ）氧化物,而在STR+SRB和STR+SRB+OSA溶液中检测到二价铁Fe（Ⅱ）氧化物和硫化亚铁（FeS）。在四种溶液中,动电位极化曲线的阳极曲线均呈现出活性溶解,且电荷转移过程为速率控制步骤,阴极过程也主要由电荷转移步骤控制。失重和电化学阻抗谱（EIS）结果表明,腐蚀速率呈现出STRSTR+OSASTR+SRB+OSASTR+SRB的顺序,这也证明了SRB的存在可以加速钢筋在弱碱性混凝土中的腐蚀,而OSA作为一种有效的抑菌剂,可以减少钢筋表面SRB的生长,从而减缓SRB对钢筋的腐蚀。