论文赏析‖东南大学·施锦杰课题组 Cement and Concrete Composites

发布时间：2025-02-24

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1、文章简介

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2023.105419
课题组：东南大学材料科学与工程学院施锦杰课题组
2、研究亮点
本研究合成了一种负载HNT抑制剂的PA-PVA接枝溶液制备预处理层。PVA将更多的PA分子连接在一起，预处理层的密度和厚度显著增强；缓蚀剂HNT填补预处理层的缺陷，使保护涂层具有活性防腐性能。PA预处理层与HNT协同作用的智能保护涂层巧妙解决了传统钢筋混凝土一旦发生破坏，防腐性能急剧下降的问题。

图1.智能防护涂层的制备示意图
(a)PA-PVA接枝溶液的合成路线；(b)：EHNT@MO的制备；(c)合成智能保护涂层的工艺过程

图2.SCP-Cl溶液中智能保护涂层的抑制机理示意图
(a)空白/Ep试样；(b) PA-PVA-EHNT@MO/ Ep试样

3、测试方法
该作者使用使用DH7000东华电化学工作站，进行了开路电位（OCP）、电化学阻抗（EIS）、线性极化（LPR）和循环电位动力极化（CPP）4种电化学测试方法。每种条件下测试4个相同的钢电极，以确保电化学结果的重复性。

钢板作为工作电极（WE），Pt电极作为对电极（CE）和饱和甘汞电极（SCE）作为参比电极（RE），工作电极暴露面积为1cm²。

图3.多通道腐蚀电解池中的三电极系
(a)实物图；(b)原理图

EIS测量是待OCP稳定后，在10⁵～10^-2 Hz的频率范围内进行扫描，振幅为10mV。LPR测量是在0.167mV/s的恒定扫描速率下，相对于工作电极的腐蚀电位（Ecorr）扫描±10mV，以确定极化电阻（Rp）和Ecorr值。CPP测量是以1mV/s的扫描速率从Ecorr的−0.1V扫描到0.8VSCE，然后反扫回Ecorr 。
4、测试结果
开路电位（OCP）和电化学阻抗（EIS）
图4为不同预处理层在SCP-Cl溶液中暴露30min腐蚀行为变化。图9表明与空白试样相比，具有PA-PVA-EHNT@MO预处理层的试样OCP值呈负向变化，可以观察到更大的容抗弧，这表明由于保护层的形成而增加了耐腐蚀性。PA-PVA-EHNT@MO预处理层进一步提高了钢的耐腐蚀性，这归功于预处理层和智能缓蚀剂的协同作用。

图4.SCP-Cl溶液中不同预处理层的腐蚀行为变化
(a)暴露30min期间的OCP曲线；(b)暴露30min后的Nyquist图

循环电位动力极化（CPP）
图5为钢在SCP-Cl溶液暴露1d后的CPP曲线。在CPP曲线中可以观察到腐蚀电位（Ecorr）和点蚀电位（Epit）。图5表明与空白试样相比PA-PVA-EHNT@MO/Ep试样的Epit值略高，滞回区要小得多，表明智能保护涂层具有较高的耐点蚀性。

图5.具有不同涂层的钢在SCP-Cl溶液中浸泡1d后的CPP曲线

电化学阻抗（EIS）
图6为具有不同涂层的钢在SCP-Cl溶液中浸泡14d时的EIS图。图6表明随着浸泡时间的延长，PA-PVA-EHNT@MO/Ep 涂层阻抗的容抗弧直径呈下降趋势，但与空白试样不同的是，它最终将到达一个稳态。损坏的智能保护层能有效承受长期腐蚀环境，这归因于划痕、缺陷处内纳米容器逐渐释放缓蚀剂而带来的额外的防腐保护。

图6.具有不同涂层的钢在SCP-Cl溶液中浸泡14d时的EIS图
（a、c和e）空白/Ep试样；（b、d和f) PA-PVA-EHNT@MO/ Ep试样

5、结论
预处理层与智能缓蚀剂的协同抑制作用，使智能保护涂层具有特殊的屏障效应和独特的修复能力，从而显著提高了钢在侵蚀性环境下耐腐蚀性能。智能防护涂层的主要成分均具有环保、低成本等优势，使其有望取代传统环氧涂层，具备良好的商用前景。但智能防护涂层的长期耐久性和有效性仍需研究，且智能防护涂层在水泥基材料中对钢的缓蚀机理仍待全面探究。
6、课题组介绍
施锦杰，东南大学副教授，博士生导师，华英学者，仲英青年学者，新加坡国立大学访问学者。2011年博士毕业于东南大学材料学院，师从中国工程院院士孙伟教授。主要研究方向为混凝土中钢筋的腐蚀行为与腐蚀机理表征。主持完成国家自然科学基金2项，江苏省自然科学面上基金1项，参与了多项973计划与国家重点研发计划项目。
发表学术论文100余篇，其中，第一作者与通讯作者发表SCI论文58篇（包括：腐蚀防护顶刊Corrosion Science 14篇，水泥混凝土顶刊Cement and Concrete Composites 16篇，电化学领域顶刊Electrochimica Acta1篇，Construction and Building Materials 10篇，ASCE 8篇），一作与通讯作者发表EI论文18篇（包括：硅酸盐学报6篇，建筑材料学报4篇）。SCI论文累计影响因子超过400，他引1000余次，H因子28。2022年入选斯坦福大学全球前2％顶尖科学家榜单。
担任Corrosion Science, Cement and Concrete Composites, Electrochimica Acta, Applied Surface Science, Progress in Organic Coatings, Composites Part B, Journal of Materials in Civil Engineering (ASCE), Engineering Structure，Construction and Building Materials，建筑材料学报，建筑结构学报，复合材料学报，工程力学等多个国内外学术期刊的论文评审专家。

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