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Jun 20, 2023

Rolle von Phosphor als Mikrolegierungselement und seine Wirkung auf die Korrosionseigenschaften von Stahlbewehrungsstäben in Betonumgebungen

Wissenschaftliche Berichte Band 12,

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 12449 (2022) Diesen Artikel zitieren

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In dieser Mitteilung wird über die Wirkung von Phosphor (P) berichtet, der Stahl in Mikrokonzentrationen zugesetzt wird, auf die Kinetik, den Mechanismus und das Wachstum des Passivfilms bei Kontakt mit mit Chlorid kontaminiertem Beton. Zur Gewinnung der Ergebnisse wurden elektrochemische Impedanzspektroskopie, Gleichstrompolarisation, Massenverlust und Raman-spektroskopische Techniken eingesetzt. Die Ergebnisse zeigten, dass eine absichtliche Zugabe von P zu Stahl (0,064 %) diesen anfälliger für gleichmäßige und lokale Korrosion macht (etwa das 1,1- bis 1,7-fache) als Stahl mit niedrigem Phosphorgehalt (< 0,016 %, vorhanden als Begleitelement), der nass ausgesetzt ist /trockene Bedingungen in einer simulierten Porenlösung mit Zusatz von Chlorid und in Abwesenheit dieses Ions. Ein ähnlicher Effekt wird auch für die in Mörtel eingebetteten Bewehrungsstäbe beobachtet. Die Identifizierung von Korrosionsprodukten, die sich auf der Oberfläche von Stahlbewehrungsstäben bilden, mittels Raman-Spektroskopie zeigt thermodynamisch stabile Maghemit- und Goethitphasen auf der Oberfläche von Stahl mit niedrigem P-Gehalt. Auf der Oberfläche von Bewehrungsstäben aus Stahl mit höherem Phosphorgehalt ist eine instabile Phase von Lepidokrozit zu beobachten. Die Ergebnisse werden anhand experimenteller Beweise und anhand von Hinweisen aus der veröffentlichten Literatur diskutiert, um zu einem plausiblen Mechanismus für dieses Verhalten zu gelangen.

Viele metallische und nichtmetallische Elemente, nämlich Kohlenstoff, Schwefel, Mangan, Kupfer, Vanadium, Niob, Phosphor usw., werden Stählen in Mikrokonzentrationsbereichen zugesetzt, um eine Verbesserung ihrer Eigenschaften zu erreichen. Eine Literaturrecherche zeigt, dass Forscher in der Vergangenheit herausgefunden hatten, dass die hinzugefügten Elemente die Eigenschaften von Stählen entweder verbesserten1,2 oder verschlechterten3,4,5. In der Literatur sind nur sehr begrenzte Informationen über ihre Rolle bei der Veränderung der Korrosionseigenschaften insbesondere in Betonumgebungen der resultierenden mikrolegierten Stähle verfügbar6,7,8. Dies gilt umso mehr für den in Stählen zugesetzten Phosphor. Dieses Element lagert sich in den Korngrenzen von Stählen ab, was zu Sprödigkeit führt und sich negativ auf die Bruchzähigkeit auswirkt3,4,5. Aus diesem Grund wird der P-Gehalt in Stählen durch einige internationale Standards auf einem Mindestniveau gehalten9. In Beton eingebettete Bewehrungsstäbe unterliegen im Laufe ihrer Lebensdauer statischen und dynamischen Belastungen. Einige internationale Normen für Stähle, die zum Walzen von Bewehrungsstäben verwendet werden, begrenzen daher den maximalen P-Gehalt in der Chemie solcher Stähle. Wenn Schweißbarkeit und verbesserte Duktilität erforderlich sind, werden Bewehrungsstäbe gemäß der Norm ASTM A7069 spezifiziert. ASTM A706 begrenzt den Phosphorgehalt auf 0,035 %. Andererseits ist in den USA und vielen anderen Ländern ASTM A61510 weit verbreitet und befasst sich mit Bewehrungsstäben zur Betonverstärkung ohne Einschränkung des Phosphorgehalts. Die vorliegende Forschung konzentriert sich auf diese Art von Bewehrungsstäben, die in der Betonbauindustrie eine viel größere Verwendung finden.

Es ist bekannt, dass der höhere P-Gehalt im Stahl die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von aus solchen Stählen hergestellten Strukturen verbessert1,2. Einige Bewehrungsstahlhersteller in bestimmten Ländern, die den gleichen Effekt erwarten, fügen dem Stahl, der zum Walzen der Bewehrungsstäbe verwendet wird, zusätzlichen Phosphor hinzu. Die aus den Stahlschrotten gewalzten Bewehrungsstäbe enthalten auch einen höheren Phosphorgehalt. Die Entphosphorung von Stahlschrott ist ein teurer Prozess und es ist schwierig, den akzeptablen Grenzwert dieses Elements zu erreichen. Angesichts der oben genannten Fakten ist es wichtig, die Auswirkung des P-Gehalts in Bewehrungsstäben auf deren Korrosionsbeständigkeit in chloridkontaminierten Betonumgebungen zu kennen. Die Literaturrecherche zeigt, dass sich ein zusätzlicher Zusatz von P in Stählen im Allgemeinen negativ auf deren Korrosionsbeständigkeit in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit und hohem Wassergehalt auswirkt. Kim et al.11 berichteten über einen nachteiligen Effekt der P-Legierung in Weichstahl auf dessen Korrosionsbeständigkeit in einem Gasentschwefelungssystem und führten ihn auf die erhöhte Wasserstoffentwicklungsreaktion zurück. Ein ähnlicher Effekt wurde auch von Uhlig12 und Cleary und Greene13 berichtet. Windisch et al.14 fanden eine nachteilige Wirkung dieses in Stahl zugesetzten Elements und testeten es in einer Calciumnitratlösung. Die Autoren führten dies auf die destabilisierende Wirkung von Phosphat (entstanden durch die Ionisierung von P aus dem korrodierenden Stahl) auf den halbschützenden Fe3O4-Film zurück. Krautschick et al.15 berichteten über die beschleunigende Wirkung von P und führten sie auf die Bildung einer negativ geladenen Spezies Pδ- zurück, die den Angriff beschleunigte. P hat in verschiedenen Testmedien eine verstärkende Wirkung auf die Spannungsrisskorrosion von Stählen gezeigt16,17,18,19,20,21,22.

Balma et al.23 hingegen berichteten, dass ein höherer Phosphorgehalt in Stahlbewehrungsstäben keinen Einfluss auf deren Korrosionsbeständigkeit in Betonumgebungen habe. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die schützende oder schädliche Wirkung von P in Stahl durch die Art der Umgebung, den pH-Wert und die anionischen und kationischen Komponenten in der Umgebung der Stähle bestimmt wird. In Anbetracht der oben genannten Erkenntnisse und der Tatsache, dass sich P in Stählen an den Korngrenzen absondert, was sich negativ auf die Festigkeit der eingebetteten Bewehrungsstäbe auswirken kann, war es ratsam zu prüfen, ob die zusätzliche Zugabe dieses Elements in Stählen die Leistung der freigelegten Bewehrungsstäbe beeinträchtigt in konkreten Umgebungen. In dieser Mitteilung sind die Ergebnisse von Tests mit zwei Arten von Bewehrungsstäben enthalten, die aus mikrolegiertem C-Mn-Stahl gewalzt wurden: einer mit praktisch vernachlässigbarem Phosphorgehalt (als Begleitelement vorhanden) und der andere mit einem absichtlich höheren P-Gehalt, der durch eine gewisse Bewehrung erzeugt wird Riegelherstellern und durch viele internationale Standards zugelassen10,24,25.

Bei dieser Untersuchung wurden zwei Arten von Stählen verwendet, einer mit einem hohen P-Gehalt (HP), der vom Hersteller der Bewehrungsstäbe absichtlich hinzugefügt wurde, und der andere mit einem niedrigen P-Gehalt (LP) und der in Tabelle 1 dargestellten chemischen Zusammensetzung. Aus der Tabelle geht hervor, dass außer Phosphor alle Elemente in beiden untersuchten Bewehrungsstäben vergleichbar sind. Phosphor ist in Stählen unerwünscht (es sei denn, er wird absichtlich hinzugefügt, um bestimmte Eigenschaften für eine Stahlkomponente zu erzielen). In LP-Stahlbewehrungsstäben gab es keinen zusätzlichen P-Zusatz. Der P-Gehalt von 0,016 % stammt aus dem Erz und anderen Materialien, die zur Herstellung des Stahls in Mühlen verwendet werden. Dieser P-Gehalt ist als Begleitelement bekannt und verbleibt nach der Entphosphorisierung im Stahl und hat nur geringe negative Auswirkungen auf die Eigenschaften der gefertigten Strukturen. Der Gehalt dieses Elements ist im LP-Stahl deutlich niedriger (< 0,016 %) als im HP-Stahlstahl (0,064 %), wie in Tabelle 1 gezeigt. Der höhere Gehalt an P (0,064 %) im HP-Stahlstab ist auf die zusätzliche Zugabe von Phosphor zurückzuführen als Ferrophos während der Stahlherstellung.

Sowohl HP- als auch LP-Stähle wurden in Form von Bewehrungsstäben mit einem Durchmesser von 16 mm verwendet. Nach dem Warmwalzen wurden beide Bewehrungsstäbe einer Abschreck- und Anlassbehandlung unterzogen. Ungefähr 10–12 % ihres Außendurchmessers wurden in einen angelassenen Martensitrand umgewandelt. Geeignete Längen der Testproben wurden mit einer Diamantschneidemaschine aus einem einzigen Bewehrungsstab voller Länge geschnitten, wobei eine lokale Erwärmung während des Schneidens vermieden wurde.

Die SPSL wurde wie in unserer vorherigen Veröffentlichung8 beschrieben erstellt. Dabei wurden 0,55 M KOH, 0,16 M NaOH und 0,017 M Ca(OH)2 in destilliertem Wasser gemischt, zwei Stunden lang auf einem Magnetrührer gerührt und anschließend auf Filterpapier filtriert, um unlöslichen Kalk zu entfernen. Die Lösung wurde in einem luftdichten Kunststoffbehälter aus hochdichtem Polyethylen (HDPE) aufbewahrt. Der pH-Wert der Lösung betrug 13,5. Um die Wirkung von Chlorid auf die Leistung von Bewehrungsstäben zu beurteilen, wurden 0,6 m Chloridionen in Form von Natriumchlorid in SPSL zugesetzt.

Die Geometrie, Zusammensetzung und Methode der Mörtelzubereitung sowie die Größe der eingebetteten Bewehrungsstäbe und Graphitstäbe entsprachen denen, die in den zuvor veröffentlichten Arbeiten der Autoren beschrieben wurden7,8,26 und schematisch in Abb. 1 dargestellt. Es wurden die eingebetteten Bewehrungsstäbe bzw. Graphitstäbe verwendet als Arbeits- und Hilfselektroden bei elektrochemischen Untersuchungen. Die beiden Enden der Bewehrungsstäbe und Graphitstäbe (mit einer Länge von 15 mm) wurden mit Epoxidharz und Teflonband beschichtet, um Spaltkorrosion zu vermeiden. Kupferdraht wurde auf die Oberfläche von Bewehrungsstäben gelötet und fest um Graphitstäbe gewickelt, bevor Teflon und eine Epoxidbeschichtung aufgetragen wurden. Das andere Ende der aus den Mörsern kommenden Drähte diente zur Herstellung elektrischer Kontakte. Wie aus Abb. 1 hervorgeht, waren von 150 mm Länge des Bewehrungsstabs nur 120 mm für die Freilegung im Mörtel offen. Für die Stahlstäbe von allen Gussseiten stand eine Mörtelüberdeckung von 30 mm zur Verfügung. Die Oberfläche der Bewehrungsstäbe wurde auf einem motorisierten Schleifrad abgeschliffen, um losen Rost und Ablagerungen zu entfernen, und anschließend wurden sie in Aceton entölt.

Schematische Darstellung der Geometrie von Mörteln zur Bewertung der Korrosionsanfälligkeit von HP- und LP-Bewehrungsstäben.

Es wurden drei Mörtelsätze vorbereitet, in die jeweils „HP“- und „LP“-Bewehrungsstäbe eingebettet waren, wie in ASTM –C192 vorgeschrieben. Nach 24-stündigem Gießen wurden die Mörtel aus der Form genommen und 28 Tage lang in einer Feuchtigkeitskammer mit 95 % relativer Luftfeuchtigkeit und einer Temperatur von 25 °C ausgehärtet.

Diese Experimente wurden wie in früheren Forschungsarbeiten des Autors beschrieben27 durchgeführt. Dabei wurden Bewehrungsstahlproben mit einer Länge von 20 mm geschnitten und in säure-/alkalibeständige Harze eingebaut, wobei ein Ende ihrer Querschnittsfläche (2 cm2) den Testelektrolyten ausgesetzt blieb. Die Querschnittsfläche dieser Proben wurde hochglanzpoliert. Nach dem Abwischen mit Aceton und dem Trocknen wurden die polierten Proben auf einer elektronischen Waage mit einer Genauigkeit von 0,0001 g gewogen. Von jedem Bewehrungsstabtyp wurden sechs Proben hergestellt. Anschließend wurden zwei Tropfen des Testelektrolyten mit den oben genannten Zusammensetzungen auf jede Oberfläche gegeben (für jeden Bewehrungsstahltyp wurde SPSL auf drei Proben getropft und mit Chlorid versetztes SPSL (0,6 M Chloridionen als Natriumchlorid hinzugefügt) auf die anderen drei ). Diese Lösungsmenge reichte aus, um die blanke Querschnittsfläche der Prüfkörper zu benetzen. Diese Proben wurden dann 78 Stunden lang in eine Kammer gelegt, in der die relative Luftfeuchtigkeit und die Temperatur auf 95 % bzw. 45 °C eingestellt wurden. Nach dieser Einwirkzeit wurden die Proben aus der Kammer entnommen. Anschließend wurden erneut zwei Tropfen des Testelektrolyten auf die Proben getropft und diese für einen weiteren Zeitraum von 78 Stunden in die Kammer zurückgebracht. Nach 156 Stunden Exposition (Nasszyklus) wurden die Proben aus der Kammer entnommen und 156 Stunden lang in der Laborumgebung aufbewahrt, wo die Temperatur im Bereich von 25 ± 5 °C schwankte (Trockenzyklus). Dieser Prozess von 312 h (13 Tage) wurde als ein Zyklus genommen. Nach Abschluss jedes Zyklus wurde das oben genannte Verfahren des Aufbringens des Testelektrolyten, des Trocknens usw. sieben Zyklen lang fortgesetzt. Nach Abschluss von sieben Zyklen (insgesamt 91 Tage) wurde die Rost auf der Oberfläche der getesteten Proben wurde in Clarke-Lösung gereinigt, wie in ASTM G1-90 (erneut genehmigt 2010)28 beschrieben, und die Korrosionsverluste wurden anhand der durchschnittlichen Gewichtsverlustdaten der drei Proben jedes Stahls berechnet.

Potenzialzeitmessungstests wurden durchgeführt, indem der entsprechende Probenbereich den Testumgebungen ausgesetzt wurde, nachdem ihre Oberflächen entzundert, abgeschliffen und mit Schmirgel poliert wurden. Für diesen Test wurde jeder 15 cm lange Bewehrungsstab in die in Abb. 2 gezeigten elektrochemischen Zellen eingebaut. Ein Graphitstab mit 16 mm Durchmesser und derselben Länge wie der Bewehrungsstab wurde horizontal 20 mm über den Bewehrungsstäben angebracht. Dieser Stab wurde als Hilfselektrode in der Zelle während der DC-Polarisations- und elektrochemischen Impedanzstudien verwendet, wie in den nächsten Abschnitten beschrieben. Die beiden Enden der aus der Testzelle kommenden Graphitstäbe und Bewehrungsstäbe wurden mit Epoxidharz blockiert, um sie für die Diffusion von Flüssigkeiten undurchlässig zu machen. Um Spaltkorrosion zu vermeiden, wurden 0,5 cm lange Bewehrungsstäbe, die an beiden Enden mit dem Testelektrolyt in den Testzellen in Kontakt kamen, zunächst mit Teflonband umwickelt, das um den Bewehrungsstab gewickelt wurde, und anschließend wurde dieser Teil mit Epoxidharz abgedeckt. Eine Länge von 10 cm der Bewehrungsstäbe mit einer aktiven Fläche von 50,25 cm2 wurde dem Testelektrolyten ausgesetzt. Eine mit einer Luggin-Kapillare ausgestattete Kalomelelektrode wurde sehr nahe an der Oberfläche der Bewehrungsstahlproben positioniert. Danach wurde SPSL (ohne Chloridzugabe) und SPSL mit Chloridionenzusatz (0,6 M) in jeweils drei Sätzen der Testproben gegossen. Die zeitliche Änderung des Leerlaufpotentials wurde gemessen, indem die Drahtleitungen der Bewehrungsproben und der Calomel-Elektrode mit einem Potentiostat verbunden wurden.

Foto der Zelle, mit der die Bewehrungstestproben in simulierten Porenlösungen exponiert wurden, um die elektrochemischen Experimente durchzuführen.

Um den Schweregrad der gleichmäßigen und lokalisierten Korrosion der beiden Bewehrungsstäbe zu beurteilen, die dem mit Chlorid versetzten und chloridfreien SPSL-Testelektrolyten ausgesetzt waren, wurden die zyklischen anodischen Polarisationsexperimente in derselben Zelle (Abb. 2) und Lösungen nach Abschluss der Potential-Zeit-Experimente durchgeführt. Die Scanrate des Potenzials sowohl für den Vorwärts- als auch für den Rückwärtsscan betrug 0,1 mV/s. Der maximale Anodenstrom wurde auf 10 mA/cm2 festgelegt. Die Daten wurden mit der DC 105-Software eines M/S-Gamry-Instruments analysiert. Für jeden Stahlbewehrungsstab wurden drei Versuchsreihen durchgeführt und die beiden nahe beieinander liegenden Daten wurden gemittelt und in der Arbeit dargestellt. Die Experimente wurden bei 25 ± 1 °C durchgeführt.

Diese Experimente wurden in ähnlichen Zellen durchgeführt, wie in Abb. 2 dargestellt. Für diese Studien wurden jedoch neue Proben und Elektrolyte entnommen. Wie Polarisationsexperimente wurden auch in diesem Fall drei Versuchsreihen für LP- und HP-Stahlbewehrungsstäbe durchgeführt. Die Tests wurden nach unterschiedlichen Expositionsintervallen der Proben durchgeführt, indem eine sinusförmige Spannung von 10 mV an das Leerlaufpotential der Arbeitselektrode angelegt und gleichzeitig ihre Frequenz von 100 kHz auf 0,01 Hz geändert wurde. Die EIS-Daten wurden mit der CMS 300-Software von M/S Gamry-Instrumenten analysiert.

Die EIS-Tests von in Mörtel eingebetteten Bewehrungsstäben wurden im nassen Zustand des Mörtels durchgeführt, wie in unserer früheren Veröffentlichung29 beschrieben. Die vorbereiteten Mörtel, wie im Abschnitt „Mörtel“ beschrieben, wurden 10 Tage lang einer 3,5 %igen Natriumchloridlösung ausgesetzt und anschließend eingetrocknet Laborumgebung für 20 Tage. Dieser Zeitraum der Nass-/Trockenbehandlung (30 Tage) wurde als ein Zyklus betrachtet. Berichten zufolge hat die zyklische Nass-Trocken-Behandlung von Mörtel eine beschleunigende Wirkung auf den Beginn und die Ausbreitung von Korrosion auf der Oberfläche der eingebetteten Bewehrungsstäbe30.

Die Raman-Spektroskopie der aus den Testproben gesammelten Korrosionsprodukte wurde wie in Referenz31 beschrieben durchgeführt. Es wurde ein dispersives Mikro-Raman-Spektroskop von Almega verwendet, das mit dem Strahl eines grünen Nd:YAG-Lasers (Nd-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat; Nd:Y3Al5O12) mit einer Wellenlänge von 532 nm ausgestattet war. Der Laser wurde auf niedriger Leistung gehalten, um die Umwandlung von Korrosionsprodukten aufgrund der Erwärmungswirkung zu vermeiden. Die Orte der zu untersuchenden Proben wurden durch ein Olympus-Mikroskop bei einer 50-fachen Vergrößerung fokussiert. Der Probenhalter enthielt eine motorisierte Plattform mit Jockey, um eine präzise Fokussierung und Kartierung auf entsprechend spezifizierte Teile der Proben zu ermöglichen. Das Gitter hatte eine Auflösung von 672 Linien/mm und eine Lochblende von 25 µm. Vor der Analyse der Proben wurde das Instrument unter Verwendung von reinem Si bei einem Spitzenwert von 532 cm−1 kalibriert.

Die Korrosionsraten der beiden untersuchten Bewehrungsstäbe basierend auf dem Massenverlust nach sieben Zyklen Nass-/Trockenbehandlungen mit SPSL (mit und ohne Chlorid) wurden unter Berücksichtigung der Tatsache berechnet, dass auf ihren Oberflächen gleichmäßige Korrosion stattfand. Die Dickenverluste von HP- und LP-Bewehrungsstäben sind in den Abbildungen als Histogramme aufgezeichnet. 3 und 4. Wie in Abb. 3 dargestellt, in der die Verluste unter dem Einfluss des SPSL-Elektrolyten (chloridfrei) berücksichtigt sind, erfuhr der HP-Stahlbewehrungsstab eine deutlich höhere Korrosionsrate (ca. Faktor 1,7) als der LP-Bewehrungsstab . Überraschend ist die signifikante Korrosionsrate der beiden Stähle (durchschnittliche Werte von 6,8 bzw. 11,4 µm/Jahr für LP- und HP-Bewehrungsstäbe), insbesondere bei chloridfreiem SPSL. Das Pourbaix Fe-H2O-Diagramm sagt die Bildung eines Schutzfilms aus Fe3O4 auf der Eisenoberfläche bis zu einem pH-Wert von 14 voraus (bei 1 N NaOH, d. h. 4 %iger Natriumhydroxidlösung in Wasser). Die in der vorliegenden Studie verwendete simulierte Porenlösung liegt deutlich unter 1 N NaOH (0,55 M KOH + 0,16 M NaOH + 0,017 M Ca (OH)2 gelöst in 1 l Wasser) und der pH-Wert dieser Lösung lag im Bereich der passiven Zone des Pourbaix-Diagramms (pH 13,5). Die ungewöhnlich hohe Korrosionsrate des untersuchten Stahls kann auf das Auslaugen von Phosphor aus den untersuchten Stahlbewehrungsstäben in der Porenlösung zurückzuführen sein, was die Sauerstoffreduktionsreaktion an der Grenzfläche zwischen Stahl und Testlösung erleichterte. Es wird berichtet, dass viele mit metallorganischem P dotierte Katalysatoren die Sauerstoffreduktionsreaktionen in alkalischen Lösungen aufgrund der Wechselwirkung von ausgelaugtem P mit alkalischen Lösungen verstärken32,33,34. P steht in alkalischer Lösung in keinem Verhältnis zu Phosphen (PH3) und Natriumhydrogenphosphid (NaH2PO4)35. Phosphen ist ein bekannter Beschleuniger für Korrosionsreaktionen36. Je höher das ausgewaschene P an der Grenzfläche ist (im Fall von HP), desto höher ist die Korrosionsrate.

Korrosionsrate der HP- und LP-Stahlbewehrungen in chloridfreier SPSL-Lösung nach sieben Zyklen Nass-/Trockenbehandlungen.

Korrosionsrate von HP- und LP-Stahlbewehrungsstäben unter dem Einfluss einer Nass-/Trockenbehandlung mit einer mit Chlorid versetzten SPSL-Lösung.

Die Korrosionsrate unter dem Einfluss der mit Chlorid versetzten Porenlösung war für beide Stähle sehr hoch, wie in Abb. 4 dargestellt. Der Unterschied in der Korrosionsrate war jedoch marginal (unter dieser Testbedingung korrodierte der HP-Stahlbewehrungsstab etwa 1,1-mal schneller). als der LP-Stahl). Diese Ergebnisse legen nahe, dass der auf beiden Stählen gebildete Passivfilm anfällig für eine chloridbedingte Verschlechterung war.

Digitale Bilder der Oberflächen der Bewehrungsstäbe nach sieben Zyklen von Nass-/Trockenbehandlungen (benetzt mit mit Chlorid versetztem SPSL) und nach der zuvor beschriebenen Reinigung des Rosts sind in Abb. 5 dargestellt. Die digitalen Bilder zeigen sehr deutlich, dass die HP-Bewehrungsstäbe gelitten haben mit stärkerem lokalen Korrosionsangriff als die LP-Bewehrungen.

Digitales Foto, das den beschleunigten lokalen Angriff auf HP-Stahl im Vergleich zu LP-Bewehrungsstäben nach deren Nass-/Trockenbehandlung zeigt – Benetzung mit Chlorid zugesetztem SPSL (a) HP, (b) LP.

Abbildung 6 zeigt die Änderung der Leerlaufpotentiale der beiden Stähle im Laufe der Einwirkzeit in chloridfreiem SPSL. Die Ergebnisse zeigen, dass die Potenziale beider Stähle im Laufe der Zeit edler werden, was auf eine Verstärkung des Passivfilms auf ihren Oberflächen hinweist. Bis zu einer Belichtungsdauer von 200 h sind die Veränderungen sehr scharf. Danach stabilisierte sich der Passivfilm auf ihren Oberflächen, was zu einer schleppenden Veredelung der Potentiale führte. Obwohl der Unterschied nicht sehr signifikant ist, weist die Potential-Zeit-Kurve für den LP-Stahl bei allen Expositionsdauern eine größere Noblesse auf als die für den HP-Stahl. Im Gegensatz dazu bewegten sich die Potenzialschwankungen für die beiden Stahlbewehrungsstäbe nach Zugabe von Chlorid nach 200-stündiger Exposition deutlich in die aktive Richtung (Abb. 7). Diese Ergebnisse bestätigen die in den Abbildungen gezeigten Ergebnisse. 3 und 4, wo die Korrosionsrate für den LP-Stahl unter dem Einfluss von chloridfreiem SPSL erheblich niedriger war als die für den HP-Stahl (Abb. 3), während der Unterschied beim chloridgemischten Elektrolyten marginal war (Abb. 4). ).

Änderung des Korrosionspotenzials im Laufe der Zeit für Stahlbewehrungsstäbe, die in chloridfreiem SPSL exponiert sind.

Änderung des Korrosionspotenzials im Laufe der Zeit für Stahlbewehrungsstäbe, die SPSL mit Chloridzusatz ausgesetzt sind.

Chloridionen sind ein bekannter Aktivator zur Destabilisierung des Passivfilms auf Stahloberflächen, die den meisten Testlösungen ausgesetzt sind. Unter günstigen Bedingungen ist dieser Effekt ausgeprägter, wie derzeit bei HP-Stahlbewehrungsstäben festgestellt wird. Die hohe negative Ladung und die geringe Ionengröße von Chloridionen ermöglichen es ihnen, leicht auf dem Passivfilm zu adsorbieren und diesen zu hydrolysieren37. Die ionische Adsorption auf oxidierten Metalloberflächen hängt von ihrem pH-Wert ab (d. h. dem pH-Wert, bei dem eine Nettooberflächenladung von Null vorliegt). die Oxidschicht, dargestellt als:

Diese Schicht erreicht eine negative Ladung unter Testbedingungen, bei denen der pH-Wert des Testelektrolyten in der Nähe des passiven Metalls über pH0 liegt. Der pH0-Wert für Eisenoxid beträgt 8,838, was darauf hindeutet, dass es in alkalischer Porenlösung eine negative Ladung erreichen und die Adsorption verhindern sollte von Chloridionen. Die Anfälligkeit von Stählen gegenüber Lochfraß durch Chloridionen oberhalb einer Schwellenkonzentration ist ein bekanntes Phänomen. Dies legt nahe, dass der Mechanismus der lokalisierten Korrosion auf der Stahloberfläche in Kontakt mit der Porenlösung aus anderen Blickwinkeln betrachtet werden muss. Für die Entstehung und Ausbreitung von Grübchen auf Stählen in Gegenwart von Chloridionen wurden unterschiedliche Theorien entwickelt. Kruger und Ambrose39 waren der Ansicht, dass die Lochfraßbildung durch Chloridionen nach einer Induktionsperiode der Exposition einsetzt. Während dieser Induktionsperiode treten keine Veränderungen in der Beschaffenheit des Passivfilms auf. Mcbee und Kruger40 schlugen jedoch vor, dass Chloridionen den passiven Film beeinflussen, bevor er zusammenbricht. Die Adsorption von Chloridionen auf einer hydroxylierten Oxidoberfläche wird von Szklarska-Smialowskaet al.41 wie folgt angenommen:

wobei MeO den passiven Film auf der Stahloberfläche bezeichnet. Es wird vermutet, dass der Eintritt von Elektronen in den Passivfilm durch die oben vorgeschlagene Reaktion die Elektronendichte im Film durch das dynamische Gleichgewicht von Adsorption und Desorption erhöht. Es wird berichtet, dass eine Erhöhung der Oberflächenelektronendichte zu einer kontraktiven Oberflächenspannung führt, die den Oberflächenfilm destabilisieren kann42. Durch diese Zerstörung des Films wurden die stabilen Oxidphasen des Films in instabile Phasen des Rosts umgewandelt. Der oben vorgeschlagene Mechanismus von Szklarska-Smialowska et al.41 scheint für die derzeit untersuchten HP- und LP-Stahlbewehrungsstäbe wirksam zu sein. Die Kapazitätswerte (Cdl) für die Doppelschicht, die sich an der korrodierenden Grenzfläche von LP- und HP-Stahlstäben bildet, sind für mit Chlorid versetztes SPSL erheblich höher als für chloridfreie Lösungen (ein Hinweis auf einen instabilen Film) (letzteres wird in „Electrochemical“ beschrieben). Abschnitt „Impedanzstudien in Porenlösungen“).

Das Lochfraß- und Polarisationsverhalten von LP- und HP-Stählen wurde nach 1700-stündiger Exposition in SPSL und SPSL mit Chloridzusatz untersucht. Die entsprechenden Diagramme sind in den Abbildungen dargestellt. 8 bzw. 9. In Abwesenheit von Chloridionen ist in den Kurven beider Stähle ein Stromstoß von etwa 0,6 V zu beobachten, der den Anschein erweckt, als ob es zu Lochfraßbildung auf der Oberfläche der Stähle gekommen wäre. Dieser Stromanstieg ist jedoch nicht auf die Bildung von Grübchen zurückzuführen, sondern auf den Beginn einer Sauerstoffentwicklungsreaktion. Bei beiden Stählen änderte die Rückwärtsabtastung des Potentials den Strom nicht und die Kurven gingen auf die Vorwärtsabtastung im Bereich der Sauerstoffentwicklung zurück. Dies führte jedoch zur Bildung einer positiven Stromschleife für beide Stähle während der Rückabtastung des Potenzials im Passivierungsbereich. Es scheint, dass sich während des Vorwärtsscannens der auf der Oberfläche der beiden untersuchten Stähle gebildete passive Film verschlechterte und die Absenkung des Potentials nicht zur Reparatur des beschädigten Films beitrug, was zu einer höheren Stromdichte führte.

Zyklische Polarisation von HP- und LP-Stahlstäben nach 1700-stündiger Exposition in chloridfreiem SPSL.

Zyklische Polarisation von HP- und LP-Stahlstäben nach 1700-stündiger Einwirkung von SPSL mit Chloridzusatz.

In SPSL mit Chloridzusatz erlitten beide Stähle Lochfraßangriffe bei unterschiedlichen anodischen Potentialen unterhalb des Sauerstoffentwicklungspotentials, wie in Abb. 9 dargestellt. Im unteren anodischen Potentialbereich weist der HP-Stahlbewehrungsstab eine geringere Stromdichte auf als der LP-Stahlstab, was darauf hindeutet, dass der Film Die auf der Oberfläche des erstgenannten Bewehrungsstahls gebildete Schicht war schützender als die des letztgenannten. Diese Beobachtung ist angesichts der Tatsache überraschend, dass der auf HP-Stahl angesammelte Rost wesentlich dicker war und einen größeren Metallverlust aufwies als der SP-Bewehrungsstahl (Abb. 4). Es scheint, dass sich in SPSL gebildetes Karbonat (aufgrund der Reaktion der alkalischen Lösung mit atmosphärischem Kohlendioxid) in den Poren des dicken Rosts festgesetzt hat, der sich auf der Oberfläche der HP-Bewehrungsstäbe gebildet hat, und diese verstopft hat. Dies führte wahrscheinlich zu einer verringerten Auflösungsrate. Der Schutz vor Korrosion durch Rostschichten wurde auch von anderen Forschern berichtet43. Viele andere veröffentlichte Daten berichten von einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit von Stahl aufgrund verwickelter Karbonatkristalle im Rost44,45. Das erhöhte anodische Potential erzeugte jedoch eine höhere Stromdichte als der LP-Stahlbewehrungsstab oberhalb des Lochfraßpotentials (angezeigt durch Epit, Abb. 9). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die durch Karbonat blockierte Rostschicht auf HP-Bewehrungsstäben anfälliger für Auflösung war als die auf LP-Stahlbewehrungsstäben gebildete. Aufgrund des Vorhandenseins von Chloridionen im Testelektrolyten und einer längeren Einwirkungsdauer war der Passivfilm auf der Oberfläche der Bewehrungsstäbe nicht sehr stabil. Aufgrund der schlechten und fehlerhaften Filmbildung auf der Stahloberfläche war dieser anfällig für die erhöhten anodischen Potentiale und ein vollständiger Zusammenbruch des passiven Films erfolgte bei unterschiedlichen anodischen Potentialen, abhängig von ihrem P-Gehalt. Die mit Epit markierten Punkte auf den Kurven für LP- und HP-Stahlstäbe (Abb. 9) zeigen, dass Lochfraßbildung auf LP- und HP-Stahlstäben bei 0,48 V bzw. 0,05 V auftrat. Der Epit-Wert für LP-Stahlstähle wurde während dieser Studie aufgezeichnet ist erheblich edler als das von Li und Sagali46 berichtete. Sie berichteten über Epit-Werte zwischen −0,3 V und + 0,1 V (mit variierendem Chloridgehalt) für Bewehrungsstäbe mit niedrigem Phosphorgehalt (0,007 %) und einem Kupfergehalt, der dem in dieser Studie verwendeten Stahl sehr nahe kommt (0,37 %). Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die Autoren der Referenz46 nicht genügend Zeit zur Stabilisierung des passiven Films in SPSL gegeben haben (3 Stunden). In unserem Fall betrug die zulässige Zeit bis zum Beginn der zyklischen Polarisationstests 1700 Stunden, was gut genug ist, um einen stabilen passiven Film auf der Oberfläche freiliegender Bewehrungsstäbe zu bilden29. Aus den Kurven von Abb. 9 geht außerdem hervor, dass beide Stähle eine große positive Stromschleife erzeugten, was darauf hindeutet, dass die Rückabtastung des Potenzials in der aktiven Richtung, sobald sich auf ihren Oberflächen Löcher gebildet hatten, nicht zur erneuten Passivierung der Stähle beitrug erzeugte Gruben (Abb. 9).

Potentiostatische elektrochemische Impedanzdiagramme für die beiden Stähle nach 24-stündiger Exposition in chloridfreiem SPSL sind in Abb. 10a, b als Bode-Diagramme dargestellt. Die Diagramme in Abb. 10a zeigen, dass bei der niedrigsten untersuchten Frequenz (10 MHz), die den Wert der maximalen Impedanz (Zmax) für eine korrodierende Grenzfläche liefert, für die LP-Stahlbewehrungen größer ist als für die HP-Stahlbewehrungen, was darauf hindeutet, dass sich der passive Film gebildet hat In 24 Stunden war die Oberfläche des LP-Bewehrungsstabs schützender als die des HP-Bewehrungsstabs. Die logarithmischen Frequenz-Phasenverschiebungsdiagramme für die beiden in Abb. 10b gezeigten Stähle weisen unterschiedliche Merkmale auf. Während der HP-Stahl zwei Maxima aufweist – eines im Frequenzbereich von 10 bis 100 Hz und das andere bei etwa 10 bis 100 MHz – scheint der LP-Stahl ein einziges Maximum bei etwa 10 bis 100 Hz zu haben. Die unteren Frequenzmaxima sind in diesem Fall nicht sichtbar. Die niedrigen und mittleren Frequenzmaxima für den HP-Stahl werden auf die Korrosionsreaktionen zurückgeführt, die an der Grenzfläche zwischen Metall und Lösung bzw. dem Passivfilm auf der Stahloberfläche auftreten. Dieselben Proben, die 192 Stunden lang exponiert gehalten wurden, wurden erneut EIS-Tests unterzogen, um die Auswirkung der Expositionszeit auf die Beschaffenheit des Passivfilms zu untersuchen, der sich auf der Oberfläche der beiden Stähle bildete. Die in Abb. 11a, b gezeigten Frequenz-Impedanz- und Frequenz-Phasen-Diagramme für diese Expositionsdauer zeigen, dass der Trend derselbe war wie für die kürzere Expositionsdauer (Abb. 10) und die Impedanz ((Zmax) entsprechend Die niedrigste untersuchte Frequenz (10 mHz) war für LP größer als für den HP-Stahlbewehrungsstab (Abb. 11a). Unter dieser Expositionsdauer war die Impedanz ((Zmax) entsprechend der niedrigsten untersuchten Frequenz (10 mHz) größer (Abb. 11a). als bei der kürzeren Expositionsdauer (24 h, Abb. 10a). Darüber hinaus weisen beide Stähle offenbar ein einziges Maximum bei etwa im Bereich von 10 bis 100 Hz auf (Abb. 11b), die Anpassung der Daten war jedoch nur zufriedenstellend nachdem das Warburg-Diffusionselement im korrodierenden Stromkreis hinzugefügt wurde.

(a) Bode-Diagramme der elektrochemischen Impedanz für HP- und LP-Stahlstäbe nach 24-stündiger Exposition in chloridfreiem SPSL. (b) Elektrochemische Frequenz-Phasenverschiebungs-Bode-Diagramme für HP- und LP-Stahlstäbe nach 24-stündiger Exposition in chloridfreiem SPSL.

(a) Elektrochemische Frequenz-Impedanz-Bode-Diagramme für HP- und LP-Stahlstäbe nach 192-stündiger Exposition in chloridfreiem SPSL. (b) Elektrochemische Frequenz-Phasenverschiebungs-Bode-Diagramme für HP- und LP-Stahlstäbe nach 192-stündiger Exposition in chloridfreiem SPSL.

Um die Leistung der beiden Stähle in SPSL mit Chloridzusatz zu bewerten, wurden sie nach der Zugabe von 0,6 M Chlorid (zugegeben als Natriumchlorid) zur Lösung getestet. Die Ergebnisse der EIS-Tests, die nach 24-stündiger Exposition in diesem Testelektrolyten durchgeführt wurden, sind in Abb. 12a, b dargestellt. Wie gezeigt, überlappen sich die Frequenz-Impedanz-Kurven für beide Stähle bei allen Frequenzen (Abb. 12a). Die Impedanz bei der niedrigsten untersuchten Frequenz (Zmax) ist im Vergleich zu den entsprechenden Tests, die in chloridfreiem SPSL durchgeführt wurden, deutlich verringert (Abb. 10a). Beide Stähle scheinen in den Frequenz-Phasen-Verschiebungsdiagrammen zwischen 1 und 100 Hz ein breites einzelnes Maximum aufzuweisen (Abb. 12b), was darauf hindeutet, dass die Korrosionsreaktion mit einer einzigen Zeitkonstante auftrat. Wie später erläutert, war die Warburg-Komponente jedoch zusätzlich zum Ladungstransfer auch mit der Korrosionsreaktion verbunden, die in Frequenz-Phasenverschiebungsdiagrammen nicht sichtbar war. Die EIS-Untersuchungen wurden an den oben genannten Proben durchgeführt, die über einen längeren Zeitraum (192 Stunden) demselben SPSL mit Chloridzusatz ausgesetzt waren. Die Ergebnisse sind in Abb. 13a,b dargestellt. Anders als bei einer 24-stündigen Exposition (Abb. 12a) unterscheiden sich die Zmax-Werte bei der niedrigsten untersuchten Häufigkeit für die beiden Bewehrungsstäbe nach 192-stündiger Exposition deutlich voneinander. Interessanterweise blieb der (Zmax) für den LP-Bewehrungsstab nach 192 Stunden Exposition fast derselbe wie nach 24 Stunden, wohingegen er sich für den HP-Bewehrungsstab bei längerer Expositionsdauer erheblich verschlechterte. Ein weiteres bemerkenswertes Merkmal ist bei höheren Frequenzen (1 bis 100 kHz) für beide Bewehrungsstäbe zu beobachten. Die Impedanzwerte sind höher als bei einer 24-Stunden-Exposition (Abb. 12a), wobei HP-Bewehrungsstäbe deutlich höhere Werte aufweisen. Die Impedanz bei höheren Frequenzen wird auf den Widerstand zurückgeführt, der durch Elektrolyt- und Korrosionsprodukte entsteht, die sich auf der Oberfläche der Testelektroden bilden47,48. Diese Ergebnisse deuten darüber hinaus darauf hin, dass die durch die Chloridionen verursachte Rostbildung auf der Oberfläche von HP-Bewehrungsstäben nach längerer Einwirkungszeit stärker ausgeprägt war als bei LP-Bewehrungsstäben. Auch in diesem Fall scheint das korrodierende System ein einzelnes Maximum in Zwischenfrequenzbereichen (ca. 1 bis 100 Hz) mit einer Phasenverschiebung Ɵ von tendenziell 90° aufzuweisen. Allerdings konnten die experimentellen Daten auch in diesem Fall nur angepasst werden, nachdem die Warburg-Komponente in den simulierten Stromkreis eingebaut wurde (wird in den nächsten Absätzen besprochen).

(a) Elektrochemische Frequenz-Impedanz-Bode-Diagramme für HP- und LP-Stahlstäbe nach 24-stündiger Einwirkung von SPSL mit Chloridzusatz. (b) Elektrochemische Frequenz-Phasenverschiebungs-Bode-Diagramme für HP- und LP-Stahlstäbe nach 24-stündiger Einwirkung von mit Chlorid versetztem SPS.

(a) Elektrochemische Frequenz-Impedanz-Bode-Diagramme für HP- und LP-Stahlstäbe nach 192-stündiger Einwirkung von mit Chlorid versetztem SPSL. (b) Elektrochemische Frequenz-Phasenverschiebungs-Bode-Diagramme für HP- und LP-Stahlstäbe nach 192-stündiger Einwirkung von mit Chlorid versetztem SPSL.

Die in Nyqist-Form (reale vs. imaginäre Impedanz) dargestellten Impedanzdaten liefern viele wichtige und wertvolle Informationen über die korrodierende Grenzfläche. In Anbetracht dessen sind die Daten der Abb. 10, 11, 12 und 13 wurden ebenfalls in dieser Form aufgezeichnet und sind in den Abbildungen dargestellt. 14, 15, 16 und 17. Es ist ersichtlich, dass sich die Merkmale der Nyquist-Diagramme für Bewehrungsstäbe, die in chloridfreien und mit Chlorid versetzten Porenlösungen exponiert wurden, erheblich unterscheiden. Die Diagramme für die erste Gruppe von Proben (exponiert in chloridfreiem SPSL) schließen an geraden Linien an, die einen Winkel von etwa 45° zwischen der Abszissen- und Ordinatenachse bilden. Die Diagramme für den zweiten Satz von Proben, die Lösungen mit Chloridzusatz ausgesetzt wurden, neigen dagegen dazu, vertiefte Halbkreise zu bilden. Diese Eigenschaften der Diagramme sind mit einer Streuung der Relaxationszeiten verbunden und werden durch den Ersatz eines reinen Kondensators durch ein Konstantphasenelement (CPE) im Ersatzstromkreis dargestellt47. Die CPEs (Konstantphasenelemente), die durch frequenzunabhängige Phasenwinkel definiert werden, werden zur Parametrisierung von Impedanzwerten verwendet, einschließlich nichtidealem Verhalten der Doppelschicht, Ladungsübertragungswiderstand, Ionenadsorption oder -diffusion über die korrodierende Grenzfläche und unkompensiertem Widerstand (elektrolytischer Ionenwiderstand). Widerstand (R0) zwischen der Grenzfläche der Lösung und der Elektrodenoberfläche). Viele Forscher haben in der Vergangenheit solche Schaltkreise verwendet, um Impedanzdaten für Bewehrungsstäbe zu extrahieren, die in Betonporenlösungen korrodieren49,50,51. CPE ist ein empirisch abgeleiteter Parameter und wird mathematisch ausgedrückt als52:

Diagramme der elektrochemischen Impedanz in Nyquist-Form für HP- und LP-Stahlstäbe nach 24-stündiger Exposition in chloridfreiem SPSL.

Diagramme der elektrochemischen Impedanz in Nyquist-Form für HP- und LP-Stahlstäbe nach 192-stündiger Exposition in chloridfreiem SPSL.

Diagramme der elektrochemischen Impedanz in Nyquist-Form für HP- und LP-Stahlstäbe nach 24-stündiger Einwirkung von SPSL mit Chloridzusatz.

Diagramme der elektrochemischen Impedanz in Nyquist-Form für HP- und LP-Stahlstäbe nach 192-stündiger Einwirkung von mit Chlorid versetztem SPSL.

Hier sind Yo und α der Admittanzmodul eines idealen Kondensators bzw. der CPE-Faktor. j ist die imaginäre Einheit und ω ist die Kreisfrequenz. Yo hat die Einheit Ω−1sα. Der Wert von α ist größer als Null, aber kleiner als 1. Der Wert von α = 1 für die Schnittstelle entspricht ihrem Verhalten als reiner Kondensator. Angesichts des nicht idealen Kapazitätsverhaltens der korrodierenden Grenzfläche der beiden untersuchten Bewehrungsstäbe (Abb. 14, 15, 16, 17) wurden die experimentellen Impedanzdaten in verschiedene modellierte Schaltkreise eingepasst. Vor dem Einbau in simulierte Stromkreise wurden die experimentellen Daten mithilfe des Kramers-Kroning-Tests (KK) validiert. Diese Validierungsmethode soll eine wirksame Methode sein, um festzustellen, ob die experimentellen Impedanzdaten charakteristisch für ein lineares und stabiles System sind und für die weitere Analyse akzeptabel sind53,54. Es wurde festgestellt, dass die Anpassung der Daten mit einfachen CPE-Elementen in einer simulierten Schaltung (unter Einbeziehung von unkompensiertem Widerstand (R0,), Ladungsübertragungswiderstand (Rct) und CPE-Element) keine zufriedenstellenden Anpassungsergebnisse lieferte. Angesichts dieser weiteren Komponente wurde das Warburg-Diffusionselement (Wd) in diesen Schaltkreis integriert, schematisch dargestellt in Abb. 18. Dieses als semi-infinite Diffusionsimpedanz bezeichnete Element stellt eine Behinderung des Massentransports dar, die über die Grenzfläche des passiven Films auf Metall auftritt Oberfläche und dem Prüfelektrolyten. Weitere Einzelheiten zur Entwicklung dieser Komponente an der korrodierenden Schnittstelle werden in den nächsten Abschnitten besprochen. Die extrahierten Impedanzdaten für die korrodierenden Bewehrungsstäbe unter verschiedenen Expositionsbedingungen und Testelektrolyten sind in Tabelle 2 aufgeführt. Es wurde beobachtet, dass die beste Datenanpassung mit dem geringsten Fehler bei Werten von „α“ zwischen 0,80 und 0,93 festgestellt wurde. Diese Werte von „α“ weisen darauf hin, dass sich die korrodierenden Grenzflächen weder wie ein idealer Kondensator noch wie ein reiner Widerstand verhielten. Wie aus den Abbildungen ersichtlich. 14, 15, 16 und 17 sind die Übereinstimmungen zwischen den experimentellen und simulierten Daten einigermaßen gut, wobei einige simulierte Punkte, insbesondere bei höheren Frequenzen, von den experimentellen Daten abweichen.

Äquivalenter Stromkreis des CPE-Simplex-Modells mit CPE und Warburg-Diffusionskomponente (W); Rct und Rs stellen den Ladungsübertragungswiderstand bzw. den Lösungswiderstand dar.

Die in dieser Tabelle enthaltenen Ergebnisse zeigen, dass die Chi-Quadrat-Werte (Χ2), die einen Hinweis auf die Standardabweichung in den Ergebnissen darstellen, in der Größenordnung von 10–3 liegen. Einige Forscher sind der Meinung, dass die Chi-Quadrat-Werte für eine gute Anpassung unter 10–3 liegen sollten. Viele andere, darunter Macdonald55,56, Ren et al.57 und Zhao et al.58, weisen hingegen darauf hin, dass der Chi-Quadrat-Faktor ein subjektiver Wert ist, der manchmal zu verzerrten Parameterschätzungen führt, und dass lediglich 10–3 Kriterien kein Wert sein sollten entscheidender Faktor für die Zuverlässigkeit der Daten. Da die Anpassung der Daten mithilfe des simulierten Ersatzschaltbilds von Abb. 18 gut war und ein Kramers-Kronig-Gültigkeitstest mit Chi-Quadrat-Werten im Bereich von 10–5–10–7 aufgezeichnet wurde, extrahierten wir die Datenanpassung daraus EIS-Versuchsergebnisse.

Wie oben erwähnt, hängt die Warburg-Diffusion (Wd) mit der Impedanz zusammen, die durch die Diffusion von Spezies von der Grenzfläche zwischen Lösung und passivem Film zur Grenzfläche zwischen passivem Film und Metall verursacht wird59,60.

Dieses Element im Ersatzstromkreis ist ein umstrittenes Thema und soll für Diffusionsprozesse (d. h. Massentransfer, geladene Spezies usw.) verantwortlich sein. Es wird häufig verwendet, wenn die Diffusion von Spezies durch die Poren des passiven Films oder von Korrosionsprodukten gesteuert wird die Korrosionsrate. Die Komponente hängt auch mit der Leichtigkeit der Diffusion von Spezies wie Chlorid und Sauerstoff durch den an der Grenzfläche gebildeten Film zusammen61,62. Die Warburg-Impedanz (Wd) gibt keinen Aufschluss darüber, ob sie auf die Diffusion von Sauerstoff, Chlorid oder einer anderen Spezies durch die Grenzfläche zurückzuführen ist. Die in Tabelle 2 aufgezeichneten Daten für R0 (unkompensierter Widerstand) zeigen, dass die Werte bei kürzerer Testdauer (24 Stunden) für beide Stähle vergleichbar sind, sowohl für die Proben, die reinem SCPSL als auch Lösungen mit Chloridzusatz ausgesetzt waren. Nach längerer Zeit sind die Werte jedoch in beiden Lösungen deutlich höher als bei 24-Stunden-Tests. Wie bereits erwähnt, berücksichtigt R0 neben dem Lösungswiderstand auch den durch den Oberflächenfilm verursachten Widerstand. Bei längerer Einwirkungsdauer verstärkten die auf der Oberfläche zweier Stähle gebildeten Korrosionsprodukte die Beständigkeit. Darüber hinaus wurde der Elektrolyt durch die Chloridzugabe erwartungsgemäß leitfähiger, was den Wert von R0 verringerte. Ein deutlicher Anstieg des R0-Werts der Stähle nach 192-stündiger Einwirkung einer mit Chlorid versetzten Lösung wird auf die auf ihrer Oberfläche gebildete Rostschicht zurückgeführt.

Die in der obigen Tabelle 2 aufgezeichneten Werte des Ladungsübertragungswiderstands (Rct) sind für HP ausnahmslos niedriger als für die LP-Stahlbewehrungsstäbe. Diese Ergebnisse legen nahe, dass LP einen stabileren Film entwickelt als der in SPSL exponierte HP-Stahl, sowohl unter chloridfreien als auch unter chloridzugesetzten Lösungen. Bei den unter allen Testbedingungen aufgezeichneten Rct-Werten ist ein signifikanter Unterschied zwischen den LP- und HP-Stahlbewehrungsstäben zu beobachten. Die Zugabe von Chlorid zum Testelektrolyten verringerte den Wert für beide Stähle bei kürzerer Expositionsdauer (im Vergleich zur chloridfreien SCPL-Lösung) deutlich. Nach längerer Einwirkungszeit (192 Stunden) stiegen die Werte jedoch an, was bei HP-Stahl stärker ausgeprägt ist. Dies wird auf die Einbettung von Karbonat in die Rostschicht zurückgeführt, die ihn undurchlässiger macht. Da der Rost auf HP-Stahl dichter war, war der Karbonateinbettungseffekt deutlicher sichtbar als auf LP-Stahl. Die in Tabelle 2 aufgezeichnete Warburg-Diffusionskomponente (Wd) ist für die Stähle, die einer mit Chlorid versetzten Lösung ausgesetzt wurden, erheblich höher. Allerdings lässt sich insbesondere im Vergleich mit den Trends von R0 und Rct kein eindeutiger Trend feststellen. Das Warburg-Impedanzelement (Wd) hängt von der Konzentration des aktiven Materials und dem Diffusionskoeffizienten der Oxidationsmittel- und Reluktanzspezies, der Anzahl der mobilen Elektronen und der Winkelfrequenz ab und wird durch die Gleichung63 ausgedrückt:

In der obigen Gleichung sind DO und DR die Diffusionskoeffizienten des Oxidationsmittels und des Reluktanzmittels, CO und CR stellen die Massenkonzentrationen der diffundierenden Spezies dar, n ist die Anzahl der übertragenen Elektronen, F ist die Faraday-Konstante und ω steht für die Radialfrequenz. Wie aus der obigen Gleichung hervorgeht, hängt der Wert des Warburg-Diffusionselements umgekehrt vom Diffusionskoeffizienten und der Konzentration der oxidierenden und reduzierenden Komponenten ab, und ihre verringerten Werte würden Wd erhöhen. Da die Stähle in zwei verschiedenen Arten von Lösungen exponiert wurden (reines SPSL und SPSL mit Chloridzusatz), ist zu erwarten, dass in SPSL Sauerstoff und in anderen Fällen (SPSL mit Chloridzusatz) Chloridionen durch den Oberflächenfilm diffundieren. Es wird berichtet, dass der Diffusionskoeffizient von Chlorid in Betonumgebungen erheblich niedriger ist als der von Sauerstoff (der Diffusionskoeffizient von Chlorid liegt Berichten zufolge in der Größenordnung von 10–12 m2/s64,65 und der von Sauerstoff beträgt 10–8 m2/s66). Der um etwa vier Größenordnungen niedrigere Wert des Diffusionskoeffizienten von Chlorid als der von Sauerstoff rechtfertigt die höhere Größenordnung von Wd für SCPL-Lösungen mit Chloridzusatz. Bei Mörtelproben war das Warburg-Element möglicherweise auf die Sauerstoffdiffusion während des ersten Zyklus zurückzuführen Im 10. Zyklus wurde es höchstwahrscheinlich von der Chloriddiffusion dominiert.

Die Y0-Werte in Tabelle 2 sind die Admittanz, dh die Reaktionsfreudigkeit der korrodierenden Grenzfläche. Diese Werte sind unter allen Testbedingungen für LP niedriger als für HP-Stahl, was darauf hindeutet, dass letzterer anfälliger für Korrosionsangriffe ist als ersterer Stahl (LP).

Ein weiterer wichtiger Parameter für die korrodierenden Grenzflächen ist die Doppelschichtkapazität (Cdl), die durch das Vorhandensein der elektrischen Doppelschicht (verursacht durch Ladungsausrichtungen) an der Grenzfläche zwischen dem freiliegenden Metall und dem korrodierenden Elektrolyten entsteht. Ein erhöhter Cdl-Wert wird normalerweise auf eine durch fortschreitende Korrosion verursachte Vergrößerung der Oberfläche und Rauheit der Testelektrode zurückgeführt. Die Cdl-Werte für die korrodierenden Grenzflächen wurden aus den extrahierten Daten der EIS-Diagramme unter Verwendung der folgenden Gleichung67 berechnet:

Die berechneten Cdl-Werte für die beiden Bewehrungsstäbe, die unter unterschiedlichen Bedingungen exponiert wurden, sind als Säulendiagramme in Abb. 19 dargestellt. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass ein erheblicher Unterschied bei den für LP- und HP-Stahl gemessenen Cdl-Werten festgestellt wird, insbesondere bei chloridfreiem SPSL. Die Werte für LP sind bei kürzerer und längerer Expositionsdauer ausnahmslos niedriger als die für HP-Stahlbewehrung ermittelten Werte. Berichten zufolge beeinflussen viele Faktoren wie die Änderung der Porosität des an der korrodierenden Grenzfläche gebildeten Films, die Rauheit und die Dicke die Cdl-Werte68,69,70. Es scheint, dass in chloridfreiem SPSL die niedrigeren Cdl-Werte für LP auf einen gewundenen Film zurückzuführen sind, der sich auf seiner Oberfläche gegenüber HP-Stahl gebildet hat. Dieser defektfreie Passivfilm auf LP kontrollierte wirksam die Diffusion von Sauerstoff durch ihn hindurch in Richtung der Stahloberfläche. Die Werte des Cdl der beiden Stähle, die SPSL-Stählen mit Chloridzusatz ausgesetzt waren, zeigten jedoch keine sehr deutlichen Unterschiede. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass sich unter diesen Belastungsbedingungen auf beiden Stahloberflächen dickerer Rost gebildet hat.

Cdl-Werte, berechnet aus EIS-extrahierten Daten für LP- und HP-Stahlstäbe, die unter verschiedenen Expositionsbedingungen korrodieren.

Die Korrosionsbeständigkeitsleistung von im Mörtel freigelegten Bewehrungsstäben ist für reale Bedingungen relevanter. Für die LP- und HP-Stahlbewehrungsstäbe wurden EIS-Tests durchgeführt, nachdem sie in Mörtel eingebettet wurden. Die in den experimentellen Details des Artikels beschriebenen Tests wurden über 10 Zyklen Nass-/Trockenbehandlungen (10 Monate) fortgesetzt.

Die Diagramme für die anfängliche Expositionsdauer (Zyklus 1) und längere Dauern (nach 10 Zyklen) sind in den Abbildungen dargestellt. 20 bzw. 21. Wie gezeigt, war für beide Expositionsperioden die Impedanz (Zmax) bei der niedrigsten untersuchten Frequenz (0,01 Hz) für den LP-Bewehrungsstab höher als für den HP-Stahlbewehrungsstab (Abb. 20a und 21a). Für den nach einem Zyklus der Nass-/Trockenbehandlung durchgeführten Test wurden für beide Stähle zwei Maxima in den Frequenz-Phasenverschiebungsdiagrammen aufgezeichnet (Abb. 20b). Nach längerer Testdauer (Zyklus 10) ist im Frequenzbereich von 10–100 Hz nur ein Maxima sichtbar (Abb. 21b), aber die Anpassung der experimentellen Daten war erst gut, nachdem dem simulierten Stromkreis ein Warburg-Diffusionselement hinzugefügt wurde.

(a) Bode-Log-Frequenz-Log-Impedanzdiagramme für in Mörtel eingebettete LP- und HP-Stahlbewehrungsstäbe nach dem ersten Zyklus der Nass-/Trockenbehandlung in Chloridlösung. (b) Bode-Log-Frequenz-Phasenverschiebungsdiagramme für in Mörtel eingebettete LP- und HP-Stahlbewehrungsstäbe nach dem ersten Zyklus der Nass-/Trockenbehandlung in Chloridlösung.

(a) Bode-Log-Frequenz-Log-Impedanzdiagramme für in Mörtel eingebettete LP- und HP-Stahlbewehrungsstäbe nach dem 10. Zyklus der Nass-/Trockenbehandlung in Chloridlösung. (b) Bode-Log-Frequenz-Phasenverschiebungsdiagramme für in Mörtel eingebettete LP- und HP-Stahlbewehrungsstäbe nach dem 10. Zyklus der Nass-/Trockenbehandlung in Chloridlösung.

Diese in Nyquist-Form aufgezeichneten Daten zeigten ein ähnliches Verhalten wie die für die SPSL-Lösung aufgezeichneten Daten, d in Abb. 18 wurde auch für diese Tests verwendet, um die quantitativen Impedanzdaten zu extrahieren. Die Anpassung der Daten an kürzere Expositionsdauern war zufriedenstellend. Bei längerer Expositionsdauer (10 Zyklen) wurden Verzerrungen der Armaturen in höheren Frequenzbereichen aufgezeichnet. Solche Verzerrungen bei hohen Frequenzen werden auf induktive Effekte zurückgeführt, die durch Streukapazitäten verursacht werden, die auf die Geometrie der Mörser und der elektrochemischen Zelle zurückzuführen sind69. Um diesen Effekt zu minimieren, wurden die Experimente durchgeführt, wobei die Mörtel in einer Metallabschirmung gehalten wurden, und es wurden Spektren mit minimalen Verzerrungen aufgezeichnet. Die Werte für verschiedene Komponenten, die mit Reaktionen verbunden sind, die an der Grenzfläche von in Mörtel eingebetteten Stahlbewehrungsstäben auftreten, sind in Tabelle 3 aufgeführt. Die Werte von un Es wurde festgestellt, dass der kompensierte Widerstand (R0) nach zehn Zyklen von Nass-/Trockenbehandlungen im Vergleich zu Tests mit kürzerer Dauer abnimmt. Dies wird auf die Diffusion und Anreicherung von Chlorid in der Betonporenlösung nach längerer Expositionsdauer zurückgeführt.

Der Ladungsübertragungswiderstand für beide in den Mörtel eingebetteten Bewehrungsstäbe verringerte sich nach längeren Nass-/Trockenbehandlungen (10 Zyklen). Ein gegenläufiger Trend ist für Y0 (Zulassung) zu beobachten, was auf eine erhöhte Anfälligkeit beider Bewehrungsstäbe bei längeren Nass-/Trockenbehandlungsdauern hinweist. Unter allen Testbedingungen sind die Rct-Werte für LP-Stahl höher und Y0 niedriger als für HP-Stahl, was die Ergebnisse der anderen Tests bestätigt, bei denen LP-Stahlbewehrungsstäbe einen Vorsprung gegenüber HP-Bewehrungsstäben hatten. Der erhöhte Wd-Wert, der bei der längeren Exposition (10 Zyklen) im Vergleich zum Test mit kürzerer Dauer (2 Zyklen) festgestellt wurde, ist wahrscheinlich auf den niedrigeren Diffusionskoeffizienten von Chlorid zurückzuführen (nach 10 Zyklen ist Chlorid als dominierende Diffusionsspezies zu erwarten) im Vergleich zu Sauerstoff, der vorherrschend war kürzerer Expositionstest. Unter allen Testbedingungen ist die Leistung des LP-Stahlbewehrungsstabs deutlich besser als die des HP-Bewehrungsstabs, auch unter Mörteleinbettungsbedingungen.

Der Phosphorgehalt in Metallen, Legierungen und Beschichtungen spielt eine sehr wichtige Rolle bei Korrosion, Filmbildung, katalytischer Aktivität bei Reaktionen, Mikrostrukturen und mechanischen Eigenschaften72,73,74,75. Die vorstehenden Testergebnisse für die LP- und HP-Bewehrungsstäbe weisen darauf hin, dass eine Erhöhung des P-Gehalts in Stahlbewehrungsstäben schädliche Auswirkungen auf deren Korrosionsbeständigkeit in alkalischen Betonporenlösungen hat. Dieser Befund steht im Widerspruch zu den berichteten positiven Auswirkungen höherer P-Gehalte in niedriglegierten Stählen, die trockenen Industrieumgebungen ausgesetzt sind1,2,71,72,73,74,75,76.

Dieses Kontrastverhalten legt nahe, dass sich der Reaktionsmechanismus für die Korrosion von Stählen mit hohem P-Gehalt in einer alkalischen Betonporenlösung von dem in atmosphärischen Umgebungen unterscheidet. Die Korrosionsbeständigkeit von Metallen wird durch die Schutzwirkung des Passivfilms bestimmt, der sich in einer bestimmten Umgebung auf ihren Oberflächen bildet. Die Beschaffenheit des Films wird durch die Zusammensetzung der Testelektrolyte bestimmt; die Massenchemie der Metalle; die Korngröße der Metalle; und die Mikrostruktur, nichtmetallische Einschlüsse und Stabilität der Korngrenzen. Die vorteilhafte Wirkung von P mit Cu auf die Korrosionsbeständigkeit von Stählen in trockener Industrieumgebung wird auf die Oxidation von P-Atomen des Stahls zu Phosphaten durch Cu-Ionen und deren gemeinsame Ausfällung mit Rost während des Korrosionsprozesses zurückgeführt77. Phosphate sind normalerweise alkalischer Natur, wirken als Anodeninhibitor und erleichtern die Bildung eines Passivfilms auf der Stahloberfläche78. Diese Behauptung ist für korrodierende Elektrolyte akzeptabel, bei denen der Feuchtigkeits-/Wassergehalt an der korrodierenden Grenzfläche gering ist, wie z. B. Stähle, die einer trockenen Industrieatmosphäre ausgesetzt sind. Dies gilt jedoch möglicherweise nicht für Stähle, die wässrigen Lösungen ausgesetzt sind. In Lösungen wie SPSL und Mörteln mit ausreichend Feuchtigkeit/Wasser ist die gebildete Phosphatkonzentration wahrscheinlich zu niedrig, um Passivierungseffekte auf die Stahloberfläche auszuüben. Es ist zu beachten, dass Phosphatanionen in Betonporenlösungen als anodische Korrosionsinhibitoren wirken78,79. Die Leistung solcher Inhibitoren hängt von ihrer Konzentration in den Testelektrolyten ab und beschleunigt die Korrosion, wenn sie unterhalb einer Schwellenkonzentration vorhanden sind. Bei Bewehrungsstählen wird der P-Zusatz im Bereich von 0,06–0,08 % gehalten, um andere schädliche Auswirkungen zu vermeiden. Diese niedrige P-Konzentration reicht nicht aus, um die Schwellenkonzentration für die Passivierung der Stahloberfläche zu erreichen. Dieses Argument wird durch die Ergebnisse in Referenz80 gestützt, wo ein sehr hoher P-Zusatz (0,5 % und mehr) im Stahl einen guten Schutz für die Oberfläche von Stahlbewehrungsstäben bot, die in einer simulierten Betonporenlösung freigelegt wurden.

Zusätzlich zu dem oben genannten Mechanismus scheint die erhöhte Korrosionsrate von HP-Stahl mit der inhärenten Tendenz von P zur Segregation in den Ferritkorngrenzen von Stählen verbunden zu sein, was zu einer beschleunigten Ionisierung von Fe-Atomen aus dem Gitter führt. Das Legieren von P in Stählen beeinflusst deren Eigenschaften je nach Konzentration unterschiedlich. Eine hohe P-Konzentration in Fe kann eine Segregation an den Ferritkorngrenzen verursachen, was zu einer verringerten Kohäsion führt, wohingegen ein niedrigerer Gehalt zur Bildung einer festen Lösung mit Fe ohne Korngrenzensegregation führt79. Es wurde berichtet, dass eine Massenkonzentration von 0,013 % P in Stählen die Kohäsionsenergie der Ferritkorngrenzen um 10 % verringert82. Es ist bekannt, dass eine erhöhte P-Konzentration in Stählen negative Auswirkungen auf die Integrität der Korngrenzen hat82. Die Kohäsionsenergie einer Korngrenze ist definiert als die Energie, die benötigt wird, um die beiden benachbarten Körner zu trennen und freie Oberflächen zu bilden. Die Massenkonzentration von P im HP-Stahlbewehrungsstab ist deutlich höher (0,064 %) als der oben angegebene Wert (0,013 %)82. Theoretische Berechnungen und experimentelle Beweise legen nahe, dass der elektronische Ladungstransfer zwischen den getrennten Atomen und den Wirtsmetallatomen für diesen Verlust der Kohäsion der Korngrenzen verantwortlich ist81. Die getrennten Metallatome (hier P) sind elektronegativer als die Wirtsatome (Fe). Der Ladungstransfer von den letztgenannten Atomen zu den erstgenannten Atomen verringert die Anzahl der Elektronen, die an Metall-Metall-Bindungen teilnehmen können, die die Korngrenzen zusammenhalten. Zahlreiche experimentelle Belege deuten darauf hin, dass Korngrenzen mit schlechter Kohäsion verschiedene Arten von Metallversagen verursachen, einschließlich interkristalliner Korrosion und spannungsunterstützter Korrosion83,84,85,86,87. Die höhere Korrosionsrate von HP-Stahlbewehrungsstäben in Betonumgebungen kann darauf zurückgeführt werden, dass P in einem Konzentrationsbereich vorhanden ist, der eine Entmischung und eine Verringerung der Kohäsion der Ferritkorngrenzen verursacht und letztendlich zu einer beschleunigten Korrosionsrate führt. Bei LP-Stahl fehlt dieser Abbaueffekt aufgrund des geringeren P-Gehalts jedoch.

Die Art der Korrosionsprodukte, die sich auf Oberflächen aus Mahlzeiten und Legierungen bilden, die jeder Umgebung ausgesetzt sind, liefert sehr überzeugende und starke Hinweise auf die Korrosionseigenschaften der untersuchten Materialien. Die Bildung thermodynamisch stabiler Korrosionsprodukte auf der Metalloberfläche bietet einen besseren Schutz als die Bildung instabiler Phasen. Die Intensität der durch Raman-Spektroskopie untersuchten Peaks für stabile Phasen von Maghemit und Goethit, die auf der Oberfläche von LP-Stahlstäben gebildet werden, ist recht stark, wie aus Abb. 22 ersichtlich ist. Auf der Oberfläche des HP-Stahls sind schwache Peaks zu sehen, die Lepidocrocit (metastabiles Oxid von) entsprechen Eisen) und Goethit vorhanden sind (Abb. 22). Es wird berichtet, dass P-Verbindungen die Art der Korrosionsprodukte auf Stahloberflächen beeinflussen12. Die auf der Oberfläche von LP-Stahlbewehrungsstäben vorhandenen Maghemit- und Goethit-Phasen von Fe-Rost sind thermodynamisch stabiler als die auf der Oberfläche von HP-Stahlstäben vorhandene Lepidocrocit-Rostphase. Eine stabile Rostphase ist fest mit der Stahloberfläche verbunden, hat eine gesunde Morphologie und bietet einen gewundenen Weg für die Diffusion von Feuchtigkeit, Sauerstoff und Chloridionen an der Metalloberfläche. Es scheint, dass der höhere Phosphorgehalt in HP die thermodynamische Umwandlung behindert schwächeres Lepidokrozit in stabile Formen der Maghemit- und Goethit-Rostphasen. Das aus HP ausgelaugte P, das sich in alkalischen Umgebungen in Phosphid und Phosphen umwandelt35,36, behinderte wahrscheinlich die Umwandlung von Lepidocrocit in Maghemit und Goethit. Dies ist wahrscheinlich der Grund, warum der LP-Stahlbewehrungsstab während des Nass-/Trockenzyklus eine geringere Korrosionsrate aufwies als der HP-Stahlbewehrungsstab (Abb. 3, 4).

Raman-Spektren von Rost, der sich auf in Mörtel eingebetteten Stahlbewehrungsstäben gebildet hat, nach 10 Zyklen Nass-/Trockenbehandlung in Chloridlösung.

Der Phosphorgehalt im Bewehrungsstahl beeinflusst erheblich die Art des Films, der sich an der Grenzfläche zwischen Stahl und Betonporenlösung bildet. Ein höherer P-Gehalt (0,064 %) hat gegenüber einem niedrigeren P-Gehalt (< 0,016 %) eine nachteilige Wirkung auf die Stabilität der Grenzfläche zwischen Stahlporenlösung. Die lokale Korrosion in Stahl mit höherem P-Gehalt (HP) ist deutlich hoch als der normale P-haltige Stahl (LP). Die zyklische Polarisation weist darauf hin, dass in Gegenwart von Chloridionen (0,6 M) der auf der Oberfläche beider Stähle gebildete Passivfilm beeinträchtigt wird, was zu einer Verringerung des Durchschlagspotentials von HP im Vergleich zum LP-Stahl führt . In Abwesenheit von Chloridionen waren jedoch beide Stähle immun gegen lokale Korrosion. EIS-Studien bestätigen auch die Ergebnisse von Gewichtsverlust- und Polarisationstechniken und bestätigen, dass der HP-Stahl anfälliger für Korrosion war als die LP-Stahlbewehrungsstäbe. Der Diffusionskoeffizient für Cl und O2 durch den auf der Oberfläche von LP-Stahl gebildeten Film war kleiner als der für HP-Stahlbewehrungen festgestellte. Die aus Admittanz, Lösungswiderstand und konstantem Phasenelementfaktor berechnete Doppelschichtkapazität lieferte höhere Werte für die HP im Vergleich zu den LP-Bewehrungsstäben. Dies wurde auf die höhere Korrosionsangriffsrate auf HP-Stahl zurückgeführt, die zu einer größeren Oberfläche dieses Bewehrungsstabs führte. Die beschleunigte Korrosionsrate von HP-Stahlstäben im Vergleich zu LP-Stahlstäben scheint darauf zurückzuführen zu sein, dass P aus den Matrizen des erstgenannten Stahls herausgelöst wird und Phosphen entsteht, das mit alkalischer Lösung reagiert, was die Sauerstoffentwicklungsreaktion der Korrosion erleichtert. Die Raman-spektroskopische Analyse der auf der Oberfläche der untersuchten Stähle gebildeten Korrosionsprodukte legt nahe, dass der höhere P-Gehalt im HP-Stahl die Umwandlung der instabilen Lepidokrozit-Rostphase in Maghemit und Goethit verhindert.

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Dieses Projekt wurde vom Nationalen Plan für Wissenschaft, Technologie und Innovation (MAARIFAH), King Abdulaziz City for Science and Technology, Königreich Saudi-Arabien, Fördernummer (15-BUI4983-02) finanziert.

Kompetenzzentrum für Betonforschung und -prüfung (CoE-CRT), Abteilung für Bauingenieurwesen, College of Engineering, King Saud University, Postfach: 800, Riad, 11421, Saudi-Arabien

Raja Rizwan Hussain

Abteilung für Bauingenieurwesen und Kompetenzzentrum für Betonforschung und -prüfung, College of Engineering, King Saud University, Riad, Saudi-Arabien

Abdulrahman Alhozaimy

Abteilung für Bauingenieurwesen und Geschäftsführer, Kompetenzzentrum für Betonforschung und -prüfung, College of Engineering, King Saud University, Riad, Saudi-Arabien

Abdulaziz Al-Negheimish

Korrosions- und Oberflächentechnik CSIR, National Metallurgical Laboratory, Jamshedpur und derzeit F&E-Berater, IGNCA, Neu-Delhi, 110001, Indien

DDN Singh

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RRH führt Forschungsuntersuchungen durch, führt Experimente durch usw. Sammlung und Analyse von Testdaten. Verfassen des Originalentwurfs, Vorbereitung, Erstellung und konkretes Verfassen des Erstentwurfs und Visualisierung der Forschungsdaten. Erledigung aller Korrespondenz- und Veröffentlichungsangelegenheiten. AA-Identifizierung des Forschungsgebiets. Projektverwaltung, Management und Koordinationsverantwortung für die Planung und Durchführung der Forschungsaktivitäten. Fördermittelakquise zur finanziellen Unterstützung des Forschungsvorhabens, das zu dieser Veröffentlichung geführt hat. Überprüfung, Kommentierung und Überarbeitung.AA Entwicklung und Design von Methodik sowie Erstellung von Modellen. Validierung und Überprüfung, sei es als Teil der Aktivität oder getrennt von der Gesamtreproduzierbarkeit der Versuchsergebnisse. Rezension, Kommentar und Überarbeitung einschließlich aller Phasen vor der Veröffentlichung. DDNS-Entstehung und Entwicklung übergreifender Forschungsziele und -ziele. Durchführung bestimmter Experimente. Formale Analyse, Anwendung statistischer, mathematischer, rechnerischer und anderer formaler Techniken zur Analyse der Forschungsdaten. Rezension, Kommentar und Überarbeitungen.

Korrespondenz mit Raja Rizwan Hussain.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Hussain, RR, Alhozaimy, A., Al-Negheimish, A. et al. Rolle von Phosphor als Mikrolegierungselement und seine Wirkung auf die Korrosionseigenschaften von Stahlbewehrungsstäben in Betonumgebungen. Sci Rep 12, 12449 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-16654-w

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Eingegangen: 20. Oktober 2021

Angenommen: 13. Juli 2022

Veröffentlicht: 21. Juli 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-16654-w

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