マイクロ合金元素としてのリンの役割とコンクリート環境における鉄筋の腐食特性に及ぼすリンの影響

Oct 19, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 12449 (2022) この記事を引用

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この報告書は、鉄鋼に微量濃度範囲で添加されたリン (P) が、塩化物で汚染されたコンクリートと接触した場合の不動態皮膜の反応速度論、機構および成長に及ぼす影響を報告しています。 この発見に到達するために、電気化学インピーダンス分光法、直流分極、質量損失、およびラマン分光法が使用されました。 その結果、鋼に意図的に P を添加すると (0.064%)、湿潤環境にさらされた低リン (< 0.016%、混入元素として存在) を含む鋼よりも均一かつ局所的な腐食 (約 1.1 倍および 1.7 倍) が起こりやすくなることがわかりました。 /乾燥条件で、塩化物を添加した模擬細孔溶液中で、このイオンの非存在下で。 モルタルに埋め込まれた鉄筋にも同様の効果が見られます。 ラマン分光法による鉄筋表面に形成された腐食生成物の同定により、低リン含有鋼の表面に熱力学的に安定したマグヘマイト相とゲーサイト相が存在することが明らかになりました。 高リン鋼鉄筋の表面にはレピドクロサイトの不安定相が記録されています。 この発見は、実験的証拠とともに議論され、出版された文献から手がかりを得て、この行動のもっともらしいメカニズムに到達します。

多くの金属および非金属元素、つまり炭素、硫黄、マンガン、銅、バナジウム、ニオブ、リンなどは、鋼の特性を向上させるために微量の濃度範囲で鋼に添加されます。 文献調査によると、過去の研究者らは、添加元素が鋼の特性を改善1、2、あるいは劣化3、4、5することを発見していました。 特にコンクリート環境において得られる微小合金鋼の腐食特性の変化におけるそれらの役割に関する非常に限られた情報は、文献で入手可能である6、7、8。 鋼に添加されたリンの場合はさらにそうです。 この元素は鋼の粒界に偏析し、脆性を引き起こし、破壊靱性に悪影響を及ぼします3、4、5。 このことを考慮して、鋼中のリン含有量は、いくつかの国際基準によって最低レベルに維持されています9。 コンクリートに埋め込まれた鉄筋は、耐用年数中に静的荷重と動的荷重を受けます。 したがって、鉄筋の圧延に使用される鋼の一部の国際規格では、そのような鋼の化学化学における最大 P 含有量が制限されています。 溶接性と延性の向上が必要な場合は、ASTM A7069 規格を満たす鉄筋が指定されます。 ASTM A706 では、リン含有量を 0.035% に制限しています。 一方、米国およびその他の多くの国では、ASTM A61510 が広く使用されており、リン含有量の制限なくコンクリート補強用の鉄筋を扱っています。 本研究は、コンクリート建設業界でより多く使用されているこのタイプの鉄筋に焦点を当てています。

鋼中の P 含有量が高いほど、そのような鋼から製造された構造物の耐大気腐食性が向上することが知られています 1、2。 特定の国の一部の鉄筋製造業者は、同様の効果を期待して、鉄筋を圧延するために使用される鋼に余分なリンを添加しています。 スクラップ鋼から圧延された鉄筋にも、より高い含有量のリンが含まれています。 スクラップ鋼の脱リン処理は高価なプロセスであり、この元素の許容限界を達成するのは困難です。 上記の事実を考慮すると、塩化物で汚染されたコンクリート環境にさらされた鉄筋の耐食性に対する鉄筋のリン含有量の影響を知ることが重要です。 文献調査によると、鋼へのリンの追加添加は一般に、高湿度および水分含有量の環境にさらされる耐食性を低下させる影響を及ぼします。 Kim et al.11 は、ガス脱硫システムにおける軟鋼の耐食性に対する軟鋼の P 合金化の悪影響を報告し、それが水素発生反応の増加によるものであると考えました。 同様の効果は、Uhlig12、Cleary、Greene13 によっても報告されています。 Windisch et al.14 は、鋼にこの元素を添加し、硝酸カルシウム溶液で試験したことによる悪影響を発見しました。 著者らは、これは半保護性のFe3O4皮膜に対するリン酸塩（腐食した鋼からのリンのイオン化によって生成される）の不安定化効果によるものであると考えた。 Krautschick et al.15 は P の加速効果を報告し、それが攻撃を加速する負に帯電した種 Pδ- の形成によるものであると考えました。 P は、さまざまな試験媒体中で鋼の応力腐食割れに対して増強効果を示しました 16、17、18、19、20、21、22。