针对钢筋混凝土结构中氯盐腐蚀问题,基于在混凝土中钢筋表面与氯离子竞争吸附来阻碍锈蚀的发想,考虑到天然植物蛋白中氮和氧元素具有供电子能力,而且在混凝土碱性孔溶液中蛋白水解产生的氨基和羧基是很好供电子基团,进而选取工业副产物玉米黄粉为原料,提出了从中提取碱溶玉米蛋白作为钢筋混凝土环保阻锈剂的技术。从玉米黄粉中提取的玉米蛋白阻锈剂含有酰胺I和酰胺II键的分子结构,主要由谷氨酸、脯氨酸、亮氨酸等氨基酸组成。基于电化学阻抗谱、极化曲线等电化学法和ATR-FTIR、SEM-EDS等方法系统研究了玉米蛋白阻锈剂在含有3wt.%Na Cl混凝土模拟孔溶液中钢筋腐蚀的阻锈机理,电化学试验的结果一致表明阻锈效率随着阻锈剂浓度的增加而升高,且对阳极和阴极腐蚀都有抑制作用,是混合型阻锈剂。阻锈作用主要源于环保阻锈剂在钢筋表面的吸附作用,符合Langmuir吸附特性。同时还表明,其阻锈作用的主要贡献来自于谷氨酸、脯氨酸和亮氨酸,而且三者对钢筋的阻锈作用是负协同的效应关系;量子化学计算和蒙特卡洛模拟过程的研究发现,玉米蛋白阻锈剂与钢筋之间吸附作用主要是通过氨基和吡咯环上的孤对电子(HOMO)贡献于铁原子“d”空轨道的方式实现,这也由钢筋表面XPS谱中出现C-NH-C吡咯环结构峰和C-N-钢筋键合作用峰的结果得到了验证。基于含1 wt.%氯离子砂浆中钢筋腐蚀试验,揭示玉米蛋白阻锈剂对氯离子侵蚀条件下砂浆中钢筋的阻锈效果和作用机理:通过ATR-FTIR发现掺入新拌水泥砂浆的玉米蛋白阻锈剂,在与埋置钢筋的初期接触时就已吸附于钢筋表面形成防护层;待玉米蛋白阻锈剂掺量3%的腐蚀试件浸入3 wt.%Na Cl腐蚀450d以后,SEM-EDS分析显示氯离子在砂浆的富集高于钢筋表面吸附的浓度,而且钢筋表面的未发现腐蚀产物,其阳极极化曲线结果表明钢筋表面钝化膜完整,其拉曼光谱显示钝化膜主要组成为Fe OOH,由此可知,玉米蛋白阻锈剂在砂浆中钢筋表面形成的吸附层,对氯离子侵蚀起有效的防护作用。在推荐掺量为占水泥3 wt.%时,阻锈效率与亚硝酸钙相当,达97.86%。通过水化热、XRD、DSC-TGA与FTIR等微观结构和宏观力学性能与耐久性的分析可知,由多种氨基酸以肽链结构组成的玉米蛋白环保阻锈剂会对水泥的水化、凝结硬化过程及其产物的微观结构产生影响。首先,阻锈剂的缓凝作用,主要是阻碍水化早期钙矾石和氢氧化钙的形成,抑制C2S和C3S的水化,延长水化诱导期,降低加速期的水化速率,延迟水泥水化进程,使水泥凝结时间大幅度增加。其次,尽管随着阻锈剂掺量的增多,其总体孔隙率变化不大,但氢氧化钙含量减小,水化程度降低,而且大于50nm的毛细孔和气孔的含量是逐渐增加的,由此导致随着阻锈剂掺量的增加,降低了抗压强度、抗折强度和电阻率,增加了电通量、吸水率和氯离子扩散系数。最后,针对玉米蛋白阻锈剂带来的混凝土结构和性能的劣化,可通过与矿物掺合料硅灰和促凝剂三乙醇胺复配使用以调控优化结构与性能满足工程的技术要求。