表面有涂覆层的钢筋在混凝土中腐蚀与防护的研究

摘要

钢筋的腐蚀破坏是导致混凝土结构过早失效的首要因素，造成了巨大的经济损失。尽管已发展了多种涂层技术用于混凝土中钢筋的腐蚀防护，但其保护效果和保护机理仍然有争议。研究混凝土中钢筋的腐蚀与防护机理，探索先进、高效的钢筋混凝土保护方法成为一项重大而紧迫的任务。进一步发展用于表面有涂覆层的钢筋在混凝土中腐蚀防护行为的无损检测技术，评价钢筋混凝土结构的安全性和耐久性显得尤为重要。本论文主要针对表面有涂覆层的钢筋在混凝土中的腐蚀行为与防护效果，涂覆层机械损伤对其保护作用的影响，表面有涂覆层的钢筋在混凝土中腐蚀破坏的本质机理及研究方法等重要问题，发展电化学噪音并结合其它电化学研究方法，开展比较深入、系统的研究。取得如下主要进展： 1.发展了电化学噪音技术，并结合其它电化学方法对裸钢筋和表面有涂覆层的钢筋(环氧涂层钢筋和镀锌钢筋)在混凝土中腐蚀与保护的复杂过程进行了研究。根据不同腐蚀阶段小波系数相对能量最大值的位置变化，能量分布图(EDP)提供了关于不同钢筋在混凝土中主导腐蚀过程的信息。通过EDP曲线中每一细节系数d对能量E随时间的改变，原位监测到不同腐蚀过程随时间的演变。通过分析电流噪音波动、标准偏差以及EDP曲线，清楚地区分了裸钢筋在混凝土中钝化膜的破坏和修复、腐蚀的发生以及腐蚀的稳定发展三个阶段。而环氧涂层钢筋主要发生离子、水和氧在涂层中的迁移渗透过程，进而引起了涂层溶涨，及其与基体附着力减弱。镀锌钢筋在混凝土中的腐蚀特征表现为，初始阶段镀锌层发生活性溶解，随后表面钝化膜局部破坏，当氯离子积累到相当的浓度，发生锌的加速腐蚀溶解。 2.在实验室干湿循环环境和实海环境中，裸钢筋在混凝土中的腐蚀速度较高；镀锌钢筋在含氯离子的混凝土中比裸钢筋有较高的耐蚀性；复合涂层钢筋以及环氧涂层钢筋均可对钢筋基体提供良好的保护。表面有划伤的环氧涂层对钢筋的腐蚀仍具有一定的保护作用。对于复合涂层钢筋，在环氧涂层划伤部位，镀锌层对钢筋基体有较好的保护作用。在实验室干湿循环环境中，复合涂层的环氧涂层和镀锌层同时划伤的部位，镀锌层可对裸露的钢筋基体提供阴极保护。 3.不同钢筋样品在实海环境中的腐蚀速度均比在实验室干湿循环环境中小，这主要是由于混凝土样品在实验室干湿交替环境中比在实海环境中干燥的更充分，促进了腐蚀性盐类在混凝土中的积累。 4。钢筋表面完整的环氧涂层在实验室干湿交替循环以及实海潮差区环境中都表现出了良好的阻挡层性质，对钢筋基体提供了良好的保护。在实验室干湿交替环境中，当钢筋表面环氧涂层存在人为划伤缺陷，由于该缺陷的尺寸(4mm×0.4mm)较小以及供氧的不足，限制了腐蚀微电池的形成，使划痕下的钢筋发生腐蚀需要相当长的时间，并且不存在划痕附近环氧涂层的阴极剥离、脱层等现象。在实海潮差环境中，当钢筋表面环氧涂层存在的人为划伤缺陷尺寸(10mm×0.8mm)较大时，腐蚀微电池可以形成，钢筋在前5个月表现为钝化，第6个月后发生腐蚀。但划痕附近的环氧涂层也牢固地结合在钢筋基体表面，没有发生阴极剥离、分层等现象。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1钢筋混凝土腐蚀的严重性和保护的重要性

1.2混凝土中钢筋的腐蚀

1.3混凝土中钢筋腐蚀的检测技术

1.4混凝土中钢筋的保护

1.5研究设想和目的

参考文献

第二章混凝土中钢筋在含氯溶液中干湿循环条件下的腐蚀行为

2.1引言

2.2小波分析基础

2.3实验

2.3.1混凝土样品的制备

2.3.2开路电位(OCP)测量

2.3.3电化学噪音(EN)测量

2.3.4电化学阻抗谱(EIS)测量

2.4结果和讨论

2.4.1开路电位(OCP)变化

2.4.2电化学阻抗谱(EIS)变化

2.4.3电化学噪音(EN)波动

2.4.4电化学噪音(EN)的统计分析

2.4.5电化学噪音(EN)的小波分析

2.5本章小结

参考文献

第三章含氯溶液中干湿循环条件下表面涂覆环氧涂层和镀锌的钢筋在混凝土中的腐蚀行为

3.1引言

3.2实验

3.2.1混凝土样品的制备

3.2.2开路电位(OCP)测量

3.2.3电化学噪音(EN)测量

3.2.4线性极化(LP)测量

3.3结果和讨论

3.3.1开路电位(OCP)变化

3.3.2电化学噪音波动

3.3.3电化学噪音的统计分析

3.3.4电化学噪音的小波分析

3.4本章小结

参考文献

第四章实验室干湿循环和实海暴露实验综合评价不同类型钢筋在混凝土中的腐蚀行为和保护效果

4.1引言

4.2实验

4.2.1实验材料

4.2.2钢筋样品的制备

4.2.3混凝土样品的制备

4.2.4干湿交替循环实验条件

4.2.5表面直接观察

4.2.6腐蚀电位测量

4.2.7线性极化测量

4.3结果与讨论

4.3.1混凝土中不同类型钢筋在实验室干湿循环中的腐蚀行为

4.3.2混凝土中不同类型钢筋在实海环境中的腐蚀行为

4.4本章小结

参考文献

第五章环氧涂层钢筋在混凝土中腐蚀行为及机理的研究

5.1引言

5.2实验

5.2.1实验材料

5.2.2混凝土样品的制备

5.2.3干湿交替循环实验

5.2.4电化学测试

5.3结果和讨论

5.3.1混凝土中环氧涂层钢筋在实验室干湿循环中的电化学阻抗行为

5.3.2混凝土中环氧涂层钢筋在实海环境中的电化学阻抗行为

5.4本章小结

参考文献

第六章结论与展望

6.1论文总结

6.2有待于深入研究的问题

攻读博士学位期间发表及交流的论文

致谢