基于钢筋锈蚀的海工混凝土结构耐久性能研究

摘要

随着我国海洋战略的确定，海岛的大规模开发与建设势在必行，本文主要研究不同海洋环境下，用海水与海洋骨料浇筑的混凝土中钢筋的锈蚀机理及速率，并与普通混凝土中钢筋的锈蚀情况进行对比。 本文主要研究了不同侵蚀方式下海水海砂混凝土试件与普通混凝土试件中钢筋的宏观锈蚀情况，电化学腐蚀情况以及微观锈蚀产物的测试和分析。研究的主要内容及结论如下： （1）按照规范规定方法，测量不同时期两种混凝土中钢筋的失重率，锈蚀率，发现海水海砂混凝土中钢筋在8周内便开始锈蚀，不同环境下钢筋失重率与锈积率呈等比例增长。钢筋表面蚀坑尺寸及数目遵循固定分布模型，不同尺寸蚀坑数目的增长存在一定的演化规律； （2）使用电化学工作站测量钢筋不同时期的极化曲线，得到金属腐蚀电流密度与自腐蚀电位等信息，两种侵蚀方式下海水海砂混凝土中钢筋自腐蚀电位变化趋势大致一致，阴极还原反应不顺是后期钢筋锈蚀速度放缓的主要原因； （3）测量混凝土中钢筋不同时期的阻抗谱图，得到不同时期钢筋及混凝土的电化学阻抗行为，分析并推断得出海水海砂混凝土中钢筋表面钝化膜的生成及破坏情况，并得到具体的量化数据，发现骨料及拌合用水携带的氯化物造成海水海砂混凝土孔隙液中存在高浓度的氯离子溶液，对钢筋表面钝化膜的形成以及后续的发展造成了十分严重的影响； （4）使用扫描电子显微镜（SEM）对钢筋锈层表面进行拍照分析，根据锈蚀产物的二次电子信号成像信息，结合XRD测试更加准确地判断其种类、生成时间、结构形态和对钢筋基体的影响等； （5）采用X射线衍射手段，得到钢筋不同锈层腐蚀产物的衍射图谱，获得产物的成分、材料内部分子的结构形态等信息，结合试件所处环境，推断钢筋锈蚀主要的中间产物是Fe(OH)2，之后在不同条件下会继续生成不同的氧化产物，随着混凝土内水分的补充与散失，各种锈蚀产物之间也会进行动态的相互转化。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 选题意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外海水海砂钢筋钢筋混凝土的研究现状

1.2.2 国内海水海砂钢筋钢筋混凝土的研究现状

1.2.3 存在的问题

1.3 本文研究目的及主要内容

1.3.1 本文研究的目的

1.3.2 本文研究的主要内容

第2章 混凝土中钢筋表面蚀坑的尺寸分布模型以及发育特征

2.1 试验原理

2.2 试验目的

2.3 试验概况

2.3.1 试验材料

2.3.2 试件制作

2.3.3 试验分组

2.4 试验仪器及方法

2.4.1 钢筋锈积率统计方法

2.4.2 钢筋失重率统计方法

2.4.3 钢筋表面蚀坑统计方法

2.4.4 氯离子扩散浓度测试方法

2.5 研究结论

2.5.1 混凝土中不同深度处氯离子浓度分析

2.5.2 钢筋失重率变化分析

2.5.2 钢筋锈积率变化分析

2.5.3 蚀坑几何尺寸统计结果

2.5.4 蚀坑尺寸分布模型建立

2.5.5 两种养护方式下蚀坑随龄期的生长演变规律

2.6 本章小结

第3章 混凝土中钢筋脱钝极化曲线的判别与特征分析

3.1试验原理

3.2 试验目的

3.3 试验概况

3.3.1 试验材料

3.3.2 试件制作

3.3.3 试验分组

3.4 试验仪器及方法

3.5 研究结论

3.5.1 锈蚀钢筋的极化曲线特征分析

3.5.2 锈蚀钢筋的自腐蚀电位变化分析

3.6 本章小结

第4章 混凝土中锈蚀钢筋的电化学阻抗谱分析

4.1 试验原理

4.2 试验目的

4.3 试验概况

4.4 试验仪器及方法

4.5 研究结论

4.5.1 海水海砂混凝土中钢筋锈蚀的电化学阻抗行为

4.5.2 氯离子引起钢筋锈蚀的等效电路模型

4.6 本章小结

第5章 混凝土中钢筋锈蚀产物的微观分析

5.1 海洋环境中钢筋锈蚀基础机理

5.2 试验目的

5.3 试验概况

5.3.1 试验材料

5.3.2 试件制作

5.3.3 试验分组

5.4 试验仪器及方法

5.4.1 XRD试验

5.4.2 SEM试验

5.5 研究结论

5.5.1 氯离子引起的钢筋锈蚀层产物分析

5.5.2 氯离子引起的钢筋锈蚀层微观结构分析

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢