海洋环境和弯曲荷载作用下涂层混凝土的防护性能研究

摘要

海洋环境复杂多变，不利环境因素的作用加速了混凝土结构的破坏。其中，氯离子对混凝土结构=的侵蚀作用引起混凝土结构的劣化和内部钢筋的锈蚀，从而对其服役寿命产生了不利影响是重要的因素，干湿交替、荷载等因素与氯离子等腐蚀介质共同作用对混凝土结构耐久性产生了更加不利的影响。对混凝土结构进行涂层防护是一种最为简单有效的方法。本文采用电化学交流阻抗(EIS)和化学分析的方法，研究了聚脲类涂层Qtech T501-Ⅲ和环氧类涂层t54两种防护材料的常规性能和3.5%NaCl溶液浸泡下对砂浆基体的防护作用，并对干湿交替和荷载作用对氯离子侵蚀的影响进行了进一步研究。基于以上研究，得到以下主要结论：
　　1.常规性能实验结果表明：Qtech T501-Ⅲ是一种高光泽度材料，t54是低光泽度材料，在户外暴晒、氯盐浸泡、干湿交替环境下，Qtech T501-Ⅲ的失光率要大于t54；附着力实验表明Qtech T501-Ⅲ的附着力在不同老化环境中出现了一定程度的下降，t54的附着力下降幅度较小，基本稳定；无涂层、涂覆Qtech T501-Ⅲ、涂覆t54砂浆试块的吸水率分别为3.41%、0.66%、0.48%、，表明涂层有效地阻挡了水分的侵入；Qtech T501-Ⅲ和 t54的固含量分别为95.49%和96.35%；Qtech T501-Ⅲ的干燥时间较t54短；经过120d的户外暴晒，Qtech T501-Ⅲ的拉伸强度降低了30.27%，断裂伸长率和撕裂强度值呈现出先增大后减小的特点，ATR-FTIR结果表明部分特征峰的峰强出现一定程度的减弱。
　　2.电化学实验表明涂层混凝土钢筋体系与混凝土钢筋体系类似，等效电路拟合对应两个时间常数，高频区响应的是钢筋周围砂浆（混凝土）的性质，低频区响应的是钢筋与砂浆（混凝土）界面的特性。在腐蚀反应前期，运用等效电路R(QR)(QR)可以较好地对实验数据进行拟合，腐蚀反应后期需要引入韦伯阻抗（Warburg阻抗）拟合等效电路。混凝土材料具有多相性和不均匀性的特点，内部的钢筋具有一定的粗糙度使电极表面的电场表现出不均匀性，产生弥散效应，需要运用常相角元件（CPE）分析电化学阻抗。
　　3.无涂层砂浆试块在3.5%NaCl溶液浸泡15d后，电荷传递电阻 Rct的值为129.2Ω·cm2，已经小于Rct＞250Ω·cm2则钢筋未发生锈蚀的评价标准；涂覆t54和Qtech T501-Ⅲ砂浆试块浸泡90d后，Rct的值分别为7937Ω·cm2和1500Ω·cm2，说明内部的钢筋几乎未发生锈蚀；15次干湿交替后涂覆 t54砂浆试块 Rct的值为3552Ω·cm2，涂覆Qtech T501-Ⅲ试块Rct的值为155Ω·cm2，说明t54在干湿交替环境下的防护性能要优于Qtech T501-Ⅲ。
　　4.氯盐完全浸泡环境下，无涂层和涂层砂浆试块的氯离子含量随深度的增加逐渐减小，120d时无涂层、涂覆Qtech T501-Ⅲ、涂覆t54砂浆试块的4mm~6mm深度处的氯离子含量分别为0.2591%、0.0344%和0.0202%；氯离子表观扩散系数的拟合结果表明涂覆Qtech T501-Ⅲ和涂覆t54砂浆试块的相对于无涂层砂浆分别降低了73.98%和77.03%，表明两种涂层可以有效地减缓氯离子对砂浆的侵蚀作用。干湿交替环境下，砂浆试块的氯离子含量总体上呈现出先升高后降低的特点，这与干湿交替的作用机制有关，氯离子在砂浆试块的表面存在一定深度的对流区；60次干湿循环（120d）后，无涂层、涂覆Qtech T501-Ⅲ、涂覆t54砂浆试块的4mm~6mm深度处的氯离子含量分别为0.2806%、0.0426%、0.0278%，相比于完全浸泡环境，氯离子的含量有所提高，说明干湿作用加速了涂层老化和砂浆基体的劣化进程，导致氯离子的侵蚀速率加快。荷载作用下氯盐的侵蚀实验表明，拉应力能促进砂浆试块微裂缝和孔隙的发展，使氯离子侵入和渗透的速度加快；一定大小的压应力会使砂浆内部水分和离子通道变窄，孔隙减小，对涂层的防护是有利的。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2氯离子对混凝土结构的侵蚀作用

1.3混凝土保护涂层研究进展

1.4海洋环境下混凝土劣化机理研究进展

1.5本文主要研究内容

第2章 实验方法

2.1涂层砂浆试块的常规性能实验

2.2电化学阻抗谱（EIS）实验

2.3砂浆试块氯离子侵蚀实验

2.4荷载作用下砂浆试块氯离子侵蚀实验

2.5ATR-FTIR分析

第3章 涂层砂浆试块的常规性能研究

3.1概述

3.2光泽度

3.3附着力

3.4吸水率

3.5固含量

3.6干燥时间

3.7拉伸强度、断裂伸长率及撕裂强度

3.8ATR-FTIR分析

3.9本章小结

第4章 砂浆中钢筋腐蚀行为的电化学阻抗谱研究

4.1概述

4.2氯盐浸泡实验

4.3干湿循环实验

4.4本章小结

第5章 氯离子对砂浆侵蚀和涂层防护效果的研究

5.1概述

5.2氯盐浸泡实验结果与分析

5.3干湿交替实验结果与分析

5.4荷载和氯盐共同作用实验结果与分析

5.5本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢