不同腐蚀环境作用下混凝土中钢筋锈蚀研究

摘要

海水和滨海盐渍土地区中存在高浓度的氯离子、硫酸根离子等腐蚀性介质。这些腐蚀离子渗透到混凝土内部，或因不正常施工导致混凝土成型时引入海水，这将导致混凝土中钢筋快速锈蚀并导致结构性能快速退化。与此同时，混凝土结构在使用过程中均承受一定的荷载，其耐久性问题也是荷载与环境共同作用的结果。因此，本论文系统研究不同环境服役下水泥基材料中钢筋锈蚀电化学演变规律，并利用恒电位加速试验方法研究海洋潮汐模拟环境、海水浸泡环境以及室内环境下混凝土中钢筋锈蚀规律。通过上述研究，将为海洋环境下混凝土中钢筋锈蚀演变规律的揭示、钢筋混凝土耐久性提升奠定基础。本文主要进行了下述研究如下: (1)研究钢筋、含钢筋的净浆、砂浆试件在不同浓度硫酸盐溶液、以及硫酸盐与氯盐复合溶液中腐蚀过程的电化学行为试验表明:随着硫酸根离子浓度增加，极化电阻先增大后减小，腐蚀电流密度随之先减小后增大。氯离子穿透钝化膜的能力很强，但当溶液中硫酸根离子存在时，减缓了钢筋的锈蚀，且减缓作用随硫酸根离子浓度增加而增强。水灰比0.25的净浆护筋能力强于水灰比0.36的净浆，砂浆护筋能力强于净浆，掺加粉煤灰和矿粉有助于提高砂浆的护筋能力。 (2)利用恒电位加速试验方法，对10种不同内掺盐和三种不同保护层厚度的钢筋混凝土试件利用电化学加速腐蚀的方法，研究混凝土由于钢筋锈蚀膨胀导致混凝土保护层厚度开裂的损伤行为。试验表明:在室内环境下，含内掺盐的钢筋混凝土的通电电流大小基本都是随时间的增长而降低。内掺氯盐的钢筋混凝土的通电量与时间关系呈线性变化，内掺硫酸盐的钢筋混凝土的通电量与时间关系呈凹线性变化，内掺复合盐的钢筋混凝土的通电量与时间关系呈凸线性变化。以0.2mm的裂缝宽度作为混凝土失效的标准，随着混凝土氯盐浓度的增加，对混凝土开裂起到促进作用，随着硫酸盐浓度的增加，对混凝土开裂起到抑制作用。 (3)利用恒电位加速试验方法，研究荷载-腐蚀环境作用下钢筋混凝土锈蚀损伤规律。采用四点弯曲的方法，对两种配比施加不同弯曲荷载，分别在置于空气、自来水、海水和5％硫酸钠溶液的环境中，判断此时的钢筋混凝土的开裂情况。试验结果表明:在空气中，钢筋混凝土的通电量随时间的增长而减小，而在其他腐蚀环境中，钢筋混凝土的通电量随时间的增长先减小后增大。其通电量大小I海水＞I硫酸钠＞I水＞I空气。 (4)将施加不同弯曲荷载的钢筋混凝土置于海洋潮汐模拟试验箱中观测试件在海水潮汐循环过程中混凝土纯弯段处的轴向和横向变形情况。通过轴向和横向的应变值推测混凝土保护层开裂时钢筋锈蚀产生的膨胀力大小。试验结果表明:钢筋混凝土在全浸泡于海水中时的应变值变化幅度较大，说明海水对试件会产生一定的水压。而暴露在空气中时应变值变化幅度不大，说明钢筋的锈蚀膨胀力是很小的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状及水平

1．2．1 硫酸盐对钢筋锈蚀的影晌

1．2．2 氯盐对钢筋锈蚀的影响

1．3 本文主要研究内容

第2章 原材料及试验方法

2．1 原材料

2．1．1 水泥

2．1．2 细骨料

2．1．3 粗骨料

2．1．4 矿物掺合料

2．1．5 水

2．1．6 外加剂

2．2 混凝土基本物理性能

2．2．1 混凝土及净浆的配合比

2．2．2 混凝土成型、处理及养护

2．2．3 物理性能

2．3 电化学测试

2．3．1 实验设备

2．3．2 试验方法

2．4 红外光谱

2．5 扫描电镜

2．6 氯离子含量的测定方法

第3章 不同腐蚀环境下钢筋的电化学研究

3．1 试验原材料

3．2 试验准备

3．3 试验过程

3．4 试验方法

3．5 实验结果与讨论

3．5．1 钢筋在模拟硫酸盐溶液中电化学腐蚀的研究

3．5．2 净浆在不同腐蚀溶液中电化学腐蚀的研究

3．5．3 不同配比混凝土氯化钠溶液中电化学腐蚀的研究

3．5．4 混凝土在不同腐蚀溶液中电化学腐蚀的研究

3．6 本章小结

第4章 混凝土中钢筋加速锈蚀研究

4．1 试验原材料

4．2 不同内掺盐混凝土对钢筋锈蚀的影响

4．2．1 实验方法

4．2．2 混凝土中内掺盐对钢筋锈蚀的影响

4．2．3 混凝土中内掺盐对保护层开裂的影响

4．2．4 混凝土中钢筋锈蚀的变化及分析

4．3 不同保护层混凝土对钢筋锈蚀的影响

4．3．1 不同掺合料混凝土对钢筋锈蚀的研究

4．3．2 不同保护层对混凝土中氯离子迁移的研究

4．4 不同内掺盐混凝土对钢筋锈蚀的微观影响

4．4．1 钢筋混凝土的红外光谱分析

4．4．2 钢筋／混凝土界面区的电镜扫描分析

4．5 本章小结

第5章 外部腐蚀环境和弯曲荷载协同作用对钢筋锈蚀的研究

5．1 试验方法

5．2 同一环境钢筋混凝土的不同弯曲加载情况

5．2．1 在自然情况下混凝土中钢筋锈蚀的影响

5．2．2 在海水全浸泡情况下混凝土中钢筋锈蚀的影响

5．3 不同腐蚀环境钢筋混凝土的弯曲加载情况

5．3．1 在海水环境中不同掺合料混凝土对钢筋锈蚀的影响

5．3．2 在不同腐蚀环境中普通混凝土对钢筋锈蚀的影响

5．3．3 试验现象

5．4 模拟潮汐环境钢筋混凝土的弯曲加载情况及应力分析

5．4．1 试验方法

5．4．2 试件弯曲加载过程中的弹性模量E和泊松比υ

5．4．3 试件持载过程中在模拟潮汐环境下的应力应变分析

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

在校期间发表的学术论文

致谢