基于在混凝土中传质和阻锈效率分析的MCI性能优化及应用研究

摘要

海洋等氯盐环境下因钢筋锈蚀引起混凝土结构耐久性降低已成为各国普遍关注的问题。如何修复现役混凝土结构中的锈蚀钢筋或抑制其锈蚀发展，保持或者提升现役结构耐久性是摆在我们面前十分重要而紧迫的课题。各国的工程实践表明应用迁移性阻锈剂(MCI)能有效提升混凝土结构耐久性，且具有施工便捷、成本较低和效果明显的特点，然而由于缺乏MCI在混凝土中渗透性及渗入MCI对钢筋锈蚀速度影响的量化表达，在较大程度上限制了MCI广泛应用，也不利于MCI的组成优化。
　　本文在研究不同阻锈剂在氯盐溶液中抑制钢筋锈蚀行为的基础上，基于阻锈效率和在砂浆试件中的渗透性能优化出渗透阻锈性能优良的迁移性阻锈剂(PCI-2015)。PCI-2015在水灰比0.55的棱柱体砂浆试件中吸收5d在70mm处的氮含量702mg/kg；在掺水泥用量1％NaCl水灰比0.65的立方体砂浆试件中渗透1d可使钢筋腐蚀电流(Icorr)从渗透前的1.38μA/cm2降低到0.1μA/cm2以下；剖开试件中钢筋表面的X射线光电子能谱(XPS)元素分析表明PCI-2015渗透至砂浆中钢筋处，钢筋表面氮原子排挤掉氯原子，抑制钢筋锈蚀或使钢筋再钝化。热重分析和压汞分析表明PCI-2015与水泥水化产物氢氧化钙发生化学反应填充了孔隙细化了孔径。原子力显微镜(AFM)观察结果表明PCI-2015分子吸附在碳钢表面形成山峰状覆盖层。
　　在已有研究的基础上建立了适用于PCI-2015在砂浆中的传输模型并加以验证，应用模型计算分析饱和吸收条件下不同水灰比砂浆试件中钢筋界面处吸入MCI浓度，并通过测试3个水灰比4个氯盐含量砂浆试件在吸入PCI-2015前后不同时间下的Icorr和界面处游离氯离子浓度，建立起Icorr与界面处阻锈剂浓度及氯盐含量之间的多元非线性关系式，采用Java语言编制了计算机软件。
　　应用计算软件计算使含氯盐混凝土中钢筋Icorr降低到钝化状态（0.1μA/cm2）需在混凝土表面涂覆PCI-2015用量，参考计算结果测试了3个水胶比4个含盐量的混凝土在涂覆200g/m2 PCI-2015时对混凝土中钢筋锈蚀速度的影响，结果表明涂覆14d后就可使钢筋的Icorr从涂覆前最大的（水胶比0.65，1%NaCl）3.833μA/cm2降低到0.1μA/cm2以下，并保持到150d测试结束。涂覆PCI-2015后测试3个水胶比混凝土氯离子扩散系数分别降低到涂覆前71.43%、61.64%和42.27%，抑制钢筋锈蚀性能和提高混凝土抗氯离子渗透性能均优于同条件下涂覆国外某商用MCI。同时研究了盐水浸烘条件下涂覆PCI-2015对含氯盐混凝土中钢筋防护与修复效果，采用三维扫描技术重构了浸烘循环后的钢筋锈蚀状态，结果表明表面涂覆400g/m2PCI-2015和防水剂能够达到较为理想的防护效果。
　　将PCI-2015应用于某水利渡槽耐久性修复工程中，应用Gecor8在线监测修复前后不同时间混凝土结构中钢筋腐蚀电流，结果表明表面涂覆PCI-2015后150d平均腐蚀电流降低到修复前的15%以下，符合规范规定，效果优于同条件下2种国外商用产品，以较低的成本、无建筑垃圾产生及可持续发展的方式实现了混凝土结构服役寿命的提升。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 MCI在砼结构中应用研究进展

1.3 本文研究的主要内容

2 基于阻锈效果和传质效率的MCI优化与机理分析

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 实验结果

2.4 机理分析

2.5本章小结

3 优化的MCI渗透阻锈性能

3.1 实验材料与实验方法

3.2 实验结果

3.3 本章小结

4 PCI-2015传输模型与应用软件

4.1 传输模型适用性分析

4.2 腐蚀电流与渗入MCI及氯盐含量的量化关系

4.3 应用软件开发

4.4 本章小结

5 表面涂敷MCI在含氯盐混凝土的应用研究

5.1 原材料与砼配合比

5.2 实验方法

5.3 实验结果及分析

5.4 本章小结

6 盐水浸烘条件下MCI防护与修复性能研究

6.1 实验材料与实验方法

6.2 实验结果

6.3 锈蚀钢筋横截面积分布规律

6.4 MCI防护与修复效果评价

6.5 本章小结

7 工程应用概况

7.1 工程概况

7.2 MCI施工过程介绍

7.3 钢筋锈蚀监测结果与分析

8 结论与展望

8.1 结论

8.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果

版权说明