后张法孔道灌浆缺陷下钢绞线锈蚀研究

摘要

后张预应力桥梁由于经济及结构优势，是预应力桥梁广泛使用的结构类型。实际工程中，后张预应力桥梁常出现孔道灌浆不密实情况，当处于沿海及冬季需除冰盐融雪地区时，其长期受到氯离子侵蚀作用，预应力筋易腐蚀，造成结构使用寿命缩短。基于上述背景，本文以后张预应力桥梁常见孔道灌浆缺陷（完全无灌浆、平行灌浆、垂直灌浆）为基础，研究了氯盐环境孔道灌浆缺陷下钢绞线锈蚀状况。
　　完全无灌浆类型中钢绞线暴露在氯离子侵蚀溶液中，通过测试其极化电阻、极化曲线、质量损失等参数，研究氯离子浓度对钢绞线锈蚀影响。研究表明，氯离子浓度增加时，钢绞线锈蚀速度增加。平行及垂直灌浆类型中钢绞线部分暴露在氯离子侵蚀溶液中，部分处于水泥浆保护中，通过测试氯离子侵蚀溶液中钢绞线与水泥浆中钢绞线未通过导线连接时各自锈蚀电位、交流阻抗谱及连接后各自耦合电位、耦合交流阻抗谱、锈蚀形貌、质量损失及二者之间电偶电流，研究此两种孔道灌浆缺陷下钢绞线锈蚀机理与氯离子浓度、阴阳极面积比对锈蚀速度影响。研究表明，平行及垂直灌浆体系氯离子侵蚀溶液及水泥浆中钢绞线连接后，前者电势升高，后者电势降低，二者形成宏电池作用，前者作为宏电池阳极，后者作为宏电池阴极；形成宏电池后，阳极与阴极低频段容抗弧半径均减小，阳极锈蚀速度增加。平行灌浆体系中侵蚀溶液氯离子浓度及阴阳极面积比增加时，阳极锈蚀速度增加；氯离子浓度0.1％、平行及垂直灌浆体系阴阳极面积比60:1时，钢绞线锈蚀速度最快的灌浆类型是平行灌浆类型，其次是垂直灌浆类型，最后是完全无灌浆类型。
　　采用混合电势理论及数值方法预测了孔道平行及垂直灌浆类型中宏电池阳极锈蚀速度，结果表明，混合电势理论的预测结果与实验值有较大偏差，数值方法预测结果与试验值相近。在此基础上，通过数值方法建立工程实际模型，研究了孔道空隙变化对钢绞线锈蚀速度影响，研究表明，预应力孔道出现平行空洞时，孔道空隙越小，阳极锈蚀速度越快；出现垂直空洞时，锈蚀速度最快的点是阴阳极交点。

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第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2后张预应力结构中预应力筋保护体系

1.3后张预应力混凝土结构孔道灌浆缺陷形成原因

1.4孔道灌浆料性能检测方法

1.5后张预应力结构中孔道灌浆类型

1.6目前研究现状

1.7目前存在的问题

1.8本文主要研究内容

第2章 孔道灌浆缺陷下腐蚀电化学原理与试验方法

2.1引言

2.2孔道灌浆缺陷下钢绞线腐蚀电化学原理

2.3试件类型

2.4 研究钢绞线锈蚀常用的方法

2.5 试验材料及试样制备

2.6完全无灌浆类型中钢绞线测试方法

2.7平行及垂直灌浆类型中钢绞线测试方法

2.8本章小结

第3章 孔道灌浆缺陷下钢绞线锈蚀行为试验研究

3.1引言

3.2完全无灌浆类型钢绞线锈蚀行为研究

3.3平行灌浆类型锈蚀行为研究

3.4垂直灌浆类型锈蚀行为研究

3.5各种孔道灌浆类型中钢绞线锈蚀速度分析

3.6本章小结

第4章 混合电势理论及数值方法预测宏电池锈蚀速度

4.1引言

4.2混合电势理论预测宏电池阳极腐蚀速度

4.3预测宏电池阳极腐蚀速度的数值方法

4.4 COMSOL Multiphysics简介及求解步骤

4.5宏电池数值模型建立

4.6数值模拟中参数取值

4.7平行灌浆类型数值模拟

4.8垂直灌浆类型数值模拟

4.9数值模拟实际工程中孔道灌浆缺陷下钢绞线锈蚀

4.10本章小结

结论与展望

参考文献

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致谢