荷載與環(huán)境耦合因素作用下混凝土中鋼筋銹蝕研究.pdf

1、鋼筋銹蝕所導致的鋼筋混凝土結構劣化是混凝土結構設計、建造與維護過程中主要考慮的因素?？偹苤┞队诤Ｑ蠡虺}等侵蝕性環(huán)境中的鋼筋混凝土結構容易出現(xiàn)氯鹽誘導的鋼筋銹蝕破壞?；炷帘Ｗo層由于鋼筋腐蝕產物的膨脹而出現(xiàn)開裂、剝落，直至完全失效，這必然將花費巨大的代價對銹蝕鋼筋混凝土結構進行維修或重建。因此，研究混凝土中鋼筋銹蝕行為的時變規(guī)律對準確分析鋼筋混凝土結構的損傷劣化機理并進行服役壽命預測意義重大且任務緊迫。
　　 目前，工程

2、現(xiàn)場評估鋼筋銹蝕程度使用最多的是目測與稱重法，定性的半電池電位法與混凝土電阻率法也有一定應用。但是，傳統(tǒng)的目測與稱重方法不能表征鋼筋早期的鈍化與腐蝕過程，且測試過程對混凝土結構造成較大損傷;其次，定性的測試方法只能表征鋼筋發(fā)生銹蝕的概率，且受外界環(huán)境影響很大。電化學方法能較好地彌補以上方法的缺陷，可以定量地無損地表征鋼筋混凝土結構中鋼筋早期的鈍化行為與腐蝕行為。
　　 由于未考慮荷載的影響，單一環(huán)境因素作用下的鋼筋銹蝕研究與實際

3、工程環(huán)境不符。因此，實驗結果無法對實際環(huán)境中鋼筋混凝土結構的劣化機理與服役壽命做出科學預測?；谝陨蟽蓚€目前普遍存在的問題，本文做了初步的探索與研究。主要創(chuàng)新性結論如下:
　　 (1)模擬混凝土孔溶液中鋼筋鈍化與腐蝕過程的電化學方法表征。通過腐蝕電位(Ecorr)、線性極化法(LPR)、電化學阻抗譜法(EIS)、恒電流脈沖法(GPM)、循環(huán)極化法等電化學方法研究了模擬混凝土孔溶液pH值對鋼筋的初始鈍化行為與氯鹽誘導的腐蝕行為的影

4、響。研究結果表明，隨著模擬混凝土孔溶液pH值的升高，鋼筋鈍化膜更容易生成，并且更為穩(wěn)定和致密，鋼筋耐氯鹽侵蝕的能力也越強。因此，從鋼筋鈍化膜行為與穩(wěn)定的角度考慮，實際工程應用中應適當控制礦物摻合料的摻量。
　　 (2)開發(fā)并完善了電遷移氯鹽加速鋼筋腐蝕的方法，并應用X-CT測試技術表征了鋼筋-混凝土界面區(qū)缺陷對鋼筋腐蝕發(fā)生與發(fā)展過程的影響機理。電遷移氯離子加速鋼筋腐蝕法明顯加速了混凝土內部鋼筋的腐蝕進程，且比陽極通電加速鋼筋腐蝕

5、法更符合工程實際情況，是一種行之有效的加速腐蝕方法。結合常用的電化學方法(LPR、EIS與循環(huán)極化法)能在短時間內較好地表征鋼筋的腐蝕行為，準確地預測鋼筋的腐蝕概率與腐蝕速率。應用X-CT測試技術能直觀地無損地表征鋼筋-混凝土界面區(qū)的缺陷。腐蝕產物在鋼筋表面的生成及向界面區(qū)孔縫擴散均可通過X-CT的灰度值得到直觀表述，進一步證實了界面區(qū)的缺陷會利于氯鹽誘導的鋼筋腐蝕，并提供了容納一定量腐蝕產物的空間。
　　 (3)通過電化學方法

6、與微觀測試技術系統(tǒng)研究了氯鹽與彎曲荷載耦合因素作用下混凝土中鋼筋的腐蝕行為。重點分析了應力比、氯鹽種類與模擬海水對鋼筋腐蝕行為的影響，比較了海洋環(huán)境中不同暴露區(qū)域(水下區(qū)、水位變動區(qū)與大氣區(qū))混凝土中鋼筋的腐蝕程度，得出以下幾個主要結論:
　　 i)腐蝕電位、極化電阻、混凝土電阻率與電化學阻抗譜的結果均表明，隨著應力比的增加，混凝土內部鋼筋的腐蝕程度逐漸增加。循環(huán)極化曲線表明，0.5應力比作用下混凝土試件內鋼筋發(fā)生點蝕的概率明顯

7、大于0.3應力比的情況。不同暴露區(qū)域氯鹽的傳輸過程有所差異，因而鋼筋腐蝕的程度各不相同。一般情況下，水位變動區(qū)鋼筋的腐蝕程度最大?；炷潦芾瓍^(qū)加速腐蝕效應與鋼筋-混凝土界面區(qū)加速腐蝕效應是影響彎曲荷載與氯鹽耦合作用下混凝土試件中鋼筋腐蝕速率與腐蝕形貌的兩個主要因素。
　　 ii)由于不同暴露區(qū)內鈣離子與鎂離子對混凝土保護層的劣化作用不同，氯鹽種類對不同暴露區(qū)內鋼筋腐蝕行為的影響不完全一致。
　　 iii)模擬海水的侵蝕性