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(dǎo)致的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)劣化是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建造與維護(hù)過(guò)程中主要考慮的因素?？偹苤?，暴露于海洋或除冰鹽等侵蝕性環(huán)境中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)氯鹽誘導(dǎo)的鋼筋銹蝕破壞?；炷帘Ｗo(hù)層由于鋼筋腐蝕產(chǎn)物的膨脹而出現(xiàn)開(kāi)裂、剝落，直至完全失效，這必然將花費(fèi)巨大的代價(jià)對(duì)銹蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修或重建。因此，研究混凝土中鋼筋銹蝕行為的時(shí)變規(guī)律對(duì)準(zhǔn)確分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損傷劣化機(jī)理并進(jìn)行服役壽命預(yù)測(cè)意義重大且任務(wù)緊迫。
　　 目前，工程

2、現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估鋼筋銹蝕程度使用最多的是目測(cè)與稱(chēng)重法，定性的半電池電位法與混凝土電阻率法也有一定應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的目測(cè)與稱(chēng)重方法不能表征鋼筋早期的鈍化與腐蝕過(guò)程，且測(cè)試過(guò)程對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成較大損傷;其次，定性的測(cè)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(xué)方法能較好地彌補(bǔ)以上方法的缺陷，可以定量地?zé)o損地表征鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(shí)際

3、工程環(huán)境不符。因此，實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)法對(duì)實(shí)際環(huán)境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的劣化機(jī)理與服役壽命做出科學(xué)預(yù)測(cè)?；谝陨蟽蓚€(gè)目前普遍存在的問(wèn)題，本文做了初步的探索與研究。主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)論如下:
　　 (1)模擬混凝土孔溶液中鋼筋鈍化與腐蝕過(guò)程的電化學(xué)方法表征。通過(guò)腐蝕電位(Ecorr)、線性極化法(LPR)、電化學(xué)阻抗譜法(EIS)、恒電流脈沖法(GPM)、循環(huán)極化法等電化學(xué)方法研究了模擬混凝土孔溶液pH值對(duì)鋼筋的初始鈍化行為與氯鹽誘導(dǎo)的腐蝕行為的影

4、響。研究結(jié)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(qiáng)。因此，從鋼筋鈍化膜行為與穩(wěn)定的角度考慮，實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)適當(dāng)控制礦物摻合料的摻量。
　　 (2)開(kāi)發(fā)并完善了電遷移氯鹽加速鋼筋腐蝕的方法，并應(yīng)用X-CT測(cè)試技術(shù)表征了鋼筋-混凝土界面區(qū)缺陷對(duì)鋼筋腐蝕發(fā)生與發(fā)展過(guò)程的影響機(jī)理。電遷移氯離子加速鋼筋腐蝕法明顯加速了混凝土內(nèi)部鋼筋的腐蝕進(jìn)程，且比陽(yáng)極通電加速鋼筋腐蝕

5、法更符合工程實(shí)際情況，是一種行之有效的加速腐蝕方法。結(jié)合常用的電化學(xué)方法(LPR、EIS與循環(huán)極化法)能在短時(shí)間內(nèi)較好地表征鋼筋的腐蝕行為，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)鋼筋的腐蝕概率與腐蝕速率。應(yīng)用X-CT測(cè)試技術(shù)能直觀地?zé)o損地表征鋼筋-混凝土界面區(qū)的缺陷。腐蝕產(chǎn)物在鋼筋表面的生成及向界面區(qū)孔縫擴(kuò)散均可通過(guò)X-CT的灰度值得到直觀表述，進(jìn)一步證實(shí)了界面區(qū)的缺陷會(huì)利于氯鹽誘導(dǎo)的鋼筋腐蝕，并提供了容納一定量腐蝕產(chǎn)物的空間。
　　 (3)通過(guò)電化學(xué)方法

6、與微觀測(cè)試技術(shù)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(diǎn)分析了應(yīng)力比、氯鹽種類(lèi)與模擬海水對(duì)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(dòng)區(qū)與大氣區(qū))混凝土中鋼筋的腐蝕程度，得出以下幾個(gè)主要結(jié)論:
　　 i)腐蝕電位、極化電阻、混凝土電阻率與電化學(xué)阻抗譜的結(jié)果均表明，隨著應(yīng)力比的增加，混凝土內(nèi)部鋼筋的腐蝕程度逐漸增加。循環(huán)極化曲線表明，0.5應(yīng)力比作用下混凝土試件內(nèi)鋼筋發(fā)生點(diǎn)蝕的概率明顯

7、大于0.3應(yīng)力比的情況。不同暴露區(qū)域氯鹽的傳輸過(guò)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(dòng)區(qū)鋼筋的腐蝕程度最大?；炷潦芾瓍^(qū)加速腐蝕效應(yīng)與鋼筋-混凝土界面區(qū)加速腐蝕效應(yīng)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(gè)主要因素。
　　 ii)由于不同暴露區(qū)內(nèi)鈣離子與鎂離子對(duì)混凝土保護(hù)層的劣化作用不同，氯鹽種類(lèi)對(duì)不同暴露區(qū)內(nèi)鋼筋腐蝕行為的影響不完全一致。
　　 iii)模擬海水的侵蝕性