【硕士】混凝土中氯离子渗透行为及钢筋腐蚀与防护研究_pdf

ｒｅａｌｍ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｄｏ ｗｉｔｈ
ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｄｉＳＣｎｓＳ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｆａｃｔｏｒｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｔａｇｅ ｏｒ ｅａｒｌｙ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｔ ｈａｓ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ａｎｄ ＣＵｔ ｄｏｗｎ ｌＯＳＳＣＳ．Ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｃａｐｉｔａｌ，ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｈａｖｅ ｍａｊｏｒ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ．
钢筋混凝土结构的过早失效大多是由于其中的钢筋腐蚀所致，钢筋的腐蚀与 保护的研究已成为一项迫在眉睫的课题。钢筋腐蚀初期对钢筋混凝土的强度影响 不大，若腐蚀持续进行则会导致钢筋锈层膨胀，不但会加速钢筋的腐蚀速率，而 且钢筋的腐蚀生成物会导致钢筋表面产生疏松物，当其发展到约为原钢筋体积的 ２倍以上甚至达７倍体积时，将会产生膨胀约４００ｋｇ／ｃｍ２张应力，此膨胀张应力 远大于混凝土所能抵抗的张应力，造成混凝土胀裂，甚至导致混凝土块剥落。所 以腐蚀是造成钢筋混凝土结构物失效重要原因之一。钢筋的腐蚀在初期不易察 觉，当发现结构物混凝土产生严重剥离而需要修复时，由于已过最佳维护期，修 复难度大且费用高。有时因腐蚀没有得到及时控制，发展到结构物倒塌，造成巨 大的经济损失和人员伤亡。所以为了有效解决钢筋混凝土腐蚀的问题，有必要对 腐蚀的基本现象和因素进行探讨，以便在建筑结构物设计阶段或腐蚀初期就加以
在实验室模拟环境和海水以及淡水实际环境中进行挂样实验，研究混凝土保 护层的抗Ｃｌ‘渗透性。初步获得氯离子的扩散深度和扩散系数的相关性。进行快 速氯离子渗透试验，研究累积电量与氯离子有效扩散系数的相关性，藉此相关性 找出适宜的累积电量来评估各类混凝土的耐久性。
最后，探讨钢筋混凝土中的钢筋外加两种不同表层的防护处理涂环氧树脂涂 料和热镀锌对钢筋混凝土握裹行为的影响。实验结果表明钢筋表面涂覆保护层后 其粗糙度减少，对钢筋握裹力有一定的影响。
ｉｎ眦ａｎ ｄｉｆｍｓｉｏｎ ｃｏｅｆ！ｆｉｃｉｅｎｔ． Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ．ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ ａｒｅ ｓｏａｋｅｄ ｉｎ Ｑｉｎｇｄａｏ ａｎｄ ｉｎｓｏｌａｔｅｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｃａｒｒｙ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｓｔ ｃｈｌｏｒｉｎｅ ｉｏｎ ｐｅｒｍｅａｔｅｓ ｔｏ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｙ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ Ｒｅｌａｔｉｖｉｔｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ ｑｕａｎｔｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｅ伍ｃｉｅｎｔ ｏｆｄｉｆｌｕｓｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｉｏｎ．
本论文研究了钢筋混凝土在室内盐水浸泡、海水环境下的腐蚀行为，并在实 验室条件下研究了钢筋混凝土的腐蚀。通过线性扫描方法研究在水环境中以及实 验室浸泡盐水中的混凝土钢筋腐蚀，在其自腐蚀电位±ｌＯｍｖ范围内，获得极化 电阻Ｒｐ；同时通过重量法测量混凝土钢筋在自然环境中的腐蚀速度。通过在实 验室对钢筋腐蚀进行监测，然后对比自然环境下的测量结果以及失重试样结果， 分析两者的相关性，对比不同环境下钢筋腐蚀变化过程。
混凝土材料经历了低强度、中等强度、高强度乃至超高强度的发展历程，似 乎人们总是乐于追求强度的不断提高。但是近四五十年来，混凝土结构因材质劣 化造成过早失效以及崩塌破坏的事故在国内外都屡见不鲜，并有愈演愈烈之势。 这些混凝土工程的过早破坏，其原因不是强度不够，而是由于混凝土耐久性不良 所造成的。从力学的观点而言，因为混凝土具有相当良好的抗压强度，钢筋具有 高韧性与高张力性，这样钢筋混凝土复合材料受到高张力时不会有立即破坏的危 险：以化学的观点来看，钢筋表面有一层钝化膜，在高碱环境下，钢筋不会受到 腐蚀因子的威胁，混凝土中高碱环境提供了钢筋钝化膜生存的空间，使钢筋在混 凝土中得到最佳防护。
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影响钢筋混凝土耐久性的因素有很多，根据影响因素的作用方式不同，可以 分为内部和外部两大方面的因素。内部因素主要与材料自身特点有关，外部因素 主要与结构所处的环境条件有关。各种因素对混凝土耐久性的影响也不同。国内 外混凝土耐久性调查表明，钢筋锈蚀是钢筋混凝土耐久性破坏最主要的原因，而 氯离子侵蚀导致的钢筋锈蚀尤为严重。在１９９１年的第二届混凝土耐久性国际会 议上，著名专家梅塔（Ｍｅｈｔａ）教授，总结世界５０年混凝土耐久性状况时说“当 今世界，如果把影响混凝土耐久性的因素按重要性递减的顺序排列的话，那么它 们分别是：钢筋锈蚀、冻融破坏和侵蚀环境的物理化学作用”。
机械科学研究总院硕士研究生学位论文
摘要
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摘要
从上个世纪中期，混凝土结构因耐久性不良造成过早失效及崩塌破坏的事故 在国内外都屡见不鲜，世界各国为此付出的代价十分沉重。由于工程安全因素更 由于耗费巨资的经济因素，混凝土结构日益突出的耐久性问题，越来越受到世界 各国学术界和工程界的广泛重视。所以为了有效解决钢筋混凝土腐蚀的问题，有 必要对腐蚀的基本现象和因素进行探讨，以便在建筑结构物设计阶段或腐蚀初期 就预防，减少损失，同时提高混凝土的耐久性，对节约资源、能源及资金均有重 大的意义。
ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｈｉｃｈ ｏｆｆｅｒｓ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｔｈｃｏｄｅｓ ａｎｄ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｎ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ．
通过实验，积累了典型自然环境中钢筋混凝土及其防护系统的环境腐蚀数据 研究了混凝土及其防护系统腐蚀破坏规律和防护机理及性能，比较分析了钢筋表 层未处理与防蚀处理钢筋握裹强度的变化，为提高钢筋混泥土基础设施的耐久 性、可靠性、安全性提供理论依据。
关键词：钢筋混凝土；腐蚀；渗透性：耐久性；握裹强度；
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ＡＢＳＴ刚屺Ｔ
Ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｌａｓｔ ｃｅｎｔｕｒｙ，ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｈａｄ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｅａｒｌｙ ｆａｉｌｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｐｏｏｒ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ．Ｅａｃｈ ｎａｔｉｏｎ ｐｕｔｓ ｉｎ ｈｅａｖｙ ｃｏｓｔｓ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ａｂｏｖｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓａｆｅ ａｎｄ ｖａｓｔ ｅｘｐｅｎｄｉｔｕｒｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｆａｃｔｏｒｓ，．Ｉｔ ｉｓ ｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ ｂｒｏａｄｌｙ ｂｙ ｔｈｅ ａｃａｄｅｍｉｃ
Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｅｓｉｇｎｓ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒａｍｓ ｗｈｉｃｈ ｍｅｌｕｄｅ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｍａｌｉｎｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗｉｔｌｌ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｗｃｉｇｈｔ ｌｏｓｓ．Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｉｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｅｎＶｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉＳ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｂｙ ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．１ｉｎｅａｒ ｓｃａｎ ｏｆ ４－ １０ｍｖ Ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ｇｅｔ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｒｐ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｅｅｄ ｓｔｅｅｌ．ｏｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ｇｅｔ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒａｔｅ．
Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｃｈｌｏｒｉｄｅ ｐｃｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ
ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂｙ ＳＯａｋ ｉｎ ｓａｌｉｎｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ．ｗｅ ｇｅｔ ｉｎｉｔｉａｌ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ
机械科腐蚀与防护研究
预防，减少损失，正确预估钢筋混凝土的腐蚀发展，对建筑结构使用寿命的评估 都是至关重要的。因此研究钢筋混凝土的耐久性、钢筋腐蚀的监检测均具有重要 的实际工程设计需求，并且对己建工程结构的维护也有重要意义。
１．２钢筋混凝土耐久性研究现状
ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｂａｒ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｗｉｔｈ ｅｐｏｘｙ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｈｅａｔ ｐｌａｔｅ ｚｉｎｃ．
Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｏｍｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ａｎｄ ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｓ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ａｂｏｕｔ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ＆ｄａｍａｇｅｄ
ｐｒｏｃｅｓｓ，ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｗｉｔｈ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈ ｏｆｒｅｒｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｄａｔａ ｔｏ ＯＵｒ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ ｍｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ
ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ：ｉｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ；ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ；ｂｏｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ；
Ⅱ
机械科学研究总院硕士学位论文
第一章前言
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第一章 前言
１．１钢筋混凝土腐蚀破坏的研究背景及意义
混凝土材料以它的实用性和低廉的造价而成为土建工程中不可缺少的材料， 广泛用于桥梁、大坝、高速公路、工业与民用建筑等结构中。据不完全统计，当 今世界每年消耗的混凝土量不少于４５亿立方米，并且随着逐步增长的城市化建 设，年消耗量在不断增长。
Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ｅｆｆｃＣｔ ｏｆ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｎ ｃｏｈｅｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｂａｒ ｔｈａｔ ｈａｓ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒｓ．Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｄｅｓｉｇｎｓ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ
ｇｒｅａｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ．Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｗｉｌｌ ｄｅｖｅｌｏｐ
ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ