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钢筋腐蚀临界氯离子浓度的试验研究

作　者: 陈卿
导　师: 宋晓冰
学　校: 上海交通大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢筋混凝土耐久性临界氯离子浓度 pH值影响温度影响
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

钢筋混凝土结构是当前世界上应用最广泛的结构形式之一。钢筋混凝土结构并不是坚不可摧的,许多现役的钢筋混凝土结构因为耐久性不足而导致提前失效,造成了重大的经济损失。混凝土结构设计过程中,也常常只注重承载力设计而忽视耐久性设计。因此,耐久性研究是当前混凝土结构研究的重要课题之一。在引起钢筋混凝土耐久性退化的诸多因素中,混凝土中的钢筋腐蚀是一个普遍现象。引起钢筋腐蚀的诱因主要包括混凝土碳化和氯离子入侵,由于氯离子引起的腐蚀速度更快、危害更大而成为目前耐久性研究的重点。氯离子腐蚀研究的主要内容包括:氯离子渗透速度、开始腐蚀条件和钢筋腐蚀速度,本文主要针对开始腐蚀条件——临界氯离子浓度进行研究,该数值的合理确定对耐久性设计和结构使用寿命预测有重要意义。虽然前人已对临界氯离子浓度作了较为深入的研究,但是由于影响因素众多,文献中公布的临界氯离子浓度在数值上离散性非常大。为确保混凝土结构的可靠性,各国规范常采用保守的下限取值。这是在还没有完全揭示临界氯离子浓度变化规律之前的权宜之计。本文紧扣钢筋脱钝的本质问题:“腐蚀电位超越点蚀电位是钢筋脱钝的充分必要条件”这条主线,综合考虑混凝土孔隙液pH值及温度的影响,在混凝土模拟孔隙液中,采用恒电位方法,进行试验研究,得到了不同电位、pH值及温度下钢筋腐蚀时的氯离子浓度均值、变异系数及具有95%保证率的临界值,分析发现:1.自然腐蚀电位是影响钢筋腐蚀状态的综合性控制因素。随着自然腐蚀电位的降低,临界氯离子浓度升高。试验结果表明,基于电位对临界氯离子浓度的影响程度,可将电位分为两个区段,且两个区段的分界点与溶液的pH值有关。钢筋腐蚀时的氯离子浓度均值的对数与钢筋电位近似呈线性关系。2.孔隙液的pH值是影响临界氯离子浓度的重要因素之一,钢筋腐蚀时的氯离子浓度均值与溶液的pH值近似呈指数关系;同时,孔隙液的碳化程度也影响了临界氯离子浓度,当碳化程度超过一定界值时,临界氯离子浓度可能随碳化程度的增加而增加。3.温度也是影响临界氯离子浓度的重要因素之一。温度从5oC增加到25oC,钢筋腐蚀时的氯离子浓度均值下降约50%。温度主要通过影响电化学过程速率、钢筋腐蚀微环境等途径对临界氯离子浓度产生影响。本文最后针对自主研发的钢筋腐蚀监测传感器,在实验室内对混凝土中钢筋的腐蚀状态进行测试,并同国外同类传感器进行比较,发现该传感器可较好地监测临界氯离子浓度侵入混凝土中的深度,并具有简单易行、占用空间小及监测数据比较可靠等优点。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-15
第1章绪论  15-31
  1.1 混凝土耐久性的研究  15-19
    1.1.1 混凝土耐久性研究的重要意义  15-16
    1.1.2 混凝土耐久性研究的现状  16-17
    1.1.3 混凝土耐久性研究的主要内容  17-19
  1.2 含氯环境下钢筋腐蚀的研究  19-31
    1.2.1 钢筋腐蚀的电化学原理  19-23
    1.2.2 临界氯离子浓度的研究意义  23-24
    1.2.3 临界氯离子浓度的研究现状  24-28
    1.2.4 临界氯离子浓度高离散性的原因  28-29
    1.2.5 本文的主要工作  29-31
第2章临界氯离子浓度的研究路线及试验内容  31-40
  2.1 研究路线  31-38
    2.1.1 基本原理  31-35
    2.1.2 测试方法  35-37
    2.1.3 技术方案  37-38
  2.2 试验内容概要  38-40
第3章常温下临界氯离子浓度试验研究  40-50
  3.1 钢筋钝化试验研究  40-42
    3.1.1 钢筋电极的准备  40
    3.1.2 钢筋电极的钝化试验  40-42
  3.2 常温试验环境与方法  42-44
  3.3 试验结果  44-50
    3.3.1 钢筋电极的腐蚀概率  44-46
    3.3.2 临界氯离子浓度  46-50
第4章低温下临界氯离子浓度试验研究  50-56
  4.1 试验环境与方法  50-51
  4.2 试验结果  51-56
    4.2.1 钢筋电极的腐蚀概率  51-52
    4.2.2 临界氯离子浓度  52-56
第5章试验结果讨论  56-76
  5.1 试验条件的影响  56-60
    5.1.1 混凝土模拟孔隙液介质的选择  56-58
    5.1.2 盐桥的使用  58
    5.1.3 钢筋电极表面的处理  58-60
  5.2 电位的影响  60-65
    5.2.1 电位对临界氯离子浓度的影响  60-63
    5.2.2 电位的作用机理  63-65
  5.3 PH 值及碳化的影响  65-71
    5.3.1 pH 值对临界氯离子浓度的影响  65-68
    5.3.2 pH 值的作用机理  68-69
    5.3.3 碳化对临界氯离子浓度的影响及作用机理  69-71
  5.4 温度的影响  71-76
    5.4.1 温度对临界氯离子浓度的影响  71-74
    5.4.2 温度的作用机理  74-76
第6章混凝土中钢筋腐蚀监测传感器的试验研究  76-84
  6.1 梯形阳极传感器的监测原理  76-77
  6.2 梯形阳极传感器的设计  77-78
  6.3 实验测试  78-82
    6.3.1 试块制作及测试方法  78-79
    6.3.2 测试结果  79-82
  6.4 传感器的评价  82-84
第7章总结与展望  84-87
  7.1 本文工作的总结  84-85
  7.2 未来研究的展望  85-87
参考文献  87-92
附录电化学基本概念  92-94
攻读学位期间发表的学术论文  94-95
致谢  95-97

钢筋腐蚀临界氯离子浓度的试验研究

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