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高温条件下混凝土模拟孔隙液中钢筋腐蚀

作　者: 周剑婷
导　师: 宋晓冰
学　校: 上海交通大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢筋混凝土钢筋腐蚀高温温度影响临界氯离子浓度
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

自从波特兰水泥问世以来,混凝土结构已经成为基础建设工程中最为常用的建筑形式之一。众所周知,钢筋混凝土结构结合了混凝土的优点,造价较低,是土木工程结构设计中的首选形式,其应用范围非常广泛。但很多时候人们只关注混凝土结构的承载力计算而忽略耐久性设计,导致钢混结构因耐久性不足而提前失效。可见,耐久性研究是钢筋混凝土结构研究中很迫切且重要的问题。氯离子渗入而引起的钢筋腐蚀是导致钢筋混凝土结构材料劣化的常见原因。如海洋环境中或冬天撒除冰盐的情况下,当钢筋表面的混凝土孔隙溶液中的游离氯离子浓度超过一定值时,即使溶液碱度较高,氯离子也能破坏钢筋表面的钝化膜,形成点蚀现象。国际混凝土组织提出基于性能的钢筋混凝土结构耐久性设计方法,目标是设计钢筋混凝土结构在设计寿命里有足够的可靠性,保证结构的承载力和适用性。此种设计方法需要确定钢筋腐蚀的初始时间,这就需要获得准确的氯离子渗透速度和临界氯离子浓度。关于氯离子渗透已经有很多的研究得出其与混凝土材料的关系。但是对临界氯离子浓度的研究,特别是与温度的关系,目前研究比较匮乏。前人已经对临界氯离子浓度作了较深入的研究,得到的临界氯离子浓度值因表达方式、试验环境以及试验方法的不同而出现非常大的离散性。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。本文紧紧围绕钢筋腐蚀的机理——“钢筋腐蚀电位超越点蚀电位导致钢筋脱钝”这条主线,考虑高温(50℃)的影响,在不同pH值的混凝土模拟孔隙液中,采用恒电位方法进行试验,得到了不同电位、pH值的钢筋腐蚀时的氯离子浓度均值、变异系数及具有95%保证率的临界氯离子浓度值。并与陈卿在常温(25℃)和低温(5℃)条件下的得到的试验结果进行比较,发现:当pH值小于11.6时温度对钢筋腐蚀时临界氯离子浓度的影响不明显,而pH值大于11.6时温度影响显著;当钢筋电位大于-300mV SCE时温度对临界氯离子浓度的影响不明显,而钢筋电位小于-300mV SCE时温度的影响显著。当温度从5℃上升到50℃,钢筋腐蚀的临界氯离子浓度下降了88%。作者分析了pH值、电位以及温度对钢筋腐蚀临界氯离子浓度影响的机理。考虑到实际情况温度并不是恒定不变,而是随时间变化的,本文设计了试验研究钢筋腐蚀情况与温度波动的关系,旨在考察钢筋在经历温度升高出现腐蚀后回到原温度是否保持脱钝状态。试验发现,在一定氯离子浓度下,尽管钢筋在常温下保持钝态,但在不管加热时间维持在2小时还是24小时,经历了温度升高后的钢筋脱钝是不可逆的。这说明钢筋腐蚀的临界氯离子浓度并不是与环境条件唯一对应的,而是与环境变化有关。这对临界氯离子浓度值的选取有重要的现实意义。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
1 绪论  12-26
  1.1 钢筋腐蚀的研究背景  12-15
    1.1.1 钢筋腐蚀的严重性  12-13
    1.1.2 钢筋腐蚀的研究现状  13-14
    1.1.3 钢筋腐蚀与温度的关系  14-15
  1.2 钢筋腐蚀的机理  15-20
    1.2.1 钝化与去钝化  16-18
    1.2.2 混凝土碳化与钢筋去钝化  18-19
    1.2.3 氯化物与钢筋去钝化  19-20
  1.3 临界氯离子浓度  20-26
    1.3.1 临界氯离子浓度的研究意义  20-21
    1.3.2 临界氯离子浓度的表示方法  21-23
    1.3.3 临界氯离子浓度及温度对其影响的研究现状  23-25
    1.3.4 本文的主要研究内容  25-26
2 临界氯离子浓度的研究路线  26-34
  2.1 基本原理  26-30
  2.2 试验方法  30-31
  2.3 技术方案  31-34
3 钢筋钝化试验研究  34-37
  3.1 钢筋电极的准备  34-35
  3.2 钢筋电极的钝化试验  35-37
4 高温下混凝土模拟孔隙溶液中临界氯离子浓度的试验研究  37-54
  4.1 试验环境与方法  37-39
    4.1.1 试验环境  37-38
    4.1.2 试验步骤  38-39
  4.2 试验结果  39-45
    4.2.1 钢筋电极的腐蚀频率  39-41
    4.2.2 钢筋电极腐蚀的临界氯离子浓度  41-45
  4.3 结果分析  45-54
    4.3.1 不同温度下钢筋腐蚀临界氯离子浓度与pH 值的关系  45-47
    4.3.2 不同温度下钢筋腐蚀临界氯离子浓度与电位的关系  47-50
    4.3.3 温度对钢筋腐蚀临界氯离子浓度的影响  50-54
5 经历温度波动后钢筋腐蚀情况的试验研究  54-62
  5.1 试验过程  54-55
  5.2 试验结果  55-58
  5.3 结果分析  58-62
6 结论与展望  62-64
  6.1 本文主要研究工作的结论  62-63
  6.2 研究工作的展望  63-64
参考文献  64-68
附录  68-71
致谢  71-72
攻读学位期间发表的学术论文  72-75
上海交通大学学位论文答辩决议书  75

高温条件下混凝土模拟孔隙液中钢筋腐蚀

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