新型复配阻锈剂的电化学性能研究

添加阻锈剂可以有效防止或减轻钢筋锈蚀,但目前使用的阻锈剂大多含有亚硝酸盐,不仅污染环境而且会使后期稳定性变差,开发高性能、低成本、环保无污染的新型阻锈剂可为钢筋防腐研究的发展提供新的途径。文章通过复配得到一种新型阻锈剂,利用电化学方法研究了加入氯化钠的混凝土模拟液中钢筋的阻锈性能,运用极化曲线和电化学阻抗谱等手段分析了阻锈剂的作用原理,并与钼酸盐和醇类阻锈剂进行对比。结果表明:当新型复配阻锈剂掺量为4wt%时,其对钢筋的阻锈效果最佳;新型复配阻锈剂能同时抑制钢筋表面的阴极和阳极反应,阻锈效果更加稳定;复配得到的新型阻锈剂具有良好的效果。     

荷载与氯化物耦合作用下高性能混凝土中钢筋锈蚀试验

为研究高性能混凝土(HPC)在通电加速锈蚀环境下,氯离子侵蚀和荷载耦合作用对其中钢筋锈蚀影响的规律和机理,以粉煤灰单掺、粉煤灰与矿渣复掺、阻锈剂以及应力水平为变量因素,设计了12组HPC配合比并分别制作内置两根钢筋的小梁试件.采用PARSTAT 4000电化学工作站对混凝土内钢筋进行腐蚀速度测试,并通过观测腐蚀产物更直观掌握钢筋的锈蚀情况.试验结果表明,荷载明显地增加了试件中钢筋的锈蚀程度;掺入不同矿物掺和料和阻锈剂可以明显改善HPC中钢筋的锈蚀情况,降低钢筋的失重率,其保护层最大开裂宽度也得到明显控制.在试验基础上提出了具有高抗锈蚀性能的高性能混凝土配合比建议,为工程应用提供技术支持.     

混凝土中胺类有机物——胍对钢筋氯盐腐蚀的作用

为了考察胺类有机物在氯盐环境中的阻锈能力,采用动电位极化测量、电化学阻抗谱法(EIS)和弱极化法,结合氯离子浓度、阻锈剂浓度、溶液pH值3个影响因素,研究胺类有机物———胍在有氯盐存在的模拟混凝土孔隙液中对钢筋锈蚀行为的影响和对已锈蚀钢筋的延缓作用.试验研究表明:在模拟混凝土孔隙液的pH值为12.50,且溶液中胍的浓度与氯离子浓度相近时,胍可在钢筋表面形成保护被膜,有效地阻止和延缓了钢筋锈蚀的发生,显著降低了已锈蚀钢筋的锈蚀速率,甚至使其停止锈蚀.在相同浓度下,当模拟混凝土孔隙液的pH值从12.50降至10.50时,胍的阻锈能力下降,表明胍在氯盐环境中有较好的阻锈能力.     

混凝土中钢筋腐蚀过程的极化曲线分析

为了确定混凝土中钢筋锈蚀速率的控制因素,运用腐蚀极化曲线图分析活化钢筋阴阳极极化曲线和腐蚀电流随环境相对湿度的变化规律,并讨论在干湿循环过程中混凝土中钢筋的锈蚀过程.结果表明,有锈蚀产物存在时,锈蚀产物中FeOOH可以取代氧成为钢筋锈蚀过程的阴极去极化剂,钢筋的总腐蚀电流为氧去极化和锈蚀产物去极化产生的腐蚀电流的加和.钢筋的总腐蚀电流随着环境相对湿度的提高而增大,和氧在混凝土中的扩散速率的变化趋势截然相反,从而证明氧仅是混凝土内钢筋开始的锈蚀的必备条件,但却不是混凝土中钢筋锈蚀过程控制因素.     

不同条件下有机阻锈剂对钢筋腐蚀保护作用影响

以醇胺类和有机羧酸铵类有机物阻锈剂为研究对象,考察阻锈剂掺量,环境盐度、p H值等因素对阻锈效果的影响。结果表明:有机羧酸铵阻锈剂阻锈效果类明显优于醇胺类,且掺量更少;对比两种阻锈剂在不同盐度下阻锈效果可以看出,有机羧酸铵阻锈剂适用条件更广,阻锈效果更好;两种阻锈剂均会提高混凝土强度4%~10%。以上结果说明:两类阻锈剂均能有效抑制钢筋腐蚀,羧酸铵类阻锈性能优于醇胺类。     

混凝土中钢筋的腐蚀动力学行为

根据电化学理论讨论了钢筋腐蚀动力学中混凝土电阻影响及腐蚀控制模式2个基本问题,推导了钢筋腐蚀的阴阳极极化方程及腐蚀电位表达式,分析了影响钢筋腐蚀速率的若干主要因素．结果表明,混凝土电阻通过影响腐蚀电极的极化阻力间接影响钢筋腐蚀速率;腐蚀的直接阻力仅仅来自极化阻力;当混凝土孔隙水含量极高时,腐蚀速率由氧浓差极化控制,并与含水率呈减函数关系,反之,则由电化学极化控制,并与含水率呈增函数关系;钢筋应力增大可以提高电化学极化控制下的腐蚀速率,但对氧浓差极化控制下的腐蚀速率并无影响;保护层厚度增大可以减小氧浓差极化控制下的腐蚀速率,但对电化学极化控制下的腐蚀速率并无显著影响．     

氯盐与硫酸盐复合侵蚀下钢筋混凝土锈裂行为

为评估海洋、盐湖等环境中钢筋混凝土结构耐久性,通过试验与理论相结合探究氯盐与硫酸盐复合侵蚀下钢筋混凝土锈裂特性。通电腐蚀5%(质量分数)NaCl、5%NaCl+5%Na₂SO₄溶液中钢筋混凝土试件,对比分析混凝土表观形貌、钢筋锈蚀特征。设计伴随的混凝土腐蚀试验,类比保护层腐蚀劣化,分析混凝土力学性能。结果表明：硫酸盐的存在改变胀裂前混凝土形貌,使得单一氯盐侵蚀下的“白须”消失,表面粉化并出现盐结晶,延长胀裂时间;复合侵蚀下钢筋锈蚀率低于单一氯盐侵蚀,二者均显著低于法拉第定律理论值;锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀率线性相关,硫酸盐的存在增大裂缝随钢筋锈蚀发展的速率;通电环境中,受腐蚀混凝土的抗压强度先升高后降低,劈裂抗拉强度不断降低。提出受腐蚀混凝土的抗拉强度演化经验公式。在经典锈胀模型的基础上考虑锈蚀产物对裂缝的填充作用,并将硫酸盐的影响考虑至混凝土抗拉强度、钢筋腐蚀电流密度中,建立复合侵蚀下钢筋混凝土胀裂时间预测模型,并验证了模型的有效性。     

混凝土结构耐久性防护与钢筋阻锈

钢筋锈蚀是造成混凝土结构远未达到设计使用年限已损坏的最主要因素,本文重点阐述混凝土结构防护、钢筋阻锈的重要性,分析钢筋锈蚀的原因. 提出必须从设计构造、材料选用、保证施工质量等各方面采取措施,结合某铁路钢筋混凝土梁钢筋锈蚀病害治理的实例讲述了使用渗透迁移型阻锈剂综合治理方案的选择、实施及显著效果. 本文认为按"服务周期的费用分析"应大力倡导工程在前期设计时就充分考虑混凝土中钢筋防腐的需要,以减少后期维修及中断交通所带来的损失.     

再生混凝土内钢筋腐蚀速率的初步试验研究

在对再生混凝土内钢筋腐蚀速率的试验中,采用盐水浸泡以加速钢筋锈蚀,利用电化学线性极化法对普通混凝土与再生混凝土内钢筋腐蚀电流密度进行对比研究．考虑不同水灰比与再生骨料取代率的情况,得出在相同条件下,再生混凝土内钢筋腐蚀速度高于普通混凝土;随着水灰比的减小,再生混凝土内钢筋腐蚀速度减小;随着再生骨料取代率的提高,腐蚀速度加大．     

钢筋混凝土梁中锈蚀钢筋粘结性能的试验研究

采用梁式粘结试件研究了钢筋锈蚀对钢筋与混凝土之间粘结性能的影响.通过干湿交替来模拟海洋环境的潮汐和浪溅区,对钢筋施加外部直流电加速钢筋腐蚀,从极限粘结强度、自由端滑移、锈胀开裂前后的破坏形态以及锈胀裂缝对粘结强度的影响等方面研究了锈蚀钢筋与混凝土的粘结特性.结果表明,当腐蚀水平低时,钢筋与混凝土之间的粘结有一定程度的提高,极限粘结强度增加,而在极限粘结强度时的滑移随腐蚀程度增加而降低;锈胀开裂后,随着腐蚀水平的增加,钢筋与混凝土的粘结逐渐退化,粘结强度减小,破坏脆性特征明显.     

再生集料混凝土钢筋锈蚀速率时变规律研究

在相同人工气候条件下,研究再生集料混凝土（取代率为50%）与普通混凝土内部钢筋锈蚀速率的时变情况,得出再生混凝土钢筋锈蚀速率时变规律,分析其机理.并探讨了掺加粉煤灰对于再生混凝土和普通混凝土内钢筋锈蚀速率时变规律的影响.     

锈蚀速率对混凝土中锈蚀产物渗透的影响

钢筋出现锈蚀后锈蚀产物会在保护层孔隙中扩散，延缓锈胀裂缝发展．为提高从保护层裂缝宽度推算钢筋锈蚀率的准确性，设计不同外加电流密度的通电加速锈蚀实验，使钢筋以不同锈蚀速率发生锈蚀，基于结合X射线计算机断层成像和有限元的逆向建模方法计算锈蚀产物体积修正系数，量化锈蚀产物渗透，分析锈蚀速率的影响．结果表明，随着钢筋锈蚀速率的增大，锈蚀产物渗透减少，锈蚀产物体积修正系数增大；随着钢筋锈蚀过程发展，锈蚀产物体积修正系数减小，但减小过程与锈蚀速率无关；锈蚀产物体积修正系数随着钢筋锈蚀率的增大呈指数减小．研究结果可为钢筋混凝土结构的钢筋锈蚀评估提供依据．     

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土柱抗腐蚀性能试验研究

试验研究了碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced plastic/polymer,简称CFRP)加固锈蚀钢筋混凝土柱再次受到腐蚀作用时的抗腐蚀能力和轴压力学性能,并与传统的防腐维护材料(硅烷和聚合砂浆)进行了对比.试验研究表明:CFRP不仅能阻止混凝土中钢筋的进一步锈蚀,且能恢复混凝土构件因钢筋锈蚀所损失的承载力;硅烷的阻锈能力略好于聚合砂浆,但二者长期阻锈能力差.     

疲劳荷载作用下的混凝土耐久性分析

在疲劳荷载作用下力学损伤的不断累积会引起混凝土结构的疲劳破坏.在腐蚀环境中,腐蚀介质会造成钢筋锈蚀.钢筋锈蚀对混凝土结构疲劳性能的影响比其对静态性能的影响更加严重,这是因为锈蚀削弱了钢筋的有效截面,而且钢筋锈坑的不均匀性导致了钢筋应力集中,相应地疲劳荷载作用会加速腐蚀介质的渗透过程,从而加剧混凝土构件的损伤,降低混凝土耐久能力.     

锈蚀损伤混凝土管桩水平承载性状时变分析

为研究锈蚀损伤混凝土管桩的水平承载性状,依据Fick第二定律,建立了氯离子在混凝土管桩中的扩散方程,并结合初始和边界条件,得到扩散方程的解析解.依据厚壁圆筒模型,推导了钢筋混凝土管桩保护层锈胀开裂时的钢筋临界锈蚀深度.基于Faraday定律,对钢筋混凝土管桩保护层锈胀开裂时间进行了预测.并在此基础上,通过引入桩身抗弯刚度折减系数对海洋环境下锈蚀损伤钢筋混凝土管桩的桩身抗弯刚度的衰减规律进行了探讨,进而对海洋环境下锈蚀损伤钢筋混凝土管桩的水平承载性状的时变特性进行了分析.结果表明:海洋环境中氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀对钢筋混凝土管桩的水平承载性状有明显影响.随着暴露时间的延长,桩身抗弯刚度呈非线性衰减,桩身水平位移和桩身负剪力最大值逐渐增大,桩身弯矩逐渐减小.     

砂浆内钢筋锈胀应力监测与数值模拟研究

钢筋锈蚀是导致海洋混凝土结构失效破坏的最主要原因,探明钢筋锈胀应力发展及其诱导混凝土开裂的过程对于钢筋混凝土服役寿命预测有重要意义。采用内掺盐与恒电位加速砂浆内钢筋锈蚀,通过砂浆外不锈钢圆环环贴应变片实现钢筋锈蚀过程的应变监测,并计算锈胀应力,利用COMSOL软件分析混凝土中钢筋锈胀应力发展及混凝土锈胀开裂历程。结果表明：利用有限元与钢筋锈胀时变径向位移加载,实现钢筋混凝土锈胀开裂过程的模拟,模拟结果与试验结果基本一致;不考虑砂浆、钢筋的非均匀性及锈蚀产物对开裂砂浆的充填效应,模拟结果不能真实反映锈胀应力的波动性及锈胀应力释放与缓慢增加的过程;提高砂浆强度、减小钢筋直径可以有效延缓钢筋锈胀导致混凝土开裂的时间。     

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土的抗腐蚀性能和黏结性能

碳纤维复合材料(CFRP)具有不透水和不透气的性质,是一种阻锈材料;同时具有高强度和优异的耐腐蚀能力,可用于加固维护处于腐蚀环境的钢筋混凝土结构.本文试验研究了CFRP加固锈蚀钢筋混凝土试件再次受到腐蚀作用时的抗腐蚀能力和黏结性能,并与传统的防腐维护材料(硅烷和聚合砂浆)进行了对比.试验研究表明:CFRP不仅能阻止混凝土中钢筋的进一步锈蚀,并且能提高锈蚀钢筋与混凝土之间的黏结强度.     

不同pH及氯离子入侵对混凝土钢筋锈蚀速率的影响

钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土结构损害的最主要因素之一。利用实验室模拟法研究不同pH及氯离子模拟孔隙液下的钢筋腐蚀情况,通过线性极化法在连续时间内进行检测并对检测结果进行分析。结果表明,pH及氯离子的入侵均为锈蚀的主要影响因素,氯离子的入侵不仅使腐蚀速率增大,还会加快钢筋表面钝化膜的破坏。     

混凝土结构碳化寿命的时变可靠度分析

在一般大气环境下,混凝土结构的耐久性问题主要是由于碳化引起的钢筋锈蚀问题.碳化造成混凝土结构从新建到最终失效破坏过程包括:混凝土中钢筋开始发生锈蚀;混凝土保护层开始出现顺筋裂缝;裂缝宽度达到不容许值或混凝土保护层锈胀剥落等三个阶段.采用拟Monte-Carlo随机模拟方法,计算了以上述三个状态作为极限我状态所对应的时变失效概率,计算结果令人满意.该方法可以应用于混凝土结构受钢筋腐蚀破坏的耐久性寿命预测中.     

双向电渗对钢筋混凝土修复效果的试验研究——保护层阻锈剂、氯离子和总碱度的变化规律

为提高氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土结构的无损修复效果,对受氯盐侵蚀的钢筋混凝土试件采用双向电渗技术,在排出氯离子的同时向混凝土保护层内引入阻锈剂.为考察该技术的修复效果,采用有机元素分析法和自动电位滴定法,结合电流密度、通电时间、水灰比、初始氯盐掺量4个影响因素,研究混凝土保护层内阻锈剂、氯离子分布的变化情况,并对保护层的总碱度进行测量;同时设置电化学除氯组作为对照.结果表明:双向电渗处理后试件保护层内氯离子含量降低,总碱度提高;通过对各参数的合理控制,阻锈剂迁移至钢筋表面的浓度足以起到较好的阻锈效果.双向电渗的效果随电流密度、通电时间、试件水灰比的增加而提高,而受初始氯盐掺量的影响较小.双向电渗在对混凝土氯离子迁出和总碱度提高的效果方面与电化学除氯有所差异.