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.     

电化学除盐中混凝土内氯离子的迁移特征研究

对电化学除盐过程中混凝土内Cl-的迁移特征进行了研究,并根据单位通电量作用下氯离子的驱除效率提出了电化学除盐能效比的定义。结果表明,电化学除盐后混凝土内氯离子呈上凸曲线分布,即除盐后钢筋周围与辅助阳极附近的混凝土中Cl-浓度较低,而中部混凝土中Cl-浓度较高;电化学除盐能效比的分析发现,电化学除盐的前期,电流密度愈大,除盐能效比愈高;电化学除盐的后期,电流密度愈小,除盐能效比愈高。     

电化学参数对混凝土除氯效率的影响

为确定氯盐污染混凝土结构的最佳电化学除氯参数,对掺3%水泥质量NaCl的混凝土圆柱体试件进行电化学除氯实验,研究了3种不同电流密度（1、2、3A/m²）和3种不同电解液（自来水、饱和Ca（OH）₂溶液、Na₃BO₃为0.1mol/L）作用下的氯离子排出量随时间的变化规律.结果表明：电流密度越大,通电开始6d内混凝土的除氯速率越快;28d的总除氯量越多,钢筋附近混凝土微观结构劣化和碱性物质富集越多.因此,确定2A/m²为最佳电流密度.相同电流密度通电28d后,自来水中的除氯量大约只有其他2种电解液的50%,因此,应采用碱度较高的饱和Ca（OH）₂溶液或物质的量浓度Na₃BO₃为0.1mol/L的电化学除氯电解液.     

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.     

强电场作用下早龄期混凝土的氯离子迁移特征

电化学除氯技术能有效降低混凝土结构中的有害氯离子,降低混凝土结构失效风险。采用强电场方式对混凝土结构进行电化学除氯,并在不同的早龄期时间介入40、80、120 min的强电场作用,测试了内部氯离子含量变化和分布特征,并对通电后养护28 d试件进行回弹强度试验。研究结果表明：早龄期介入强电场作用能显著提高除氯效率,达到相同除氯效果时的作业时间约为传统电化学方法的1/300;氯离子分布特征表明,自由氯离子分布较传统电化学参数作用时更均匀,结合氯离子仍然存在保护层中间堆积现象;强电场作用后进行标准养护,回弹测试结果表明,强电场对混凝土的保护层宏观强度无明显影响。     

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。     

关于人工气候环境下混凝土梁中氯离子侵蚀规律的研究

在设定的人工气候氯盐腐蚀的环境下,针对两种不同水灰比(质量比)的钢筋混凝土系列梁进行腐蚀试验,同时对同一水灰比的试验梁做腐蚀时间不同的对比研究.试验通过氯盐腐蚀后在钢筋混凝土梁中钻取不同位置的芯样,测定每个芯样不同深度处的自由氯离子质量分数值,并计算各试验梁的扩散系数,从而得出氯离子在混凝土试验梁中的侵蚀规律.结果表明,氯离子在试验梁中侵蚀可分为对流区和扩散区两部分,并且梁的氯离子质量分数和扩散系数都是随着混凝土水灰比增大而增加.     

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.     

基于多级电迁的混凝土内氯离子动态控制效果

为了高效排除钢筋附近与保护层内的氯离子,预埋碳纤维网作为内置电极对氯盐环境下的混凝土试件进行多级电迁的试验,研究其除氯效果. 利用碘离子迁移特征试验对离子迁移过程作直观效果反映,评价多级电迁对离子的迁移功能. 通过设置不同层数内置电极,定量研究电迁后试件内残余氯离子质量分数与空间分布. 结合既有结构氯离子质量分数调研数据,讨论基于多级电迁的混凝土结构长寿命防护策略. 结果表明：多级电迁对氯离子控制效果更显著,三级电迁作用下保护层除氯效果分别是两级电迁和单级电迁的1.20倍与2.26倍.     

预应力混凝土氯盐侵蚀模型及耐久性分析

针对氯盐环境下氯离子侵蚀预应力混凝土结构这一耐久性问题,介绍了国内外有关混凝土氯盐侵蚀模型的研究成果,分析评价了几种典型的扩散方程,并改进了预应力混凝土氯离子侵蚀模型.以氯离子扩散速度、表面氯离子浓度以及保护层厚度为分析变量建立了耐久性可靠度分析模型.应采取综合措施提高预应力混凝土耐久性.     

电化学除氯过程钢筋网周围电场与氯离子分布特征试验研究

探明电化学除氯过程混凝土内部的电场分布特征有利于研究混凝土除氯后的氯离子非均匀分布现象。为进一步研究电化学除氯过程中混凝土内部电场对氯离子迁出的影响,将一种屏蔽式预埋电极阵列应用于内蕴氯盐的钢筋网布置混凝土试件电化学除氯试验中,探究钢筋网周围电场及氯离子的分布特征。结果表明,混凝土内电场分布影响氯离子的迁出,电场强度大的区域,氯离子迁出速率高,残余氯离子浓度低;电场强度小的区域,氯离子迁出速率低,氯离子存在堆积现象。     

电化学除氯处理后的混凝土微观结构研究

为了研究电化学除氯对混凝土中离子分布和微观结构的影响规律,采用压汞法、SEM电子显微镜分析等方法对电化学除氯后不同水灰比混凝土试件中钢筋附近和表面层的氯离子和钾钠离子含量、孔隙结构、显微结构进行对比分析.结果显示,电化学除氯后,钢筋附近混凝土与外层混凝土相比,氯离子含量约为1/2,钾离子含量约为5～10倍,钠离子含量约为8～18倍,水化物颗粒间结合不连续、部分水化产物分解.钢筋附近区域混凝土中的氯离子含量明显低于外表层混凝土,钾、钠离子在钢筋阴极附近大量聚集.经过电化学处理后的混凝土试件钢筋附近区域的孔隙率和大孔含量增多,结构疏松;而外表层混凝土结构致密,孔隙细化,水化产物成网络状结合良好.     

基于双向电迁移的开裂混凝土除氯阻锈效果

采用双向电迁移（BIEM）方法对沿海环境下的开裂混凝土进行修复,以排除裂缝附近富集的氯离子,并对钢筋进行阻锈防护. 通过测定阻锈剂浓度、氯离子质量分数以及钢筋极化曲线,研究不同裂缝宽度下BIEM的作用效应,并通过氯离子迁移特征试验对氯离子的迁移规律加以验证. 试验结果表明：开裂混凝土双向电迁移后,钢筋腐蚀电位均能恢复至较高水平;当裂缝宽度较小时,混凝土保护层中氯离子的迁移规律与未裂混凝土相近;当裂缝宽度大于0.3 mm时,裂缝处的氯离子排出效率随裂缝宽度的增加有所提高,但离裂缝较远处的氯离子排出效率有所降低.     

沿海公路钢筋混凝土桥梁氯盐侵蚀的调研与分析

在氯盐污染环境下,过量的Cl-向混凝土中渗透是导致钢筋腐蚀的主要因素之一．本文就秦皇岛地区沿海公路上一些投入使用10 a左右的钢筋混凝土桥进行了调查与检测．调查结果显示,这些混凝土桥梁中普遍存在损伤开裂、钢筋锈蚀、保护层剥落等现象;检测结果显示某些部位的Cl-侵蚀深度已经超过钢筋的保护层厚度。混凝土中Cl-的质量分数普遍比较大,Cl-质量分数已超过钢筋锈蚀的临界值．Cl-渗透引起桥梁损坏的问题应该引起人们的关注．     

氯盐环境下桥梁混凝土结构的腐蚀行为及破坏机理

为了解决氯盐导致钢筋混凝土结构耐久性破坏的问题,通过测试处于氯盐侵蚀环境中混凝土内部Cl-含量、pH值及含碱量的分布规律,探讨了氯盐对混凝土结构的腐蚀行为和破坏机理;揭示了氯盐侵蚀下钢筋混凝土曲线桥梁过早劣化的机理,并对此类病害的防治及治理提出了合理建议。结果表明：干湿循环条件下,大量Cl-侵入混凝土内部并且到达钢筋表面,造成钢筋锈蚀、混凝土胀裂,且随Cl-含量增加,混凝土PH值下降,含碱量增大;在含有Cl-的区域,混凝土PH值均降低;氯盐入侵后,增大了混凝土碱骨料破坏的可能性,混凝土内部孔结构发生了明显粗化。     

混凝土梁电化学修复后的耐久性能及力学特征

电化学修复技术可对耐久性劣化的混凝土结构进行耐久性提升,然而也会引起黏结性能降低、混凝土孔隙结构改变、钢筋氢脆等负面效应,进而影响构件整体的服役性能.为探明电化学除氯和双向电迁处理后混凝土梁的耐久性能及力学性能,本文结合氯离子含量梯度变化和弱极化曲线等对比分析了电化学修复后梁的抗腐蚀性能,结合荷载挠度曲线、钢筋与混凝土应变、裂缝分布等对比分析了静力力学性能.研究结果表明:电化学修复能有效去除钢筋表面氯离子,使钢筋恢复钝化,但钢筋笼内氯离子迁移效率相对较低;通电参数选取较小时电化学修复不影响混凝土梁的刚度和承载能力,但通电量较大时承载能力减小,延性退化较为明显.基于试验结果,本文建议电化学修复采用的通电参数需综合考虑耐久性提升效果及对力学性能损伤作用,以满足结构耐久性和安全性的要求.     

持续荷载与氯盐作用下钢筋混凝土梁力学性能试验

针对已有的研究以小尺度的试块实验而未能反映实际混凝土结构在荷载与氯盐耦合作用效应,自行设计大尺度钢筋混凝土梁的持续荷载施加装置,采用“电渗-恒电流-干湿循环”的方法对钢筋混凝土梁进行持续荷载作用下的加速锈蚀实验,并对试验后的混凝土梁的力学性能进行研究;同时,采用RCT方法研究试验梁混凝土保护层厚度范围内的氯离子分布规律,采用半电池电位法及称重法相结合来评价试验梁内纵向受拉钢筋锈蚀程度.结果表明:氯盐与持续荷载耦合作用下,随着持续荷载水平的提高,保护层厚度范围内的氯离子质量分数会增大,会在钢筋附近出现聚集现象;同时,也使纵向钢筋的锈蚀率增大,钢筋截面的锈蚀不均匀程度明显;导致混凝土梁的极限荷载减小,延性降低,截面曲率延性增高.     

钢筋锈蚀层发展和锈蚀量分布模型比较研究

研究了各种加速试验条件和实际自然环境下混凝土中钢筋锈蚀量的分布规律.结果表明:氯盐外侵试件在锈胀开裂前锈蚀量分布在面向保护层一侧,呈半椭圆形分布.锈胀开裂后向内部发展,在背向保护层一侧的锈蚀量近似为均匀分布.在面向保护层一侧锈蚀程度相当的情况下,内掺氯盐试件背向保护层一侧的锈蚀量大于氯盐外侵试件.人工气候环境下钢筋锈蚀层的分布特征与自然环境下的相同,是一种比较理想的加速试验方法.外通直流电法的锈蚀比较均匀地分布在整个钢筋表面,与实际自然情况不符.     

多因素作用下钢筋混凝土构件氯离子扩散系数模型

通过对钢筋混凝土氯离子侵蚀机理的分析,在Fick第二扩散定律基础上,建立了综合考虑水灰比、湿度、时间、温度、混凝土材料对氯离子结合作用等多因素作用下的氯离子侵蚀模型,并给出了考虑边界条件的侵蚀模型数学解。通过对长期现场暴露试验数据分析,验证了该侵蚀模型的有效性和可靠性。与传统的Fick第二扩散定律模型对比并分析得：该模型不仅能反映结构实际受氯盐侵蚀的发展趋势和混凝土不同深度处的氯离子浓度,而且能预测不同时期钢筋处的氯离子含量和钢筋开始锈蚀时间。     

不同环境条件下混凝土构件氯离子侵蚀试验

为研究不同环境条件下混凝土构件氯离子侵蚀劣化规律,开展弯拉应力构件的氯离子浸泡侵蚀试验和无应力构件的盐雾侵蚀试验.基于氯离子质量分数、构件弯拉强度及弯拉应变等测试结果,研究了侵蚀时间、环境温度、应力水平、环境氯离子质量分数及侵蚀方式等因素对氯离子扩散特征和构件抗弯性能的影响.试验结果表明:浸泡环境中混凝土内部氯离子质量分数较盐雾环境高;试件内部氯离子质量分数随腐蚀时间、环境温度、环境氯离子质量分数及应力水平的增大而增大;氯离子扩散系数随应力水平和环境温度的提高而增大;在较低应力水平、较低环境温度和较短的侵蚀时间内,混凝土构件极限弯拉强度有小幅度上升趋势,然后随侵蚀时间的增长而衰减;混凝土构件的极限弯拉应变随各影响因素的增大而降低.研究结果可为钢筋混凝土构件在氯盐侵蚀环境下的耐久性评估及设计提供依据,具有一定工程实际意义.