溫、濕環境條件下海砂混凝土中鋼筋腐蝕特性研究

《溫、濕環境條件下海砂混凝土中鋼筋腐蝕特性研究》是依託深圳大學，由劉偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：溫、濕環境條件下海砂混凝土中鋼筋腐蝕特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉偉
• 依託單位：深圳大學

項目摘要

本項目以海砂混凝土中鋼筋腐蝕特性為研究主題。試驗研究海砂-水泥基體界面的微觀形貌，氯元素的界面分布規律，結合壓榨孔溶液的化學分析探討海砂中氯離子的溶出特點，獲得與鋼筋腐蝕過程有關的有效氯離子模型；試驗研究溫、濕度環境變數對氯離子臨界閥值的影響機制與規律，推導試驗條件下氯離子臨界閥值的取值範圍，提出海砂混凝土中鋼筋始銹條件；以極化電阻值為測量參數來探討鋼筋的鏽蝕發展速率，分析氯離子含量、混凝土參數及環境變數對鋼筋腐蝕速率的影響規律，構建基於環境條件的鋼筋鏽蝕量模型，量化海砂混凝土中鋼筋腐蝕的時變過程。為海砂混凝土結構的安全性評估和剩餘使用壽命預測提供科學的理論及試驗依據，推動海砂資源化利用。

結題摘要

受河砂資源性限制，海砂已經成為我國部分沿海城市建築用砂的重要來源。本文以海砂資源化利用及海砂混凝土耐久性為研究背景，就海砂混凝土中鋼筋腐蝕行為進行了較為系統的研究。研究項目較好地完成了預訂目標，通過對混凝土在工作性、抗壓強度和彈性模量等力學性能及碳化、硫酸鹽侵蝕和氯離子滲透等耐久性能的比較研究，結果表明，基於上述性能要求，配製C20～C80混凝土時珠江口海砂可等同於河砂使用；基於海砂氯離子在水泥基材料中不均勻溶釋的特徵，闡述了砂-氯離子溶釋理論，該理論可合理解釋海砂氯離子不均勻溶釋對混凝土孔溶液氯離子含量及混凝土中鋼筋腐蝕行為的影響效應隨著時間增加而逐漸減弱的現象；基於壓濾和萃取試驗結果，採用弗羅因德利希吸附等溫式建立了海砂砂漿氯離子結合等溫方程；通過比較海砂混凝土碳化前後自由氯離子量和總氯離子量的關係，發現結合態氯離子在碳化作用下幾乎被釋放為自由態氯離子。基於XRD及DSC/TG分析，揭示了碳化作用下Friedel鹽及(C-S-H)凝膠分解分別是水泥基材料中化學結合及物理吸附氯離子轉換為自由氯離子的主要原因。並據此提出，對抗碳化能力較低的海砂混凝土，其混凝土結構耐久性設計需考慮碳化與氯離子對鋼筋腐蝕的共同作用；通過研究模擬混凝土孔溶液中鋼筋腐蝕行為，探討了環境溫度及氯離子含量對鋼筋腐蝕電位及腐蝕電流密度的影響規律，基於Arrhenius方程建立了腐蝕速率icorr與溫度T的數學關係，並獲得了氯離子作用下鋼筋腐蝕活化能Ea及指前因子lgA的一般取值範圍。通過理論分析，確認了由CPE導納Y_0計算電極-溶液界面雙電層有效電容Cdl的公式，並基於時間常數值驗證了該公式的準確性；提出了海砂及海砂混凝土中氯離子含量的建議限值：當海砂用於I類一般乾燥環境中的鋼筋混凝土結構時，海砂氯離子含量的限值可確定為0.18%，並同時滿足海砂混凝土氯離子含量限值為0.30%的要求；當海砂用於氯鹽等環境中的鋼筋混凝土結構時，海砂氯離子含量的限值可確定為0.06%，同時滿足海砂混凝土氯離子含量限值為0.10%的要求。研究成果已經發表學術論文共5篇（標註3篇），其中EI收錄2篇(含EI刊源錄用論文)，獲得發明專利和實用新型專利各1項，培養博士研究生1名（畢業1名），碩士研究生2名（畢業1名，在讀1名）。