海洋环境钢筋混凝土结构外露金属节点的耐久性研究

论文摘要

钢筋混凝土结构由于结合了钢筋与混凝土的优点,是土木工程结构设计中的首选形式,应用非常广泛。但是大量的钢筋混凝土结构由于各种各样的的原因而提前失效,达不到预定的服役年限,这其中主要是由于结构的耐久性不足而导致的;特别是沿海地区的混凝土结构,所在的环境空气湿度大并含有大量的氯盐,氯离子能加速钢筋锈蚀使结构丧失耐久性能和安全性,这已经成为全世界普遍关注并日益突出的一大灾害。本文针对在海洋环境中钢筋混凝土结构外露金属节点的电化学腐蚀过程、腐蚀形态、腐蚀产物以观测与测量相对电位的方法进行了研究,并试验了几种防止金属节点腐蚀的措施。本文主要的研究工作包括以下几个方面:（1）使用X-mate Pro便携式多参数测定仪测定了同一海域氯离子浓度在涨潮前后的变化,得出氯离子浓度随潮汐有较大幅度的变化。（2）通过试验研究了在不同环境下常用建筑金属材料的腐蚀速率;并得出在空气与海水的交界区域,金属的腐蚀速率较其他区域更快;氯离子与溶解氧的浓度也直接影响金属的腐蚀速率。对于常用建筑钢筋的腐蚀产物,通过显微观察与分光光度计测定其反射光谱,得到实验室环境所产生的锈蚀物与沿海地区的锈蚀物其成分一致,但在腐蚀的形态上与物理性质上存在略微区别。（3）使用FLUKE数字万用表测量不同形式的钢筋节点的相对电位,并进行了对比分析,得出节点两端钢筋因化学成分的微小差异可产生电化学反应,引起宏电池腐蚀。另外,通过Origin拟合试验数据得出节点的形式对形成宏电池腐蚀也有至关重要的影响。（4）尝试了金属表面涂抹砂浆与牺牲阳极的方法对外露金属的防护。总结了目前常用的金属防腐措施,以指导外露金属节点的耐久性设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景依据及意义
• 1.2 钢筋防腐的研究现状
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.3 钢筋腐蚀检测方法
• 1.3.1 物理方法用于钢筋腐蚀检测
• 1.3.2 电化学法用于钢筋腐蚀检测
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第二章 海洋环境下外露金属腐蚀机理分析
• 2.1 海洋环境的分类及海水的化学成分
• 2.1.1 海洋环境的分类
• 2.1.2 一般海水的化学成分
• 2.2 金属的腐蚀机理
• 2.2.1 化学腐蚀
• 2.2.2 电化学腐蚀
• 2.3 金属的腐蚀形态与影响因素
• 2.3.1 金属的腐蚀形态
• 2.3.2 影响外露金属腐蚀的主要因素
• 2.4 氯离子对钢筋腐蚀的机理
• 2.4.1 氯离子对钢筋锈蚀的主要作用
• 2.4.2 氯离子导致钢筋锈蚀的模型
• 2.5 钢筋锈蚀的特点及对结构的影响
• 2.5.1 钢筋锈蚀的主要特点
• 2.5.2 钢筋锈蚀对混凝土结构的影响
• 2.6 本章小结
• 第三章 金属腐蚀的试验研究
• 3.1 金属在不同介质环境下的腐蚀试验研究
• 3.1.1 试验制备、步骤及要求
• 3.1.2 试验结果
• 3.2 钢筋微电池腐蚀的试验研究
• 3.2.1 试验原理
• 3.2.2 试验制备、步骤及要求
• 3.2.3 试验结果与分析
• 3.3 自然环境与试验室环境钢筋腐蚀产物的对比试验研究
• 3.3.1 显微拍照对比
• 3.3.2 反射光谱分析对比
• 3.4 本章小结
• 第四章 金属节点的宏电池腐蚀试验研究
• 4.1 宏电池腐蚀的原理
• 4.2 金属节点在模拟溶液中的宏电池腐蚀试验
• 4.2.1 试验制备
• 4.2.2 试验步骤及要求
• 4.2.3 试验结果及分析
• 4.3 部分外露金属节点的宏电池腐蚀试验
• 4.3.1 试验制备
• 4.3.2 试验步骤
• 4.3.3 试验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 提高外露金属节点耐久性的试验研究
• 5.1 阻锈剂与砂浆保护钢筋的试验研究
• 5.1.1 阻锈剂的作用机理及基本组成
• 5.1.2 试验制备、步骤及要求
• 5.1.3 试验结果与分析
• 5.2 牺牲阳极法的试验研究
• 5.2.1 牺牲阳极法的原理
• 5.2.2 试验制备、步骤及要求
• 5.2.3 试验结果与分析
• 5.3 防止外露金属节点腐蚀的措施
• 5.3.1 涂刷砂浆防护层
• 5.3.2 采用涂层钢材
• 5.3.3 采用耐腐蚀钢材
• 5.3.4 牺牲阳极法
• 5.3.5 外加电流法
• 5.3.6 喷涂绝缘层
• 5.4 本章小结
• 结论及展望
• 本文主要结论
• 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢