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作者：梁新宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土结构是建筑工程领域典型的结构型式之一,其耐久性关乎结构服役安全。氯离子是催生钢筋腐蚀的重要因素,裂缝的存在为侵蚀性介质的传输提供了便捷通道,钢混结构腐蚀受到裂缝局部缺陷奇异性的影响。为此,本文充分考虑不同特征裂... 详细信息

钢筋混凝土结构是建筑工程领域典型的结构型式之一,其耐久性关乎结构服役安全。氯离子是催生钢筋腐蚀的重要因素,裂缝的存在为侵蚀性介质的传输提供了便捷通道,钢混结构腐蚀受到裂缝局部缺陷奇异性的影响。为此,本文充分考虑不同特征裂纹,研究了其对氯离子环境下钢混结构腐蚀机理与过程、强制电流阴极腐蚀防护效果的影响,并在此基础上提出了针对带裂缝钢混结构的综合防腐措施。主要内容如下。首先,研究裂缝对钢混结构自然腐蚀机理与过程的影响。基于Nernst-Plank方程,考虑扩散、对流、电迁移等对传质的影响,结合混凝土材料多孔介质的传质理论,建立了自然腐蚀状态下带裂缝饱水钢筋混凝土构件介观尺度的离子传输模型。通过无损法制备不同宽度、深度、间距的裂缝,开展了带裂缝饱水钢筋混凝土构件自然腐蚀试验,得到了离子浓度时空分布状态。数值模拟与试验结果对比表明,裂缝参数对钾离子浓度分布没有明显影响;裂缝间距为10mm时,钠离子、氯离子及氢氧根离子由侵蚀溶液迁入混凝土的量增加,钙离子和硫酸根离子向侵蚀面的迁移速度加快。所建立的物质传输模型能够准确预测侵蚀环境下带裂缝饱水钢混结构自然腐蚀过程。其次,探索裂缝对钢混结构强制电流阴极保护效果的影响。从腐蚀动力学和热力学角度出发,基于混凝土内粒子场传输模型,结合电极表面电化学反应边界条件,建立了耦合强制电流阴极腐蚀防护主动电场作用下的饱水钢筋混凝土结构内物质传输模型,进而揭示裂缝对腐蚀控制电场作用下饱水钢筋混凝土结构内离子场发展演化的影响。结果表明,裂缝宽度的增加,裂缝附近钾离子浓度增加,钠离子、钙离子在钢筋表面聚集程度增高,氯离子向阳极的迁移加快。裂缝区域存在电流集中现象,裂缝的存在使得钢筋表面的耗氧和析氢反应电流密度升高,但是数量级并不发生改变,钢筋表面电极反应以耗氧反应为主,所加电场可以完全控制腐蚀。建立的数值模型可以比较有效的预测在侵蚀环境耦合电场作用下带裂缝钢筋混凝土构件的物质传输。腐蚀控制电场可以有效控制氯离子的侵蚀。最后,提出带裂缝钢混结构电驱动和缓蚀剂协同防腐方法。采用腐蚀控制电场作为缓蚀剂驱动力,选定典型的有机缓蚀剂和无机盐,基于电场和粒子场耦合模型,结合文献试验结果,对比分析了有机缓蚀剂在带裂缝饱水钢混构件钢筋表面的浓度分布状态。另外,通过水平集模块表征裂缝处沉积产物的堆积,结合文献试验结果,对比分析了电场驱动下无机盐在饱水钢混构件裂缝处的沉积状态。结果表明,裂缝宽度的增加,钢筋表面缓蚀剂浓度越高,沉积产物传输加快,所提出的电驱动和缓蚀剂协同方法能够有效控制带裂缝钢混结构的腐蚀。

关键词：钢混结构裂缝腐蚀阴极防护多场耦合协同防腐

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