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预应力锚索腐蚀规律及耐久性研究

黎慧珊  
【摘要】:近些年来,预应力锚索被广泛应用于隧道、高边坡、深基坑和坝基等工程建设中,受复杂岩土环境影响,锚索容易发生腐蚀而产生破坏,对锚固工程整体安全构成极大的威胁。本文以预应力锚索的腐蚀规律及耐久性为研究对象,以锚索腐蚀破坏理论为基础,采用室内加速腐蚀试验,研究锚索在不同影响因素作用下的腐蚀规律;基于预应力锚索健康评价体系,结合现场开挖试验和室内检测试验,综合评价预应力锚索的健康状况,并取得了一些有益于理论和实践的研究成果。(1)通过查阅大量相关文献,分析了引起预应力锚索腐蚀破坏的影响因素,主要分为内部因素和外部因素,内部因素主要与锚索材料本身及防腐工艺有关,外部因素主要为环境因素所主导。(2)根据锚索腐蚀破坏的基本特征,并结合锚索具有的环境特征、结构特征及受力特征,揭示了预应力锚索的主要腐蚀类型为应力腐蚀断裂、氢脆断裂、孔蚀、缝隙腐蚀、腐蚀疲劳等,并对这些腐蚀破坏类型进行理论分析,根据不同腐蚀类型所对应的腐蚀原理,提出相应的腐蚀控制措施。(3)通过室内加速腐蚀试验,研究了钢绞线在不同介质环境下的腐蚀形貌特征,进一步分析了钢绞线的腐蚀机理。结果表明,不同pH值溶液中,钢绞线经历了不同的腐蚀阶段,发生了不同类型的腐蚀。当溶液pH=2时,钢绞线发生孔蚀;当溶液pH=7时,钢绞线发生均匀腐蚀;当溶液pH=12时,钢绞线发生缝隙腐蚀,且钢绞线的腐蚀类型与腐蚀形貌特征与溶液是否含有Cl~-及Cl~-浓度有关。(4)根据不同影响因素作用下钢绞线单位长度腐蚀量的变化规律,分析了Cl~-浓度、pH值和时间对钢绞线腐蚀的影响特点以及不同影响因素之间的相互耦合关系。结果表明,钢绞线单位长度腐蚀量随着Cl~-浓度的增加而先增加后减少,随着时间的增长而增加,随着pH值的增大而减少。pH值因素与Cl~-浓度因素对钢绞线腐蚀的耦合作用最强,时间因素与Cl~-浓度因素的耦合作用较强,时间因素与Cl~-浓度因素的耦合作用相对较弱。(5)依据预应力锚索健康评价体系,以环境指标、腐蚀状况、化学性能、力学性能、变形特征和时间因素为评价指标,通过现场开挖无粘结预应力锚索,并结合室内化学和力学试验,从宏微观上综合评价无粘结预应力锚索的健康状况。结果表明,本次开挖试验的预应力锚索不同部位在不同防腐措施下腐蚀程度不同,而力学性能基本无变化,且具有稳定良好的化学性能。内锚固段砂浆包裹体能提供足够的锚固力而不产生相对滑移或裂缝,完好的砂浆包裹体有效避免了锚索因腐蚀而破坏。在弱腐蚀岩土工程环境中,服役年限不长的预应力锚索健康状况基本良好。


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