混凝土结构钢筋锈蚀电化学表征与相关检/监测技术

【摘要】：钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性失效的一种表现形式。本文应用电化学阻抗谱测试技术揭示了混凝土中钢筋腐蚀的机理,对氯离子环境下混凝土中钢筋腐蚀的检测与监测问题进行了深入系统的研究,完善了外加电场作用下钢筋脱钝氯离子阈值快速测试方法。此外,创新提出了具有环境相关性的模拟水位变动区氯离子侵蚀的室内加速试验方法。 本文主要进行了以下研究： 1、根据钢筋锈蚀诱因不同,分别考虑氯盐侵蚀和混凝土碳化引起的钢筋锈蚀。应用电化学阻抗谱测试技术,分析钝化与锈蚀状态下的阻抗谱特征；提出适用于氯盐侵蚀和混凝土碳化引起钢筋锈蚀等效电路模型,并对电路中各物理元件进行理论解释；然后,对混凝土中钢筋锈蚀等效电路模型进行简化。 2、通过对钢筋锈蚀前后极化曲线特征进行分析,指出目前测试钢筋极化曲线时极化方式的不足,分析极化曲线测试参数、钢筋锈蚀状态、极化表面积对极化测试影响；针对目前极化测试存在的问题,基于电化学极化原理,提出判定钢筋锈蚀的快速极化方法(阳极极化电流法)；基于此测试技术,通过大量试验研究,提出判定钢筋锈蚀的临界值,建立与腐蚀电流密度之间的经验公式；首次将电化学频率调制测试技术应用于混凝土中钢筋锈蚀研究,对极化动力学参数范围进行讨论,修正线性极化法计算参数B值。 3、基于钢筋锈蚀电化学快速判别方法,研制用于监测海工混凝土中氯离子侵蚀进程的钢筋锈蚀传感器；通过室内加速试验,对传感器工作性能进行分析,并进行传感器结构设计优化；基于钢筋腐蚀电流密度与氯离子浓度之间关系,初步探讨混凝土中氯离子浓度监测方法。 4、进行钢筋锈蚀氯离子阈值快速测定方法相关研究。对通电时杂散电流引起钢筋极化效应进行分析,明确外加电场电压确定方法；提出连续通电条件下钢筋脱钝判别方法；分别设计电场加速氯离子渗透和自然侵蚀渗透试验,对比分析两种条件下钢筋锈蚀氯离子阈值,验证快速测试方法可行性。 5、基于混凝土内部温湿度监测与钢筋腐蚀电流测试技术提出混凝土中钢筋锈蚀量动态预测理论模型；基于室内加速锈蚀试验,建立混凝土内部温湿度对钢筋锈蚀速率的短期模型,对修正的线性极化法测试误差进行标定,验证钢筋锈蚀量动态预测理论的可行性；相关内容为确定混凝土中钢筋锈蚀量提供了一种有效监测方法。 6、对海洋环境干湿交替区氯离子侵蚀机理进行分析,明确主要影响因素；根据氯离子侵蚀机理,提出模拟整个水位变动区氯离子侵蚀分布的室内相关加速试验方法,并研制相应的潮汐模拟试验装置；根据选取的现场检测对象,设计相关室内模拟加速试验,进行相关性分析；针对水位变动区,考虑多因素影响,建立简化氯离子侵蚀模型,对室内模拟试验进行有限元模拟；结合提出的室内相关加速模拟试验方法,对基于多重环境时间相似理论(METS)的寿命预测试验步骤和氯离子侵蚀进程监测传感器埋设位置进行优化。