【摘要】：鋼筋銹蝕是造成混凝土結(jié)構(gòu)提前失效的最主要原因之一,鋼筋銹蝕的防護(hù)和修復(fù)也一直是鋼筋混凝土耐久性的研究重點(diǎn)。在眾多鋼筋腐蝕的防護(hù)技術(shù)中,電化學(xué)除鹽和使用遷移性阻銹劑被認(rèn)為是兩種較有效、實(shí)用的鋼筋混凝土阻銹方法,但由于其本身的缺點(diǎn)和局限性,存在著某些方面的不足,如電化學(xué)除鹽后鋼筋自腐蝕電位負(fù)移,在侵蝕環(huán)境作用下易發(fā)生“二次腐蝕”;遷移性阻銹劑很難完全到達(dá)鋼筋表面,對(duì)鋼筋進(jìn)行有效保護(hù)。本課題提出電遷移性阻銹劑的方法,在電化學(xué)除鹽過(guò)程中使阻銹劑有效遷移至鋼筋表面,在對(duì)銹蝕鋼筋表面混凝土層進(jìn)行脫鹽、提高堿度的同時(shí),使阻銹劑快速遷移進(jìn)入混凝土并包裹在鋼筋表面,形成對(duì)鋼筋的多重防護(hù),有效地提高鋼筋的保護(hù)效率,并縮短修復(fù)時(shí)間和降低成本。本文圍繞電遷移性阻銹劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、合成及其在鋼筋混凝土中的作用過(guò)程和機(jī)理等問(wèn)題展開(kāi)了系統(tǒng)研究,主要包括:基于電場(chǎng)作用下的遷移速率和對(duì)鋼筋的阻銹效果,對(duì)阻銹劑的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能性設(shè)計(jì),成功研發(fā)了一系列電遷移性阻銹劑;在此基礎(chǔ)上,闡明了電遷移性阻銹劑的分子結(jié)構(gòu)與其對(duì)鋼筋的阻銹效果、在混凝土中的遷移動(dòng)力學(xué)之間的構(gòu)效關(guān)系,揭示了電遷移性阻銹劑對(duì)鋼筋的防蝕機(jī)理和對(duì)混凝土組成、結(jié)構(gòu)與性能影響的作用機(jī)制。具體研究工作包括:(1)根據(jù)電場(chǎng)作用下對(duì)外加劑的快速遷移和有效阻銹的技術(shù)要求,提出以咪唑啉為主要阻銹基團(tuán),并將其進(jìn)行陽(yáng)離子化的思路;以不同分子量的脂肪酸為原料,合成了在堿性環(huán)境中能溶于水、電離產(chǎn)生陽(yáng)離子阻銹功能基團(tuán)的系列咪唑啉季銨鹽(IQS);研究了合成過(guò)程中各種因素對(duì)合成產(chǎn)物種類及產(chǎn)率的影響,獲得了各種咪唑啉季銨鹽較適宜的合成工藝條件,其合成產(chǎn)率可達(dá)90%以上。(2)研究了咪唑啉季銨鹽在含3.5%氯化鈉的混凝土模擬孔溶液中對(duì)鋼筋的阻銹作用及機(jī)理。咪唑啉季銨鹽對(duì)鋼筋具有較好阻銹效果,并存在一個(gè)較佳摻量:當(dāng)摻量為1.0%時(shí),其阻銹效果顯著優(yōu)于摻量為2.0%醇胺類有機(jī)阻銹劑。咪唑啉季銨鹽分子中咪唑啉雜環(huán)上1N與4N原子的電荷密度最大,是阻銹劑與鋼筋表面鐵原子鍵合的吸附中心,其電荷密度直接決定阻銹劑對(duì)鋼筋的阻銹效果。因此,咪唑啉雜環(huán)數(shù)越多、碳支鏈長(zhǎng)度越大,其對(duì)鋼筋的阻銹效果越好。此外,咪唑啉季銨鹽在溶液中的濃度超過(guò)其溶解度時(shí),易形成膠束結(jié)構(gòu),從而產(chǎn)生“團(tuán)聚與絮凝”現(xiàn)象而導(dǎo)致其阻銹效果降低。(3)研究了電場(chǎng)作用下,咪唑啉季銨鹽在混凝土中的遷移動(dòng)力學(xué)過(guò)程。咪唑啉季銨鹽在混凝土中具有較快的遷移速度,且能在鋼筋表面富集,電遷移處理28 d后,咪唑啉季銨鹽在混凝土/鋼筋界面處漿體中的最大濃度可達(dá)1.2 mg/g。咪唑啉季銨鹽在混凝土中的遷移速度與電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力和阻銹劑的分子結(jié)構(gòu)有關(guān):電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力越大,阻銹劑分子荷電量越大,分子量越小,阻銹劑在混凝土中的遷移速度越快。(4)基于Nernst-Planck方程,建立了電場(chǎng)作用下混凝土內(nèi)部的多離子遷移數(shù)學(xué)模型,模擬了混凝土中IQS、Cl-、Na+與K+等離子的遷移動(dòng)力學(xué)過(guò)程。理論計(jì)算和實(shí)測(cè)混凝土內(nèi)各離子的濃度分布基本一致,在實(shí)際工程中,可根據(jù)混凝土的性能和結(jié)構(gòu)參數(shù),對(duì)該模型的邊界條件進(jìn)行修訂,用于定量分析阻銹劑電遷移過(guò)程中IQS、Cl-、Na+與K+等離子在混凝土內(nèi)的分布,以確定合適的阻銹劑電遷移處理的技術(shù)參數(shù),指導(dǎo)其在工程中的實(shí)際應(yīng)用。(5)研究了咪唑啉季銨鹽的電遷移對(duì)鋼筋混凝土組成、結(jié)構(gòu)與性能的影響。阻銹劑的電遷移使混凝土中部分水化產(chǎn)物(AFt,C-S-H)分解,Ca(OH)2含量顯著增加。此外,由于阻銹劑的“孔隙堵塞”效應(yīng),混凝土的孔結(jié)構(gòu)發(fā)生變化:外層混凝土的總孔隙率顯著減少,但最可幾孔徑增大;內(nèi)層混凝土的總孔隙率增大,最可幾孔徑減小。咪唑啉季銨鹽的電遷移后,混凝土的抗?jié)B性較電化學(xué)除鹽有較大改善,能夠減輕電化學(xué)除鹽導(dǎo)致的混凝土抗?jié)B性過(guò)度劣化的問(wèn)題。(6)揭示了電遷移性阻銹劑對(duì)混凝土中鋼筋的防蝕機(jī)理。咪唑啉季銨鹽的電遷移過(guò)程對(duì)鋼筋的腐蝕防護(hù)作用是通過(guò)以下作用共同實(shí)現(xiàn)的:(a)阻銹劑高效遷移至鋼筋表面,并進(jìn)行有效吸附與包裹;(b)混凝土內(nèi)Cl-在電場(chǎng)作用下的排出;(c)鋼筋周圍堿性明顯增強(qiáng)。咪唑啉季銨鹽對(duì)鋼筋的包裹有效防止了電化學(xué)除鹽后鋼筋可能發(fā)生的“二次腐蝕”,增強(qiáng)了混凝土結(jié)構(gòu)后續(xù)抗侵蝕能力。
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【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU528

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 趙卓;張敏;曾力;;受氯離子侵蝕鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性檢測(cè)診斷[J];鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2006年03期

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本文編號(hào)：2414234