本文關(guān)鍵詞：新型耐蝕鋼筋在混凝土環(huán)境中的鈍化及氯鹽侵蝕行為研究

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【摘要】：鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土耐久性的主要因素之一,世界各國(guó)都存在混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的困擾,這也是重大工程中結(jié)構(gòu)過(guò)早失效和提前退出服役的重要原因,對(duì)此世界各國(guó)都在積極地研究應(yīng)對(duì)策略。目前較為廣泛研究的措施有不銹鋼鋼筋、涂層鋼筋及非金屬筋等,但分別有價(jià)格昂貴、力學(xué)性能缺陷等問(wèn)題。而合金化耐蝕鋼筋兼具優(yōu)異的力學(xué)性能、耐蝕性和經(jīng)濟(jì)性,是解決混凝土耐久性的根本途徑。耐蝕鋼筋的耐蝕性研究為鋼筋成分及加工工藝優(yōu)化、在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供有效依據(jù),因而極具研究?jī)r(jià)值。本文首先測(cè)試了耐蝕鋼筋在常溫模擬混凝土孔溶液(pH=13.6)中的鈍化及氯鹽點(diǎn)蝕電化學(xué)行為,并以普通低碳鋼筋(LC)及不銹鋼鋼筋(SS)作為對(duì)比；然后研究了耐蝕鋼筋在模擬混凝土孔溶液環(huán)境中的完整鈍化過(guò)程,應(yīng)用光電子能譜(XPS)、透射電子顯微鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)及肖特-莫特基曲線(xiàn)等綜合得到耐蝕鋼筋鈍化膜的成分、結(jié)構(gòu)及形貌等信息；最后研究了耐蝕鋼筋鈍化膜在氯鹽侵蝕作用下的鈍化膜變化行為,對(duì)侵蝕前后耐蝕鋼筋鈍化膜的表觀形貌、微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成進(jìn)行了分析。結(jié)合擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)、表面科學(xué)、薄膜生長(zhǎng)等相關(guān)理論,以普通低碳鋼筋和不銹鋼鋼筋為對(duì)比,揭示了耐蝕鋼筋在混凝土環(huán)境中的鈍化機(jī)理及氯鹽侵蝕機(jī)理�；谠囼�(yàn)研究得出以下結(jié)論：(1)耐蝕鋼筋在鈍化最初3小時(shí)內(nèi)阻抗譜容抗弧半徑顯著增大,增大幅度大于普通低碳鋼筋和不銹鋼鋼筋；三種鋼筋均在鈍化前1天鈍化反應(yīng)激烈,1天后鈍化減緩。(2)耐蝕鋼筋在常溫模擬混凝土孔溶液中形成的鈍化膜整體阻抗、鈍化膜電阻及鈍化膜完整均勻性均高于普通低碳鋼筋,與不銹鋼鋼筋相近。耐蝕鋼筋在pH值為13.6的模擬混凝土孔溶液中的耐Cl-腐蝕能力是普通鋼筋的50倍以上,與不銹鋼鋼筋接近。(3)鈍化3小時(shí)后,耐蝕鋼筋鈍化膜從n型半導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為p-n型半導(dǎo)體；不銹鋼鋼筋和普通低碳鋼筋則分別表現(xiàn)為p-n型和n型半導(dǎo)體。由于耐蝕鋼筋基體中的金相組織為粒狀貝氏體,有更多形核點(diǎn),CR鋼筋鈍化膜晶粒小于SS鋼筋。鈍化1天后,SS鋼筋鈍化膜中的Cr氧化物相對(duì)含量始終大于CR鋼筋。(4)鈍化10天后,由XPS及TEM結(jié)果得到,耐蝕鋼筋及不銹鋼鋼筋鈍化膜厚度均約為5nm,且在后續(xù)鈍化過(guò)程中厚度不變。耐蝕鋼筋穩(wěn)定的鈍化膜結(jié)構(gòu)外層為FeOOH, Fe(OH)3和Cr(OH)3,可以寫(xiě)為：FeOm(OH)n和CrOp(OH)q, 0m;p 1 and 1n;q3;內(nèi)層為Fe-Cr無(wú)水氧化物。耐蝕鋼筋鈍化膜內(nèi)層Cr含量高于SS鋼筋,這是由于鈍化1天后,SS鋼筋鈍化膜中的Cr含量高,阻礙了鈍化反應(yīng)的發(fā)生。CR和SS鈍化膜均勻,而LC鋼筋則較不均勻。LC鋼筋鈍化膜結(jié)晶性最好,CR鋼筋其次,SS鋼筋最差,呈現(xiàn)非晶態(tài)。(5)在[Cl-]=5M作用下,耐蝕鋼筋鈍化膜減薄,有些地方鈍化膜甚至消失,但大部分耐蝕鋼筋及不銹鋼鋼筋表面鈍化膜結(jié)構(gòu)均未破壞,普通低碳鋼筋表面鈍化膜逐漸破壞,最終失去半導(dǎo)體特性。C1-對(duì)鈍化膜的影響與浸泡時(shí)間相關(guān),Cl-對(duì)耐蝕鋼筋及不銹鋼鋼筋表面鈍化膜的作用隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而增大�？傮w來(lái)說(shuō),在氯離子作用下,耐蝕鋼筋及不銹鋼鋼筋鈍化膜導(dǎo)電性略微上升,CR鋼筋鈍化膜導(dǎo)電性與SS相近。
【關(guān)鍵詞】：合金耐蝕鋼筋 模擬混凝土孔溶液 鈍化膜 氯鹽侵蝕 光電子能譜
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TU528
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第—章 緒論11-23
• 1.1 混凝土中鋼筋腐蝕與保護(hù)研究的重要性和迫切性11-12
• 1.2 混凝土中鋼筋腐蝕的機(jī)理及影響因素12-15
• 1.2.1 鋼筋在混凝土環(huán)境中的服役性能關(guān)鍵因素12-13
• 1.2.2 鋼筋腐蝕電化學(xué)過(guò)程13-14
• 1.2.3 臨界氯離子濃度14-15
• 1.3 鋼筋鈍化膜研究15-17
• 1.3.1 鈍化膜納米尺度試驗(yàn)研究手段15-16
• 1.3.2 鈍化膜生長(zhǎng)及耐蝕機(jī)理研究16
• 1.3.3 鈍化膜破鈍機(jī)理16-17
• 1.4 混凝土中鋼筋的保護(hù)及其腐蝕檢測(cè)技術(shù)17-19
• 1.4.1 混凝土中鋼筋的保護(hù)技術(shù)17-18
• 1.4.2 鋼筋腐蝕的檢測(cè)技術(shù)和研究方法18-19
• 1.5 耐蝕鋼筋研究現(xiàn)狀19-21
• 1.5.1 高合金化鋼筋19-20
• 1.5.2 中低合金含量的合金化耐蝕鋼筋20
• 1.5.3 Cu-P系耐蝕鋼筋和Cu-Cr-Ni系耐蝕鋼筋20-21
• 1.6 存在的問(wèn)題及主要研究?jī)?nèi)容21-23
• 1.6.1 存在問(wèn)題21
• 1.6.2 研究目標(biāo)21-23
• 第二章 原材料及試驗(yàn)方法23-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原材料及試樣制備23-25
• 2.1.1 鋼筋材料23-24
• 2.1.2 混凝土模擬孔溶液24-25
• 2.2 電化學(xué)測(cè)試25-28
• 2.2.1 測(cè)試裝置25-26
• 2.2.2 試樣制備及腐蝕裝置26-27
• 2.2.3 腐蝕電位測(cè)試27
• 2.2.4 線(xiàn)性極化電阻測(cè)試27
• 2.2.5 電化學(xué)阻抗譜測(cè)試27-28
• 2.2.6 Mott-Shottky曲線(xiàn)28
• 2.3 微觀測(cè)試28-30
• 2.3.1 X射線(xiàn)光電子能譜(XPS)28-29
• 2.3.2 透射電子顯微鏡(TEM)29
• 2.3.3 原子力顯微鏡(AFM)29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 新型耐蝕鋼筋的鈍化及破鈍行為電化學(xué)研究31-44
• 3.1 試樣準(zhǔn)備及測(cè)試方法31-32
• 3.2 結(jié)果分析32-43
• 3.2.1 鈍化行為電化學(xué)分析32-39
• 3.2.2 氯離子侵蝕電化學(xué)分析39-43
• 3.3 本章小結(jié)43-44
• 第四章 新型耐蝕鋼筋的鈍化膜生長(zhǎng)過(guò)程研究44-75
• 4.1 試樣準(zhǔn)備及試驗(yàn)過(guò)程44-46
• 4.2 結(jié)果分析46-68
• 4.2.1 XPS結(jié)果46-57
• 4.2.2 M-S結(jié)果57-61
• 4.2.3 TEM結(jié)果61-66
• 4.2.4 AFM結(jié)果66-68
• 4.3 新型耐蝕鋼筋鈍化膜生長(zhǎng)模型68-73
• 4.3.1 鈍化膜生長(zhǎng)過(guò)程68-72
• 4.3.2 合金元素作用72-73
• 4.4 本章小結(jié)73-75
• 第五章 新型耐蝕鋼筋的破鈍過(guò)程研究75-89
• 5.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備及試驗(yàn)過(guò)程75
• 5.2 結(jié)果分析75-84
• 5.2.1 TEM結(jié)果75-78
• 5.2.2 XPS78-82
• 5.2.3 M-S曲線(xiàn)結(jié)果82-84
• 5.3 新型耐蝕合金鋼筋破鈍模型84-87
• 5.3.1 Cl~-作用機(jī)理84-86
• 5.3.2 合金元素的耐點(diǎn)蝕作用機(jī)制86-87
• 5.4 本章小結(jié)87-89
• 第六章 結(jié)論與展望89-92
• 6.1 結(jié)論89-90
• 6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)90
• 6.3 展望90-92
• 致謝92-93
• 碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文93-94
• 參考文獻(xiàn)94-100

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3 記者 張Z，

本文編號(hào)：859711