本文關(guān)鍵詞：新型微納米陶瓷涂層鋼筋的制備及關(guān)鍵性能研究

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【摘要】：在服役環(huán)境中,氯鹽的侵蝕和混凝土的碳化導(dǎo)致混凝土內(nèi)鋼筋表面的鈍化層破壞,從而加劇了鋼筋的腐蝕過程。針對(duì)鈍化層破壞引發(fā)的鋼筋腐蝕,采用等離子噴涂技術(shù)制備微納米Al2O3-TiO2陶瓷涂層鋼筋,改善鋼筋表面性能,提高鋼筋耐蝕性。在混凝土堿性環(huán)境中,Al2O3-TiO2陶瓷涂層鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能,及涂層在堿性環(huán)境和鹽堿環(huán)境下的耐蝕性能是本課題重點(diǎn)解決的問題,為陶瓷涂層鋼筋在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供理論和技術(shù)依據(jù)。本文利用等離子噴涂技術(shù)制備了微米Al2O3-13wt.%TiO2 (AT13)、Al2O3-40wt.%TiO2(AT40)和納米結(jié)構(gòu)Al2O3-13wt.%TiO2 (nAT13)涂層鋼筋。采用XRD分析了陶瓷涂層在噴涂過程中的物相轉(zhuǎn)變,并測試了涂層的韌性、涂層與鋼筋基體的粘結(jié)性、涂層鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能。利用電化學(xué)方法評(píng)價(jià)涂層在堿性環(huán)境和鹽堿環(huán)境中的耐蝕性能,結(jié)合SEM-EDS和XRD對(duì)浸泡后的涂層進(jìn)行微觀形貌和成分分析,研究陶瓷涂層鋼筋的腐蝕機(jī)理。最后,針對(duì)陶瓷涂層與混凝土基體間粘結(jié)性較低及涂層中的缺陷為Cl-擴(kuò)散提供通道的問題,初步研究了有機(jī)封孔劑浸漬對(duì)涂層性能進(jìn)行提升�；谠囼�(yàn)及分析得到以下結(jié)論：AT13和AT40涂層表面為層片狀堆積,且AT13涂層表面存在微裂紋；nAT13表面為均勻整體。AT13和AT40涂層內(nèi)部孔隙含量高,且孔隙尺寸大,AT13的孔隙率高于AT40; nAT13內(nèi)部孔隙含量少且尺寸較小。噴涂過程中發(fā)生了α-Al2O3向γ-Al2O3的物相轉(zhuǎn)變。三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中,AT13和AT40在較低角度下涂層發(fā)生了破壞,AT40出：現(xiàn)涂層的剝落；而nAT13在彎曲60。后涂層依然保持完好。AT13和AT40涂層與鋼筋基體的粘結(jié)強(qiáng)度分別為28.60MPa和29.62MPa,nAT13涂層與鋼筋基體的粘結(jié)強(qiáng)度為39.69Mpa,相比ATl 3提高了30%左右。由于涂層中γ-A1203會(huì)與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),生成疏松產(chǎn)物,因此相對(duì)于Q235鋼筋,陶瓷涂層鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能均有不同程度降低。后處理AT13、AT40和nAT3陶瓷涂層鋼筋和Q235鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度相對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度分別為0.90、1.78和0.89,達(dá)到環(huán)氧涂層鋼筋相對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度不低于0.8的使用標(biāo)準(zhǔn)。溶液可通過涂層內(nèi)部缺陷(孔隙和裂紋等)滲入至基體表面。在pHH13.5的模擬混凝土孔溶液中,OH-與涂層中的反應(yīng)相γ-Al2O3和A1發(fā)生化學(xué)反應(yīng),析出的固體物和反應(yīng)產(chǎn)物在涂層孔隙中殘留,發(fā)生涂層的填充效應(yīng),增強(qiáng)了涂層的密實(shí)性。隨著溶液pH值逐漸降低,溶液對(duì)AT13和AT40涂層中的反應(yīng)相溶蝕能力隨之降低,涂層的填充效應(yīng)減弱,滲入涂層的堿性溶液對(duì)基體的鈍化作用變得明顯。在不同pH值的模擬混凝土孔溶液浸泡后,由于納米顆粒有較大的比表面積,顯現(xiàn)出較大活性,nAT13涂層表面均出現(xiàn)溶蝕痕跡；由于其孔隙較小,涂層內(nèi)部均有明顯填充效應(yīng)。OH-對(duì)各涂層中反應(yīng)相溶蝕均出現(xiàn)在涂層表面,涂層內(nèi)部未受到影響。由于陶瓷涂層在模擬混凝土孔溶液中的填充效應(yīng),密實(shí)的涂層對(duì)Cl-的侵入具有阻擋作用。未有涂層的Q235鋼筋在0.25M Cl-濃度的溶液中發(fā)生腐蝕,而低Cl-濃度下溶液提高了各涂層的填充的密實(shí)性,增強(qiáng)了對(duì)基體的保護(hù)。隨著溶液中Cl-濃度逐漸升高,各涂層鋼筋的耐蝕性能隨之降低,但nAT13涂層鋼筋均表現(xiàn)出最好的耐蝕效果。在1.0MCl-濃度的溶液中,AT13涂層鋼筋基體發(fā)生點(diǎn)蝕,AT40和nATl3未出現(xiàn)腐蝕趨勢(shì)。陶瓷涂層鋼筋的失效形式為內(nèi)部鋼筋基體生成大體積的腐蝕產(chǎn)物,并通過涂層中的孔隙溶出,當(dāng)腐蝕產(chǎn)物生成速率大于溶出速率,涂層內(nèi)部孔隙被擴(kuò)大,甚至直接導(dǎo)致涂層的剝落。采用納米改性Si02聚氨酯作為封孔劑對(duì)陶瓷涂層進(jìn)行浸漬處理,填充涂層孔隙,大幅度提高涂層鋼筋對(duì)C1-的耐蝕性能。
【關(guān)鍵詞】：混凝土 陶瓷涂層鋼筋 電化學(xué) 腐蝕
【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
【分類號(hào)】：TG174.453
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 鋼筋腐蝕問題12-16
• 1.1.1 鋼筋腐蝕國內(nèi)外現(xiàn)狀12-13
• 1.1.2 鋼筋腐蝕機(jī)理13-15
• 1.1.3 鋼筋腐蝕防護(hù)措施15-16
• 1.2 涂層鋼筋16-18
• 1.2.1 環(huán)氧涂層鋼筋16
• 1.2.2 鍍鋅鋼筋16-17
• 1.2.3 陶瓷涂層鋼筋17-18
• 1.3 陶瓷涂層的研究現(xiàn)狀18-24
• 1.3.1 陶瓷涂層的制備18-22
• 1.3.2 陶瓷涂層性能22-24
• 1.4 存在問題24
• 1.5 主要研究內(nèi)容24-25
• 第二章 試驗(yàn)材料及方法25-37
• 2.1 原材料25-27
• 2.1.1 基體25
• 2.1.2 涂層原料25-26
• 2.1.3 混凝土原材料26-27
• 2.1.4 化學(xué)試劑27
• 2.2 微納米陶瓷涂層試樣制備27-29
• 2.2.1 預(yù)處理工藝27-28
• 2.2.2 噴涂設(shè)備及工藝28-29
• 2.3 微納米陶瓷涂層鋼筋后處理29
• 2.4 混凝土制備29-30
• 2.5 試驗(yàn)儀器及方法30-36
• 2.5.1 微納米陶瓷涂層力學(xué)性能測試30-31
• 2.5.2 微納米陶瓷涂層的物相分析31-32
• 2.5.3 微納米陶瓷涂層鋼筋截面的微觀形貌32
• 2.5.4 涂層腐蝕行為檢測32-35
• 2.5.5 涂層微觀測試分析35-36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 第三章 微納米陶瓷涂層的基本性能37-51
• 3.1 微納米陶瓷涂層形貌37-39
• 3.1.1 截面形貌37-38
• 3.1.2 表面形貌38-39
• 3.2 物相轉(zhuǎn)變39-41
• 3.3 韌性41-43
• 3.4 涂層與鋼筋基體的粘結(jié)性能43-44
• 3.5 微納米陶瓷涂層鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能44-49
• 3.5.1 力學(xué)行為44-45
• 3.5.2 粘結(jié)強(qiáng)度45-46
• 3.5.3 微觀形貌46-49
• 3.6 后處理涂層鋼筋與混凝土的粘結(jié)性能49
• 3.7 本章小結(jié)49-51
• 第四章 模擬混凝土孔溶液pH值對(duì)涂層鋼筋腐蝕行為的影響51-70
• 4.1 前言51
• 4.2 動(dòng)電位極化曲線51-52
• 4.3 電化學(xué)阻抗譜52-61
• 4.3.1 Al_2O_3-13wt.%TiO_2陶瓷涂層鋼筋52-55
• 4.3.2 Al_2O_3-40wt.%TiO_2陶瓷涂層鋼筋55-58
• 4.3.3 納米結(jié)構(gòu)Al_2O_3-13wt.%TiO_2陶瓷涂層鋼筋58-61
• 4.4 等效電路61-63
• 4.5 宏觀形貌63-64
• 4.6 微觀分析64-68
• 4.7 本章小結(jié)68-70
• 第五章 氯離子對(duì)模擬混凝土孔溶液中涂層鋼筋腐蝕行為的影響70-98
• 5.1 前言70
• 5.2 動(dòng)電位極化曲線70-71
• 5.3 電化學(xué)阻抗譜71-81
• 5.3.0 Q235鋼筋71-72
• 5.3.1 Al_2O_3-13wt.%TiO_2陶瓷涂層鋼筋72-75
• 5.3.2 Al_2O_3-40wt.%TiO_2陶瓷涂層鋼筋75-78
• 5.3.3 納米結(jié)構(gòu)Al_2O_3-13wt.%TiO_2陶瓷涂層鋼筋78-81
• 5.4 等效電路81-83
• 5.5 宏觀形貌83-84
• 5.6 微觀分析84-92
• 5.7 陶瓷涂層腐蝕機(jī)理92-93
• 5.8 后處理涂層鋼筋耐蝕性能93-96
• 5.8.1 環(huán)氧樹脂涂層鋼筋93-95
• 5.8.2 封孔陶瓷涂層鋼筋95-96
• 5.9 本章小結(jié)96-98
• 第六章 總結(jié)與展望98-100
• 6.1 結(jié)論98-99
• 6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)99
• 6.3 展望99-100
• 致謝100-101
• 參考文獻(xiàn)101-106

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1002236