本文關(guān)鍵詞：海洋環(huán)境下高強耐蝕低合金鋼筋的腐蝕行為與機(jī)理研究

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【摘要】：針對南海高溫高濕高鹽霧的嚴(yán)酷海洋腐蝕環(huán)境,使用耐蝕鋼筋是防止鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕失效的最后一道屏障。然而,不銹鋼的價格相對較高,使用不銹鋼鋼筋會提高工程建設(shè)的成本,開發(fā)一種低成本高強耐蝕的低合金鋼筋具有重要的現(xiàn)實意義。本文在HRB400鋼筋的基礎(chǔ)上,通過成分及工藝設(shè)計,自行軋制得到3種含Cr量分別為1.5wt.%、3wt.%、5wt.%的低合金耐蝕鋼筋,通過電化學(xué)測試結(jié)合XPS、AES、XRD等分析手段研究了耐蝕鋼筋鈍化膜的耐蝕機(jī)理,并通過室內(nèi)加速腐蝕試驗方法的建立與南海湛江海水試驗站浪濺區(qū)腐蝕1年的鋼筋混凝土砂漿試樣的標(biāo)定,表明5Cr鋼筋具有較高的臨界氯離子濃度和較低的銹后腐蝕速率,可作為一種適合南海嚴(yán)酷海洋環(huán)境下服役的新型耐蝕低合金鋼筋。主要結(jié)果如下：(1)在飽和Ca(OH)_2模擬混凝土孔隙液中,Cr元素對鋼筋鈍化膜的初期形成速率具有阻礙作用,隨著浸泡時間的延長,低合金耐蝕鋼筋的開路電位正移,鋼的開路電位穩(wěn)定在-25OmV vs. SCE左右。隨著Cr元素含量的增加,鋼的極化電阻增大,生成穩(wěn)定的鈍化膜至少需要72h,耐蝕鋼筋鈍化膜的耐蝕性優(yōu)于HRB400鋼筋。(2)在飽和Ca(OH)_2模擬混凝土孔隙液中,耐蝕鋼筋鈍化膜主要由Fe的氧化物組成,3Cr和5Cr鋼筋的鈍化膜中存在Cr的氧化物Cr03和Cr(OH)3,鈍化膜厚度約為5～6nm,5Cr鋼筋具有最大的鈍化膜厚度。鈍化膜外層主要為Fe的氧化物,Cr元素參與內(nèi)層鈍化膜的形成。(3)低合金耐蝕鋼筋具有相對較好抵抗混凝土碳化的能力。鋼筋鈍化膜的穩(wěn)定性隨pH的降低而下降;氯離子導(dǎo)致耐蝕鋼筋的點蝕電位的下降,鈍化膜內(nèi)缺陷增多,鈍化膜耐蝕性降低；當(dāng)模擬液的pH值越低,氯離子濃度增加對鋼筋耐蝕性下降的影響越顯著。在相同的測試條件下,鋼筋耐蝕性由高到低的排序為：5Cr3Cr1.5CrHRB400。(4)低合金耐蝕鋼筋具有較高的臨界氯離子濃度。在25℃C時,5Cr鋼筋的臨界氯離子濃度值約為HRB400鋼筋的6.2倍。溫度的升高降低了鋼筋在模擬混凝土孔隙液中的臨界氯離子濃度。采用低合金耐蝕鋼筋可以不同程度的延長混凝土中鋼筋腐蝕開始時間,其中5Cr鋼筋的作用最為顯著。(5)低合金耐蝕鋼筋具有較差的抵抗鋼筋徑向腐蝕的能力和較好的抵抗順筋腐蝕的能力,隨著Cr元素含量的增加點蝕系數(shù)增大。當(dāng)鋼筋開始腐蝕后,采用耐蝕鋼筋可以延長混凝土中鋼筋銹蝕開裂的時間,使用5Cr鋼筋效果最為顯著。(6)室內(nèi)千濕交替加速實驗結(jié)果表明,隨著Cr元素含量的增加,鋼筋的極化電阻增大,腐蝕電流密度降低；鋼筋的腐蝕產(chǎn)物均為Fe的氧化物或氫氧化物,5Cr鋼筋中腐蝕產(chǎn)物以a-FeOOH居多,從而降低了鋼筋的腐蝕速率。(7)通過南海湛江海水試驗站浪濺區(qū)腐蝕1年的鋼筋混凝土砂漿樣品分析表明,裸鋼筋中HRB400鋼筋和1.5Cr鋼筋出現(xiàn)了局部腐蝕,5Cr鋼筋未見明顯銹蝕,說明5Cr鋼筋具有較高的臨界氯離子濃度和較好的耐蝕性,室內(nèi)預(yù)測的結(jié)果與室外投樣的結(jié)果完全一致。裸鋼筋中HRB400鋼筋和1.5Cr鋼筋的腐蝕產(chǎn)物均為Fe的氧化物或氫氧化物,鋼筋銹蝕產(chǎn)物的組成與室內(nèi)加速腐蝕實驗的結(jié)果完全一致。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG142.1

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本文編號：1261670