荷载与氯离子耦合作用下活性瓷釉涂层钢筋混凝土力学性能劣化规律及破坏机理研究

Chemically reactive enamel coating technology is a newly developed coating for corrosion resistance of rebar. The chemically reactive enamel coating can improve the corrosion resistance of steel rebar by 4.6 times and increase the bonding strength between steel rebar and concrete by 7 times. In the meantime, the coating technology has a very low cost, which makes the coating a promising technology for extensive application in civil engineering. The knowledge about the failure machanism of enamel coated steel bar in corrosive environment is critical, however it is very limited. It is necessary to conduct research to explore the corrosion failure mechanism of coated rebar under the severe environment.The accelerated corrosion test, long-term investigation along with micro structure analysis, chemical analysis and mechanical analysis; the emphasis is place on the consititutive model of cracked coated rebar after exposion to chloride ingress, the bonding behavior of the concrete-rebar interface and the corrosion failure process of cracked RC structures. Based those information, the effect of enamel coating on the crossion resistance of RC structure in service and failure mechanism will be discovered. By the completion of this project, the knowledge abouth the mechanical deterioration and failure mechanism of RC structures under corrosive envionment will be broadened and the application and dissemination of the chemically reactive enamel coating technology in civil engineering in China will be identified, which are of great significance for both scientific study and engineering application.

活性瓷釉涂层技术是近几年出现并开始系统研究的一项新型钢筋防腐蚀涂层技术。活性瓷釉涂层钢筋耐腐蚀能力是普通钢筋4.6倍，与混凝土粘结强度是普通钢筋7倍，而且成本低廉，工艺简单，是钢筋混凝土防腐蚀措施中一个有前景的发展方向。腐蚀环境中活性瓷釉涂层钢筋混凝土腐蚀破坏机理是该技术进行工程应用的关键。本课题通过钢筋加速锈蚀试验、长期腐蚀过程监测并结合微观结构分析、化学分析和力学分析方法，探索氯离子侵蚀下有荷载裂纹活性瓷釉涂层钢筋的本构模型，探明腐蚀环境下混凝土-钢筋粘结性能变化规律，研究氯离子侵蚀下带荷载裂纹活性瓷釉涂层钢筋混凝土腐蚀破坏过程，从而揭示服役状态下活性瓷釉涂层钢筋混凝土结构的耐腐蚀性能及其腐蚀破坏机理。通过本课题的研究，深化对腐蚀环境下钢筋混凝土结构力学性能退化规律和腐蚀破坏机理的认识，为钢筋活性瓷釉涂层技术在我国高腐蚀性地区土木工程中应用提供理论依据，具有科学意义和工程应用价值。

钢筋防腐蚀措施研究当前国际土木工程学术界的一个热点。目前，我国已经迈入了海洋经济大发展时代，可以预见，未来一个时期将有大批海港码头、跨海桥梁、隧道、海上采油平台等大型钢筋混凝土结构在我国沿海高腐蚀地区兴建。利用新材料、新技术解决钢筋腐蚀问题是当前我国土木工程领域科技工作者最迫切的任务之一。当前，建筑钢筋急需一种低成本、耐久性更好的涂层进行防护。活性瓷釉涂层技术具有突出优势，是钢筋防腐蚀措施研究领域一个有广阔应用前景的发展方向。本课题在国家自然科学基金资助下，开展了以下几方面的研究：1. 通过实验研究了荷载和环境共同作用下混凝土中氯离子传输机理； 2. 在实验的基础上，对CRE涂层的材料性能和工艺技术优化，使得CRE涂层技术更适用于土木工程结构；3. 采用电化学方法，通过长期定时检测揭示了CRE涂层的耐腐蚀性能演化机理，得出了涂层对钢筋的长期保护作用变化规律；4. 通过拉拔试验研究了混凝土与钢筋的粘结性能，探讨了粘结长度等参数对粘结性能的影响，基于试验数据，提出了不同腐蚀条件下混凝土中钢筋粘结尺寸的设计建议。以第一作者出版学术专著1部，发表学术论文13篇（其中9篇被SCI收录），并取得了11项专利授权。这些研究推进了活性瓷釉涂层材料的化学组分和工艺优化，加深了对涂层钢筋腐蚀破坏机理的深入认识，为进一步将活性瓷釉涂层技术应用于海工结构工程建设奠定了基础。