温、湿环境条件下海砂混凝土中钢筋腐蚀特性研究

本项目以海砂混凝土中钢筋腐蚀特性为研究主题。试验研究海砂-水泥基体界面的微观形貌，氯元素的界面分布规律，结合压榨孔溶液的化学分析探讨海砂中氯离子的溶出特点，获得与钢筋腐蚀过程有关的有效氯离子模型；试验研究温、湿度环境变量对氯离子临界阀值的影响机制与规律，推导试验条件下氯离子临界阀值的取值范围，提出海砂混凝土中钢筋始锈条件；以极化电阻值为测量参数来探讨钢筋的锈蚀发展速率，分析氯离子含量、混凝土参数及环境变量对钢筋腐蚀速率的影响规律，构建基于环境条件的钢筋锈蚀量模型，量化海砂混凝土中钢筋腐蚀的时变过程。为海砂混凝土结构的安全性评估和剩余使用寿命预测提供科学的理论及试验依据，推动海砂资源化利用。

受河砂资源性限制，海砂已经成为我国部分沿海城市建筑用砂的重要来源。本文以海砂资源化利用及海砂混凝土耐久性为研究背景，就海砂混凝土中钢筋腐蚀行为进行了较为系统的研究。. 研究项目较好地完成了预订目标，通过对混凝土在工作性、抗压强度和弹性模量等力学性能及碳化、硫酸盐侵蚀和氯离子渗透等耐久性能的比较研究，结果表明，基于上述性能要求，配制C20～C80混凝土时珠江口海砂可等同于河砂使用；基于海砂氯离子在水泥基材料中不均匀溶释的特征，阐述了砂-氯离子溶释理论，该理论可合理解释海砂氯离子不均匀溶释对混凝土孔溶液氯离子含量及混凝土中钢筋腐蚀行为的影响效应随着时间增加而逐渐减弱的现象；基于压滤和萃取试验结果，采用弗罗因德利希吸附等温式建立了海砂砂浆氯离子结合等温方程；通过比较海砂混凝土碳化前后自由氯离子量和总氯离子量的关系，发现结合态氯离子在碳化作用下几乎被释放为自由态氯离子。基于XRD及DSC/TG分析，揭示了碳化作用下Friedel盐及(C-S-H)凝胶分解分别是水泥基材料中化学结合及物理吸附氯离子转换为自由氯离子的主要原因。并据此提出，对抗碳化能力较低的海砂混凝土，其混凝土结构耐久性设计需考虑碳化与氯离子对钢筋腐蚀的共同作用；通过研究模拟混凝土孔溶液中钢筋腐蚀行为，探讨了环境温度及氯离子含量对钢筋腐蚀电位及腐蚀电流密度的影响规律，基于Arrhenius方程建立了腐蚀速率icorr与温度T的数学关系，并获得了氯离子作用下钢筋腐蚀活化能Ea及指前因子lgA的一般取值范围。通过理论分析，确认了由CPE导纳Y_0计算电极-溶液界面双电层有效电容Cdl的公式，并基于时间常数值验证了该公式的准确性；提出了海砂及海砂混凝土中氯离子含量的建议限值：当海砂用于I类一般干燥环境中的钢筋混凝土结构时，海砂氯离子含量的限值可确定为0.18%，并同时满足海砂混凝土氯离子含量限值为0.30%的要求；当海砂用于氯盐等环境中的钢筋混凝土结构时，海砂氯离子含量的限值可确定为0.06%，同时满足海砂混凝土氯离子含量限值为0.10%的要求。. 研究成果已经发表学术论文共5篇（标注3篇），其中EI收录2篇(含EI刊源录用论文)，获得发明专利和实用新型专利各1项，培养博士研究生1名（毕业1名），硕士研究生2名（毕业1名，在读1名）。