碳化与氯盐复合作用下钢筋混凝土腐蚀特征研究

针对目前单一研究碳化或氯盐引起的钢筋混凝土腐蚀机理，本项目提炼出一个新的科学问题作为研究内容，即碳化与氯盐双重因子复合作用下钢筋混凝土结构与腐蚀特征。研究涉及土木工程、材料学、电化学和冶金学，具有多学科交叉的性质。本项目首先研究氯盐对混凝土孔溶液组成与碳化速度的影响、碳化与氯盐复合作用下混凝土中Friedel复盐分解与生成循环过程中的氯离子存在状态、以及混凝土孔溶液组成、孔结构和产物特征。此基础上进一步确定考虑氯离子迁移时钢筋钝化膜脱钝的氯离子临界浓度，揭示碳化与氯盐复合作用下钢筋混凝土腐蚀规律，并与单一腐蚀因子引起的钢筋腐蚀性能相比较阐明钢筋混凝土腐蚀特征，使研究结论具有广泛的适用性和理论深度。本项目的完成可望在科学和应用层次取得多点原创成果：在科学层次上明确碳化与氯盐复合作用下钢筋混凝土微观结构及腐蚀特征；在工程层次上为钢筋混凝土结构耐久性设计、规范制订和寿命预测提供科学的理论依据。

针对目前单一研究碳化或氯盐引起的钢筋混凝土腐蚀机理，本项目提出一个新的科学问题作为研究内容，即碳化与氯盐双重因子复合作用下钢筋混凝土结构与腐蚀特征。研究涉及土木工程、材料学、电化学和冶金学，具有多学科交叉的性质。本项目首先研究了氯盐对混凝土孔溶液组成与碳化速度的影响、碳化与氯盐复合作用下混凝土中Friedel 复盐分解与生成循环过程中的氯离子存在状态、以及混凝土孔溶液组成、孔结构和产物特征。此基础上进一步确定考虑氯离子迁移时钢筋钝化膜脱钝的氯离子临界浓度，揭示碳化与氯盐复合作用下钢筋混凝土腐蚀规律，并与单一腐蚀因子引起的钢筋腐蚀性能相比较阐明钢筋混凝土腐蚀特征，使研究结论具有广泛的适用性和理论深度。研究结果表明：碳化作用下含氯盐水泥石非碳化区Friedel复盐衍射峰大量存在，而碳化区未见Friedel复盐衍射峰；碳化过程中Friedel复盐分解后产生的氯离子向非碳化区迁移和浓缩，氯离子在碳化区浓度降低，碳化界面氯离子浓度明显升高。氯盐含量为1%的水泥石碳化之前氯离子分布比较均匀，相对浓度峰值为68，碳化2周后最高峰值为151，碳化4周时峰值达到298，显著降低钢筋腐蚀的初始氯离子含量，提高了碳化前沿的钢筋腐蚀几率，加快钢筋腐蚀速度。氯盐细化水泥石的孔结构，减少孔隙率和有害孔数量，提高了水泥石的密实度，减缓水泥石的碳化速度；氯离子含量0.3%的试件在碳化过程中，灰度平均值从碳化前的303到碳化7天时的339，到21天时的354，增长幅度不明显，尤其是氯离子含量1.0%的试件从碳化7天到21天的平均灰度几乎未增长，这是因为水泥石在碳化过程中碳化生成物增多，裂缝体积增大，碳化产物的灰度值高，裂缝的灰度值小，致使灰度平均值增幅不明显。碳化与氯盐复合作用下保护层厚度对混凝土中钢筋腐蚀性能的影响较小；碳化与氯盐复合作用下钢筋腐蚀面积率和腐蚀等级均大于单一因素作用下腐蚀面积率和腐蚀等级；随着亚硝酸根离子和氯离子摩尔比n(NO2-)/n(Cl-)的增加，碳化与氯盐复合作用下钢筋腐蚀面积率和腐蚀等级逐渐降低，当n(NO2-)/n(Cl-)为1.2时几乎完全抑制钢筋腐蚀。本项目的完成可望在科学和应用层次取得多点原创成果：在科学层次上明确碳化与氯盐复合作用下钢筋混凝土微观结构及腐蚀特征；在工程层次上为钢筋混凝土结构耐久性设计、规范制订和寿命预测提供科学的理论依据。