混凝土中钢筋脱钝的氯离子临界浓度影响因素研究

针对目前混凝土中钢筋锈蚀的氯离子临界浓度值范围广，离散性大的现状，本项目研究了混凝土中钢筋脱钝的氯离子临界浓度值影响因素，确定了钢筋锈蚀的氯离子临界浓度关键影响因素。首先基于X 射线计算机断层扫描成像和电子探针微区元素分析技术探明氯盐对水泥浆体碳化速度的影响，测定碳化作用下水泥浆体内Cl、S、Na元素的浓度分布，阐明了碳化过程中含氯盐水泥净浆的微结构演变规律，研究了碳化作用下内掺氯盐混凝土钢筋的腐蚀面积率和腐蚀等级，并与单一腐蚀因子相比较，阐明了碳化和氯盐复合作用下的钢筋混凝土腐蚀特征，进一步明确碳化对水泥石内氯离子分布的影响。研究结果表明：氯盐细化水泥浆体的早期孔结构，提高密实度，减缓水泥浆体的碳化速度；碳化过程中水泥浆体已碳化区易于出现裂缝，二氧化碳气体通过这些裂缝扩散到水泥浆体内部先行碳化，致使水泥浆体内碳化深度不均匀；碳化过程中Cl、S、Na元素均向未碳化区迁移和浓缩，致使这些离子在碳化区含量减少，非碳化区含量升高；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，在碳化界面则明显升高。氯盐含量为1%的水泥石在碳化之前的氯离子分布比较均匀，其相对浓度峰值为68，碳化2周后最高峰值为151，碳化4周时峰值达到298，说明碳化与氯盐复合作用会显著降低钢筋腐蚀的初始氯离子含量，提高碳化前沿的钢筋腐蚀几率，加快钢筋腐蚀速度。碳化和氯盐复合作用下的混凝土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n(NO2－)/n(Cl－)的增加，碳化与氯盐复合作用下的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，可以有效抑制钢筋腐蚀。 2100433B

针对目前混凝土中钢筋锈蚀的氯离子临界浓度值范围广，离散性大的现状，本项目研究混凝土中钢筋脱钝的氯离子临界浓度值影响因素，并运用正交设计方法进行氯离子临界浓度的显著性影响因素分析，确定钢筋锈蚀的氯离子临界浓度关键影响因素；在此基础上，进一步研究钢筋脱钝时混凝土孔溶液中氯离子和氢氧根离子浓度的影响因素，确立孔溶液的氯离子、氢氧根离子浓度与混凝土结构氯离子临界浓度之间的相互关系，完善氯离子临界浓度值的表达方式，结合钢筋开始腐蚀时混凝土与钢筋界面处产物与微细观结构特征分析，阐明混凝土中钢筋脱钝的真实机理；通过钢筋混凝土腐蚀的电化学测试方法研究，提出混凝土中钢筋表面脱钝的快速评定方法，建立电化学腐蚀参数与氯离子临界浓度影响因素之间的相关关系，揭示多因素作用下钢筋混凝土腐蚀的氯离子临界浓度值变化规律，预测混凝土中钢筋锈蚀的起始时间，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。

氯盐环境中工作的钢筋混凝土结构，氯离子侵入是诱发钢筋锈蚀的主要原因。混凝土中的氯离子扩散和临界氯离子浓度研究对确保氯盐环境钢筋混凝土结构的安全运行、准确预测和提高工程使用寿命具有十分重要的意义。项目从影响氯盐环境钢筋混凝土结构使用寿命最为关键的氯离子扩散系数和临界氯离子浓度入手，针对影响较大而研究又较少的溶液组成这一因素，分模拟溶液和混凝土两个层次，研究了溶液组成对氯离子扩散系数和临界氯离子浓度影响的理论、规律和测试方法，探索了阻锈剂、矿物外加剂对提高氯盐环境钢筋混凝土结构使用寿命的作用，研究内容包括离子相互作用对氯离子扩散的影响、常见离子种类和浓度对氯离子扩散的影响、考虑溶液组成影响的氯离子扩散模型、钢筋脱钝检测和判定方法、溶液组成对氯离子临界浓度值的影响以及提高氯盐环境下钢筋混凝土结构使用寿命的新方法。项目在与混凝土中钢筋腐蚀发生的自然属性相一致的钢筋活性腐蚀的起始临界点无损综合判别方法，阻锈剂、氯离子来源和矿物外加剂对混凝土中钢筋腐蚀临界氯离子浓度的影响规律，结合氯离子参与混凝土中钢筋的腐蚀过程，混凝土中钢筋腐蚀临界氯离子浓度的表示方法，溶液成份对氯离子扩散迁移特性的影响规律等方面取得了创新成果。项目揭示了溶液组成对混凝土中氯离子扩散和临界氯离子浓度影响的规律和机理，为氯盐环境钢筋混凝土结构设计和安全度分析提供了科学依据。项目共发表论文42篇，其中SCI收录论文11篇，EI收录论文12篇，申请发明专利5项，培养博士4名，硕士4名。 2100433B

研究混凝土中的氯离子扩散和临界氯离子浓度对确保氯盐环境钢筋混凝土结构的安全运行、准确预测和提高工程使用寿命具有十分重要的意义。本项目从影响氯盐环境钢筋混凝土结构使用寿命最为关键的氯离子扩散系数和临界氯离子浓度入手，针对影响较大而研究又少的疲劳作用这一因素，分模拟溶液和混凝土两个层次，系统研究疲劳作用对氯离子扩散系数和临界氯离子浓度影响的理论、测试方法和定量计算模型，探索提高氯盐环境钢筋混凝土结构使用寿命的新方法，内容包括混凝土的疲劳损伤、疲劳作用荷载形式和损伤程度对氯离子扩散的影响及其敏感性、考虑疲劳作用影响的氯离子扩散模型、钢筋脱钝检测和判定方法、疲劳作用对氯离子临界浓度值的影响以及提高氯盐环境受疲劳作用钢筋混凝土结构使用寿命的新方法。本项目旨在揭示疲劳作用对混凝土中氯离子扩散和临界氯离子浓度影响的规律和机理，为氯盐环境受疲劳作用钢筋混凝土结构的设计和安全度分析提供科学依据。

混凝土中的氯离子扩散和临界氯离子浓度研究对确保氯盐环境钢筋混凝土结构的安全运行、准确预测和提高工程使用寿命具有十分重要的意义。本项目从影响氯盐环境钢筋混凝土结构使用寿命最为关键的氯离子扩散系数和临界氯离子浓度入手，针对影响较大而研究又较少的溶液组成这一因素，分模拟溶液和混凝土两个层次，系统研究溶液组成对氯离子扩散系数和临界氯离子浓度影响的理论、测试方法和定量计算模型，探索提高氯盐环境钢筋混凝土结构使用寿命的新方法，内容包括离子相互作用对氯离子扩散的影响、常见离子种类和浓度对氯离子扩散影响的敏感性、考虑溶液组成影响的氯离子扩散模型、钢筋脱钝检测和判定方法、溶液组成对氯离子临界浓度值的影响以及提高氯盐环境下钢筋混凝土结构使用寿命的新方法。本项目旨在揭示溶液组成对混凝土中氯离子扩散和临界氯离子浓度影响的规律和机理，为氯盐环境钢筋混凝土结构设计和安全度分析提供科学依据。