基于弓型装置的金属锈蚀研究

发布时间：2020-04-29 21:45

【摘要】：钢筋锈蚀是导致混凝土结构耐久性问题的主要原因,对钢筋锈蚀的正确检测是评价混凝土结构剩余寿命和维修最重要的依据。本文在综述钢筋锈蚀原因、起锈检测方法及锈蚀速率表征的基础上,基于金属锈蚀力学辨识方法,自主设计加工了近500组弓型装置对金属起锈和锈蚀速率特征规律展开研究,主要内容和成果如下:1、完善金属锈蚀力学辨识原理数学推导过程;基于该原理辨识装置(弓型装置)开发一种应力校准平台,提高弓型装置成型效率且控制平行装置变异性在1%以内;采用多普勒激光测振仪(LDV)动态测量技术精准确定弓型装置拉力,且实时监测分析可忽略弓型装置应力松弛的影响,确保弓型装置的可行性。2、基于弓型装置的电化学方法、表观目测法和力学方法在辨识起锈方面两两之间具有正相关性,电化学方法和力学方法在锈蚀速率方面同样具有正相关性;对力学测量结果进行统计分析,表明力学方法具有良好的稳定性和变异性;与实际混凝土结构钢筋锈蚀历程进行对比分析,表明基于弓型装置的力学测试方法效率高成本低且反应敏锐。3、基于弓型装置,探讨了钢丝预拉力水平、钝化程度以及氯离子和氢氧根离子浓度及其耦合作用对起锈时间和锈蚀速率的影响,结果表明:(1)弓型装置拉力水平越接近极限拉力,力学辨识效果越灵敏。(2)为了客观高效的辨识锈蚀速率可通过断裂时间t_r计算锈蚀速率。(3)钝化时间对钢丝锈蚀影响显著,主要原因是钢丝表面的钝化膜生长规律导致:先沿径向生长再沿厚度生长,同时钝化膜在钢丝表面覆盖程度与腐蚀程度也具有显著联系;该分析基于钢丝表面钝化膜微观形貌大致得以证实。(4)Cl~-与pH对于钢丝锈蚀具有交互作用,Cl~-的增加表现为侵蚀破坏作用的增强,pH的增加表现为“保护”作用的增强;随着两者耦合作用的恶化,锈蚀发生与演变随之加快,恶化到一定程度钢丝会表现为全局腐蚀,反而延缓钢丝断裂失效速率。(5)金属材料临界氯离子浓度不仅与Cl~-/OH~-比值有关,还有其他环境因素有关;同时临界氯离子浓度与时间也存在关联性。(6)钝化的金属材料,在Cl~-作用下发生点蚀,点蚀数量及出现顺序对钢丝锈蚀进程具有显著影响。
【图文】：

碳化作用,氯离子侵蚀,钢筋锈蚀,模拟孔溶液

图 1-1 钢筋锈蚀原因 (a)氯离子侵蚀作用，（b）碳化作用 T[27]等人采用模拟孔溶液通过电化学测量方法研究不同锈蚀的影响，，发现模拟孔溶液中 HCO3-离子可以提高钝刚[28]等人，通过配制含不同 pH（11.46、11.31、9.78）和出了介质 pH 的降低和 Cl-含量的上升会导致钢筋腐蚀验结果。表 1-1 列出了部分学者研究钢筋锈蚀所采用的具体为：Moreno M 等人[29]通过极化电阻技术，研究不腐蚀敏感性，结果表明，高碱度有利于抑制由氯离子引表面不易钝化，而在 CO32+和 HCO3-含量较高的情况下引起的点蚀。Huet B 等人[30]通过电化学方法，研究 pH 值响，研究发现，pH 值较高的模拟孔溶液，钢筋表面的氯离子的模拟孔隙液，钢筋表面的钝化膜被破坏；同时

曲线,机体截面,腐蚀环境,时变

图 2-1 腐蚀环境中金属机体截面面积的时变曲线在腐蚀介质中，锈蚀孕育阶段结束，锈蚀发展阶段开始，金属食，截面积随时间下降，直至在拉力作用下断裂失效，整个腐变化曲线如图 2-1 所示。横坐标为时间 t，纵坐标为钢筋本体的的函数。当金属机体所受拉力小于 Fmax或金属试件直径大于孕育阶段后“断裂”还需要定量的时间，若能通过其他方法确脱钝或初始锈斑），那么该时间为 ts，金属试件锈蚀发展至抗 ∈ ( , ，金属试件机体的截面面积 ( ) < ( ) = 0，且0( ) ( )t sA t A v t t0( )tsA A tvt t
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU375

【参考文献】