水泥基材料氧气扩散系数及其对钢筋锈蚀影响的研究

发布时间：2020-05-16 20:29

【摘要】：作为钢筋锈蚀的必要条件之一,氧气和水对于混凝土结构中钢筋的锈蚀速率有着重要的影响,而目前对于水泥基材料中的氧气扩散的研究较少且氧气扩散系数的测定装置及测试方法存在不足。因此,本文建立了干燥条件和不同孔隙饱和度下水泥基材料中的氧气扩散系数预测模型,并自主设计了 一套用于水泥基材料中氧气扩散系数测定的试验装置,利用该装置对砂浆和混凝土中的氧气扩散系数进行测定,将试验结果与模型理论值进行对比分析。进一步地,为说明氧气浓度与环境湿度对混凝土中钢筋锈蚀的影响,对不同氧气浓度和环境湿度下混凝土中的钢筋锈蚀电流密度和锈蚀量进行了试验。本文的主要研究内容如下:(1)从氧气在水泥基材料中的三种扩散方式(菲克扩散,努森扩散和过渡型扩散)出发,将水泥基材料孔结构简化为平行管束模型,使用孔径密度函数将三种扩散分别定量化,再结合水泥基材料的孔隙率和曲折度,建立了干燥条件及不同孔隙饱和度下的水泥基材料中的氧气扩散系数预测模型并对其进行了相关参数分析。(2)针对现有水泥基材料中氧气扩散系数测试装置及测定方法的不足,基于菲克扩散定律,自主设计了一套水泥基材料中氧气扩散系数的测定装置,并采用该装置测试了干燥条件及不同孔隙饱和度下的砂浆试件的氧气扩散系数,将实验结果进行分析并对所建立的氧气扩散系数预测模型进行试验验证。同时对氧气在砂浆试件扩散过程中内部的氧气浓度进行了实时监测,进一步探究了砂浆内部的氧气扩散规律。(3)考虑到混凝土与砂浆在结构上的差异,为进一步验证所建立的水泥基材料中扩散系数预测模型在混凝土中的适用性,利用所设计水泥基材料中氧气扩散系数的测定装置,对不同条件下的混凝土中的氧气扩散系数进行了试验测试,并将结果与理论值及砂浆试件结果进行对比分析,合理阐述了所建立的水泥基材料中氧气扩散系数预测模型的正确性与完整性。同时对氧气在混凝土试件扩散过程中内部的浓度变化进行了实时监测,进一步探究了混凝土内部的氧气扩散规律。(4)使用所建立的水泥基材料中的氧气扩散系数预测模型,将现有的锈蚀速率模型进行了相关参数的选取与计算,并对计算结果进行了对比分析。另一方面,使用人造氧环境箱,对不同氧气浓度和环境湿度下混凝土中的钢筋锈蚀速率和锈蚀率进行了试验测定,分析了氧气浓度和环境湿度对钢筋锈蚀的影响,同时将锈蚀速率测试结果与现有的钢筋锈蚀速率模型理论值进行对比与验证。
【图文】：

逦第１章绪论逡逑Ｊ．Ｓｅｒｃｏｍｂｅ等人［１３Ｑ］提出的一种气体扩散装置如图１．２所示。该装置水泥基逡逑材料试件两侧各有一个尺寸相等的不锈钢室，试验时通过控制两侧不锈钢室的压逡逑力传感器控制两侧气压相等，并进一步通过氮气不锈钢室的压力传感器监测氮气逡逑室中的压力值，直到稳态扩散流获得。最终的扩散系数可由下式得到：逡逑、逡逑Ｑ．邋＝邋—Ｄ．ｔ逦（１．６）逡逑Ｊ邋Ｌ邋１逡逑其中，Ａ为气体在ｉ时间内的扩散量，５为气体扩散的有效截面积，ｃｆ为试件两逡逑侧的扩散气体初始浓度值，Ｚ为试件的厚度，久为该气体的扩散系数。根据试验逡逑结果绘制－ｔ图，其斜率即为该气体的扩散系数值。运用该装置，Ｊ．Ｓｅｒｃｏｍｂｅ逡逑Ｓ－ｃ°逡逑１逡逑等人测得了不同水灰比的水泥净浆试件在不同环境湿度下的氢气的扩散系数为逡逑（１．３邋ｘ邋１ＣＴ１０？１．３邋ｘ邋１０＾）／ｚ／２／ｓ。逡逑＾逦Ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｓｅｎｓｏｒ邋＾逡逑Ｃｈｒｏｍａｌｏｇｒａｐｈ邋▲逡逑Ｉ邋ｌ邋Ａ邋Ｉ逡逑ｓｃｒｅｗ邋ａｎｄ邋ｂ0Ｈ逦ｏｒ逦ｉ邋—ｉ邋＼－ｉ逦Ｎ，．逡逑／＇邋＆邋逦逡逑ｓｔａｉｎｌｅｓｓ邋ｓｉ？？）邋ｒｔｎ９ｒ５￣２±￣＾邋ｃｅｍｅｎｔ邋ｐａｓｔｅ邋ｄ！ｓｋ逡逑、、＇、

逦第１章绪论逡逑Ｊ．Ｓｅｒｃｏｍｂｅ等人［１３Ｑ］提出的一种气体扩散装置如图１．２所示。该装置水泥基逡逑材料试件两侧各有一个尺寸相等的不锈钢室，试验时通过控制两侧不锈钢室的压逡逑力传感器控制两侧气压相等，并进一步通过氮气不锈钢室的压力传感器监测氮气逡逑室中的压力值，直到稳态扩散流获得。最终的扩散系数可由下式得到：逡逑、逡逑Ｑ．邋＝邋—Ｄ．ｔ逦（１．６）逡逑Ｊ邋Ｌ邋１逡逑其中，Ａ为气体在ｉ时间内的扩散量，５为气体扩散的有效截面积，ｃｆ为试件两逡逑侧的扩散气体初始浓度值，Ｚ为试件的厚度，久为该气体的扩散系数。根据试验逡逑结果绘制－ｔ图，其斜率即为该气体的扩散系数值。运用该装置，Ｊ．Ｓｅｒｃｏｍｂｅ逡逑Ｓ－ｃ°逡逑１逡逑等人测得了不同水灰比的水泥净浆试件在不同环境湿度下的氢气的扩散系数为逡逑（１．３邋ｘ邋１ＣＴ１０？１．３邋ｘ邋１０＾）／ｚ／２／ｓ。逡逑＾逦Ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｓｅｎｓｏｒ邋＾逡逑Ｃｈｒｏｍａｌｏｇｒａｐｈ邋▲逡逑Ｉ邋ｌ邋Ａ邋Ｉ逡逑ｓｃｒｅｗ邋ａｎｄ邋ｂ0Ｈ逦ｏｒ逦ｉ邋—ｉ邋＼－ｉ逦Ｎ，．逡逑／＇邋＆邋逦逡逑ｓｔａｉｎｌｅｓｓ邋ｓｉ？？）邋ｒｔｎ９ｒ５￣２±￣＾邋ｃｅｍｅｎｔ邋ｐａｓｔｅ邋ｄ！ｓｋ逡逑、、＇、
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

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本文编号：2667273