磷酸镁水泥体系中钢筋锈蚀行为研究

发布时间：2017-09-12 00:04

  本文关键词：磷酸镁水泥体系中钢筋锈蚀行为研究

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【摘要】：磷酸镁水泥作为一种特种胶凝材料,具有流动性好、凝结硬化快、早期强度高、粘结性能好、体积稳定性好、耐磨及抗盐侵蚀性能优良等一系列普通硅酸盐水泥无以比拟的性能,同时具备化学结合陶瓷属性,已有研究将其在工程修补、军工抢修抢建、有害物质固化等方面进行了推广与应用,展示了其在建筑材料利用中的广阔前景。由于磷酸镁水泥耐水性较差,出于安全性考虑,目前还未见其应用于结构工程和海洋建筑等长期与水接触的工程中,已有研究指出,其长期浸水后的强度倒缩程度并不严重,且随着对其耐水性改进研究的逐步深入和相关预防机制的完善,磷酸镁水泥在结构工程和海洋建筑等工程中存在巨大的发展潜力。钢筋锈蚀是结构工程和海洋建筑等工程中所必须面对的问题,已有的研究结果表明磷酸镁水泥对钢筋具有优异的保护作用,基体抗氯离子侵蚀能力优于普通硅酸盐水泥,但目前这方面的研究还比较少,研究结果缺乏系统性,研究方法仍值得商榷,特别是电化学手段测试和表征磷酸镁水泥体系中的钢筋锈蚀行为方面还处于空白阶段。本文以磷酸镁水泥体系中的钢筋锈蚀行为为研究对象,从探究磷酸镁水泥体系中钢筋锈蚀行为的电化学测试方法出发,探究了干湿循环制度下磷酸镁水泥体系中钢筋的锈蚀行为,以期获得磷酸镁水泥体系中钢筋锈蚀行为规律及相关影响因素,为目前涉及钢筋材料的工程应用中的工艺改进提供理论支撑和后续相关基础理论研究提供参考。对于普通钢筋混凝土中钢筋锈蚀行为的测试与表征方法国内外目前还没有形成统一的标准,常用的无损检测方法主要有分析法、物理法和电化学方法。混凝土中钢筋锈蚀是一种电化学过程,电化学测试技术是反映其本质过程的有力手段。本文首先对电化学测试方法的相关参数和测试条件进行了探究,明确了电化学测试体系中所用电解质溶液;试验在分析MPC基体性质的基础上,构建磷酸镁水泥体系中钢筋电极系统的等效电路模型,并进行了数值拟合和误差分析。结果表明,试件在所选电解质溶液中均能在测试时间内达稳定状态(100s内电位变化在0.5m V以内),且溶液与孔溶液相似度越高越容易稳定;不同电解质溶液中同一试件测试数值存在差异,故OPC和MPC工作电极的测试均选择饱和Ca(OH)2溶液作为电解质溶液;考虑到MPC基体的特殊性质,构建的电极系统的等效电路模型编码为(Cc Rc)(Cb Rb)(Cdl(Rp Q)),拟合结果表明等效电路精度较高,能够完成本试验中的拟合任务。基于对磷酸镁水泥体系中钢筋电极电化学测试的研究结果,通过对相同条件下MPC试件和OPC试件中钢筋电极在干湿循环制度下锈蚀行为规律的测试,明确了MPC体系对钢筋的优异保护作用,并分析了保护作用机理;试验还对不同MPC系统、不同干湿循环制度下的试件中钢筋电极的锈蚀行为进行了研究,探讨了影响MPC基体性能的不同因素对锈蚀行为的影响。结果显示,钢筋在MPC体系中表面难以形成稳定的保护膜层,具有较大的锈蚀倾向,且锈蚀反应一直存在,由于基体的稳定性和对电荷和物质传输的强力阻碍作用,MPC较之OPC对钢筋具有优异的保护作用;MPC体系中净浆、砂浆、混凝土试件对钢筋的保护作用依次减弱;高浓度Cl-溶液和Cl-和SO42-混合溶液对MPC中钢筋的锈蚀行为影响显著;一定范围内试件水灰比越大,对钢筋的保护作用越弱,缓凝剂掺量为8~10%,M/P值在4时,对钢筋的保护作用较为稳定。研究了不同影响因素对MPC体系中钢筋锈蚀行为的影响,试验主要从不同的钢筋类型、基体材料组分、施工工艺及掺合料掺量四个方面进行了研究,获得的主要结果有:优质结构钢在MPC体系中更为稳定,耐锈蚀能力更强;钢筋表面处理程度对钢筋的锈蚀行为具有显著影响,供货状态的钢筋电极在MPC体系中更为稳定,MPC基体对其保护作用更好;以磷酸二氢钾代替磷酸二氢铵作为供磷组分,前期钾系MPC中钢筋更为稳定;钢筋表面涂覆优质MPC净浆后再成型的施工工艺能够有效的改善早期钢筋锈蚀问题,且不影响MPC对钢筋的长期保护作用;掺加掺合料并没有明显体现出对MPC中钢筋锈蚀行为的改善作用,还需对其长期锈蚀行为的测试结果和开展更为细化的试验来进一步判断。
【关键词】：磷酸镁水泥体系 钢筋锈蚀 电化学测试 交流阻抗谱 护筋机理
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1;TQ172.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 磷酸镁水泥国内外研究现状10-13
• 1.1.1 磷酸镁水泥的制备及水化机理11-12
• 1.1.2 磷酸镁水泥的优异性能与推广应用12
• 1.1.3 磷酸镁水泥对钢筋的防护分析12-13
• 1.2 混凝土中钢筋锈蚀行为研究13-16
• 1.2.1 混凝土中钢筋锈蚀的国内外研究现状13-14
• 1.2.2 混凝土中钢筋锈蚀的测试与表征方法14-15
• 1.2.3 混凝土中钢筋阻锈与防护15-16
• 1.3 本课题的提出与研究内容16
• 1.4 课题研究的学术与实用意义16-18
• 2 原材料与试验方法18-26
• 2.1 原材料18-22
• 2.1.1 水泥18-20
• 2.1.2 钢筋20
• 2.1.3 细集料20
• 2.1.4 粗集料20-21
• 2.1.5 矿物掺合料21-22
• 2.1.6 外加剂22
• 2.1.7 水22
• 2.2 试验设备22
• 2.3 试验方法22-25
• 2.3.1 钢筋电极的处理22-23
• 2.3.2 工作电极的制备方法23-24
• 2.3.3 干湿循环制度24
• 2.3.4 钢筋锈蚀行为的电化学测试方法24-25
• 2.4 其他测试方法25-26
• 3 磷酸镁水泥体系中钢筋锈蚀行为电化学测试探究26-38
• 3.1 电化学方法测试原理26-28
• 3.2 磷酸镁水泥体系中钢筋锈蚀行为电化学测试方法研究28-35
• 3.2.1 测试体系电解质溶液选择28-32
• 3.2.2 MPC体系中等效电路探索32-35
• 3.3 本章小结35-38
• 4 磷酸镁水泥体系中钢筋锈蚀行为规律研究38-58
• 4.1 MPC与OPC体系中钢筋锈蚀行为研究38-44
• 4.2 不同系统及干湿循环制度中钢筋锈蚀行为研究44-50
• 4.2.1 MPC净浆、砂浆、混凝土中钢筋的锈蚀行为对比44-48
• 4.2.2 不同浸润环境对MPC中钢筋锈蚀行为的影响48-50
• 4.3 不同因素对MPC中钢筋锈蚀行为的研究50-56
• 4.3.1 水灰比对MPC中钢筋锈蚀行为的影响50-52
• 4.3.2 M/P值对MPC中钢筋锈蚀行为的影响52-54
• 4.3.3 缓凝剂对MPC中钢筋锈蚀行为的影响54-56
• 4.4 本章小结56-58
• 5 磷酸镁水泥体系中钢筋锈蚀行为影响因素研究58-72
• 5.1 不同类型钢筋在磷酸镁水泥体系中的锈蚀行为58-60
• 5.2 材料、工艺对钢筋在磷酸镁水泥体系中的锈蚀行为影响60-65
• 5.2.1 钢筋处理程度对其在磷酸镁水泥体系中的锈蚀行为影响60-61
• 5.2.2 磷酸镁水泥组分对钢筋锈蚀行为的影响61-64
• 5.2.3 钢筋表面涂覆MPC后成型对其锈蚀行为的影响64-65
• 5.3 掺合料对磷酸镁水泥体系中钢筋锈蚀行为的影响65-70
• 5.3.1 不同粉煤灰掺量对钢筋锈蚀行为的影响65-67
• 5.3.2 不同矿渣粉掺量对钢筋锈蚀行为的影响67-69
• 5.3.3 不同硅灰掺量对钢筋锈蚀行为的影响69-70
• 5.4 本章小结70-72
• 6 结论与展望72-76
• 6.1 主要结论72-73
• 6.2 展望73-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-82
• 附录82
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录82
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目82

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本文编号：833850