海洋环境下高强耐蚀低合金钢筋的腐蚀行为与机理研究

发布时间：2017-12-07 08:02

  本文关键词：海洋环境下高强耐蚀低合金钢筋的腐蚀行为与机理研究

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【摘要】：针对南海高温高湿高盐雾的严酷海洋腐蚀环境,使用耐蚀钢筋是防止钢筋混凝土结构腐蚀失效的最后一道屏障。然而,不锈钢的价格相对较高,使用不锈钢钢筋会提高工程建设的成本,开发一种低成本高强耐蚀的低合金钢筋具有重要的现实意义。本文在HRB400钢筋的基础上,通过成分及工艺设计,自行轧制得到3种含Cr量分别为1.5wt.%、3wt.%、5wt.%的低合金耐蚀钢筋,通过电化学测试结合XPS、AES、XRD等分析手段研究了耐蚀钢筋钝化膜的耐蚀机理,并通过室内加速腐蚀试验方法的建立与南海湛江海水试验站浪溅区腐蚀1年的钢筋混凝土砂浆试样的标定,表明5Cr钢筋具有较高的临界氯离子浓度和较低的锈后腐蚀速率,可作为一种适合南海严酷海洋环境下服役的新型耐蚀低合金钢筋。主要结果如下：(1)在饱和Ca(OH)_2模拟混凝土孔隙液中,Cr元素对钢筋钝化膜的初期形成速率具有阻碍作用,随着浸泡时间的延长,低合金耐蚀钢筋的开路电位正移,钢的开路电位稳定在-25OmV vs. SCE左右。随着Cr元素含量的增加,钢的极化电阻增大,生成稳定的钝化膜至少需要72h,耐蚀钢筋钝化膜的耐蚀性优于HRB400钢筋。(2)在饱和Ca(OH)_2模拟混凝土孔隙液中,耐蚀钢筋钝化膜主要由Fe的氧化物组成,3Cr和5Cr钢筋的钝化膜中存在Cr的氧化物Cr03和Cr(OH)3,钝化膜厚度约为5～6nm,5Cr钢筋具有最大的钝化膜厚度。钝化膜外层主要为Fe的氧化物,Cr元素参与内层钝化膜的形成。(3)低合金耐蚀钢筋具有相对较好抵抗混凝土碳化的能力。钢筋钝化膜的稳定性随pH的降低而下降;氯离子导致耐蚀钢筋的点蚀电位的下降,钝化膜内缺陷增多,钝化膜耐蚀性降低；当模拟液的pH值越低,氯离子浓度增加对钢筋耐蚀性下降的影响越显著。在相同的测试条件下,钢筋耐蚀性由高到低的排序为：5Cr3Cr1.5CrHRB400。(4)低合金耐蚀钢筋具有较高的临界氯离子浓度。在25℃C时,5Cr钢筋的临界氯离子浓度值约为HRB400钢筋的6.2倍。温度的升高降低了钢筋在模拟混凝土孔隙液中的临界氯离子浓度。采用低合金耐蚀钢筋可以不同程度的延长混凝土中钢筋腐蚀开始时间,其中5Cr钢筋的作用最为显著。(5)低合金耐蚀钢筋具有较差的抵抗钢筋径向腐蚀的能力和较好的抵抗顺筋腐蚀的能力,随着Cr元素含量的增加点蚀系数增大。当钢筋开始腐蚀后,采用耐蚀钢筋可以延长混凝土中钢筋锈蚀开裂的时间,使用5Cr钢筋效果最为显著。(6)室内千湿交替加速实验结果表明,随着Cr元素含量的增加,钢筋的极化电阻增大,腐蚀电流密度降低；钢筋的腐蚀产物均为Fe的氧化物或氢氧化物,5Cr钢筋中腐蚀产物以a-FeOOH居多,从而降低了钢筋的腐蚀速率。(7)通过南海湛江海水试验站浪溅区腐蚀1年的钢筋混凝土砂浆样品分析表明,裸钢筋中HRB400钢筋和1.5Cr钢筋出现了局部腐蚀,5Cr钢筋未见明显锈蚀,说明5Cr钢筋具有较高的临界氯离子浓度和较好的耐蚀性,室内预测的结果与室外投样的结果完全一致。裸钢筋中HRB400钢筋和1.5Cr钢筋的腐蚀产物均为Fe的氧化物或氢氧化物,钢筋锈蚀产物的组成与室内加速腐蚀实验的结果完全一致。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG142.1

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王玉军;翟家欢;高涛;翟爱良;;再生砖骨料多孔混凝土微观结构及结构模型[J];水利水运工程学报;2016年02期

2 刘毅;;混凝土中温度对氯离子扩散系数的影响分析[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2013年03期

3 王建华;姜弘道;;多因素作用下钢纤维自密实混凝土的中性化研究[J];南京航空航天大学学报;2013年02期

4 夏大海;宋诗哲;王吉会;毕慧超;蒋雨轩;韩哲文;;镀锡薄钢板在NaCl溶液中的腐蚀行为(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年03期

5 许晨;李志远;金伟良;;混凝土中钢筋锈蚀的电化学阻抗谱特征研究[J];腐蚀科学与防护技术;2011年05期

6 赵维涛;张旭;;基于Monte-Carlo方法的结构系统可靠度计算及敏度分析[J];计算力学学报;2011年02期

7 施锦杰;孙伟;耿国庆;;普通低碳钢与细晶粒钢钝化膜在碱性介质中的耐蚀性[J];金属学报;2011年04期

8 施锦杰;孙伟;耿国庆;;碳化对模拟混凝土孔溶液中HRB335钢腐蚀行为的影响[J];金属学报;2011年01期

9 刘薇;王佳;;海洋浪溅区环境对材料腐蚀行为影响的研究进展[J];中国腐蚀与防护学报;2010年06期

10 郭湛;完卫国;孙维;王向东;;含稀土高强度耐腐蚀钢筋的研究[J];钢铁;2010年12期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 范宏;混凝土结构中的氯离子侵入与寿命预测[D];西安建筑科技大学;2009年

2 马亚丽;基于可靠性分析的钢筋混凝土结构耐久寿命预测[D];北京工业大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 翟之阳;混凝土中临界氯离子浓度的试验研究[D];上海交通大学;2008年

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本文编号：1261670