本文關鍵詞：新型耐蝕鋼筋在混凝土環(huán)境中的鈍化及氯鹽侵蝕行為研究

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【摘要】：鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土耐久性的主要因素之一,世界各國都存在混凝土結構中鋼筋銹蝕的困擾,這也是重大工程中結構過早失效和提前退出服役的重要原因,對此世界各國都在積極地研究應對策略。目前較為廣泛研究的措施有不銹鋼鋼筋、涂層鋼筋及非金屬筋等,但分別有價格昂貴、力學性能缺陷等問題。而合金化耐蝕鋼筋兼具優(yōu)異的力學性能、耐蝕性和經濟性,是解決混凝土耐久性的根本途徑。耐蝕鋼筋的耐蝕性研究為鋼筋成分及加工工藝優(yōu)化、在實際工程中的應用提供有效依據(jù),因而極具研究價值。本文首先測試了耐蝕鋼筋在常溫模擬混凝土孔溶液(pH=13.6)中的鈍化及氯鹽點蝕電化學行為,并以普通低碳鋼筋(LC)及不銹鋼鋼筋(SS)作為對比；然后研究了耐蝕鋼筋在模擬混凝土孔溶液環(huán)境中的完整鈍化過程,應用光電子能譜(XPS)、透射電子顯微鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)及肖特-莫特基曲線等綜合得到耐蝕鋼筋鈍化膜的成分、結構及形貌等信息；最后研究了耐蝕鋼筋鈍化膜在氯鹽侵蝕作用下的鈍化膜變化行為,對侵蝕前后耐蝕鋼筋鈍化膜的表觀形貌、微觀結構和化學組成進行了分析。結合擴散動力學、表面科學、薄膜生長等相關理論,以普通低碳鋼筋和不銹鋼鋼筋為對比,揭示了耐蝕鋼筋在混凝土環(huán)境中的鈍化機理及氯鹽侵蝕機理。基于試驗研究得出以下結論：(1)耐蝕鋼筋在鈍化最初3小時內阻抗譜容抗弧半徑顯著增大,增大幅度大于普通低碳鋼筋和不銹鋼鋼筋；三種鋼筋均在鈍化前1天鈍化反應激烈,1天后鈍化減緩。(2)耐蝕鋼筋在常溫模擬混凝土孔溶液中形成的鈍化膜整體阻抗、鈍化膜電阻及鈍化膜完整均勻性均高于普通低碳鋼筋,與不銹鋼鋼筋相近。耐蝕鋼筋在pH值為13.6的模擬混凝土孔溶液中的耐Cl-腐蝕能力是普通鋼筋的50倍以上,與不銹鋼鋼筋接近。(3)鈍化3小時后,耐蝕鋼筋鈍化膜從n型半導體轉化為p-n型半導體；不銹鋼鋼筋和普通低碳鋼筋則分別表現(xiàn)為p-n型和n型半導體。由于耐蝕鋼筋基體中的金相組織為粒狀貝氏體,有更多形核點,CR鋼筋鈍化膜晶粒小于SS鋼筋。鈍化1天后,SS鋼筋鈍化膜中的Cr氧化物相對含量始終大于CR鋼筋。(4)鈍化10天后,由XPS及TEM結果得到,耐蝕鋼筋及不銹鋼鋼筋鈍化膜厚度均約為5nm,且在后續(xù)鈍化過程中厚度不變。耐蝕鋼筋穩(wěn)定的鈍化膜結構外層為FeOOH, Fe(OH)3和Cr(OH)3,可以寫為：FeOm(OH)n和CrOp(OH)q, 0m;p 1 and 1n;q3;內層為Fe-Cr無水氧化物。耐蝕鋼筋鈍化膜內層Cr含量高于SS鋼筋,這是由于鈍化1天后,SS鋼筋鈍化膜中的Cr含量高,阻礙了鈍化反應的發(fā)生。CR和SS鈍化膜均勻,而LC鋼筋則較不均勻。LC鋼筋鈍化膜結晶性最好,CR鋼筋其次,SS鋼筋最差,呈現(xiàn)非晶態(tài)。(5)在[Cl-]=5M作用下,耐蝕鋼筋鈍化膜減薄,有些地方鈍化膜甚至消失,但大部分耐蝕鋼筋及不銹鋼鋼筋表面鈍化膜結構均未破壞,普通低碳鋼筋表面鈍化膜逐漸破壞,最終失去半導體特性。C1-對鈍化膜的影響與浸泡時間相關,Cl-對耐蝕鋼筋及不銹鋼鋼筋表面鈍化膜的作用隨著浸泡時間的延長而增大�？傮w來說,在氯離子作用下,耐蝕鋼筋及不銹鋼鋼筋鈍化膜導電性略微上升,CR鋼筋鈍化膜導電性與SS相近。
【關鍵詞】：合金耐蝕鋼筋 模擬混凝土孔溶液 鈍化膜 氯鹽侵蝕 光電子能譜
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU528
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第—章 緒論11-23
• 1.1 混凝土中鋼筋腐蝕與保護研究的重要性和迫切性11-12
• 1.2 混凝土中鋼筋腐蝕的機理及影響因素12-15
• 1.2.1 鋼筋在混凝土環(huán)境中的服役性能關鍵因素12-13
• 1.2.2 鋼筋腐蝕電化學過程13-14
• 1.2.3 臨界氯離子濃度14-15
• 1.3 鋼筋鈍化膜研究15-17
• 1.3.1 鈍化膜納米尺度試驗研究手段15-16
• 1.3.2 鈍化膜生長及耐蝕機理研究16
• 1.3.3 鈍化膜破鈍機理16-17
• 1.4 混凝土中鋼筋的保護及其腐蝕檢測技術17-19
• 1.4.1 混凝土中鋼筋的保護技術17-18
• 1.4.2 鋼筋腐蝕的檢測技術和研究方法18-19
• 1.5 耐蝕鋼筋研究現(xiàn)狀19-21
• 1.5.1 高合金化鋼筋19-20
• 1.5.2 中低合金含量的合金化耐蝕鋼筋20
• 1.5.3 Cu-P系耐蝕鋼筋和Cu-Cr-Ni系耐蝕鋼筋20-21
• 1.6 存在的問題及主要研究內容21-23
• 1.6.1 存在問題21
• 1.6.2 研究目標21-23
• 第二章 原材料及試驗方法23-31
• 2.1 實驗原材料及試樣制備23-25
• 2.1.1 鋼筋材料23-24
• 2.1.2 混凝土模擬孔溶液24-25
• 2.2 電化學測試25-28
• 2.2.1 測試裝置25-26
• 2.2.2 試樣制備及腐蝕裝置26-27
• 2.2.3 腐蝕電位測試27
• 2.2.4 線性極化電阻測試27
• 2.2.5 電化學阻抗譜測試27-28
• 2.2.6 Mott-Shottky曲線28
• 2.3 微觀測試28-30
• 2.3.1 X射線光電子能譜(XPS)28-29
• 2.3.2 透射電子顯微鏡(TEM)29
• 2.3.3 原子力顯微鏡(AFM)29-30
• 2.4 本章小結30-31
• 第三章 新型耐蝕鋼筋的鈍化及破鈍行為電化學研究31-44
• 3.1 試樣準備及測試方法31-32
• 3.2 結果分析32-43
• 3.2.1 鈍化行為電化學分析32-39
• 3.2.2 氯離子侵蝕電化學分析39-43
• 3.3 本章小結43-44
• 第四章 新型耐蝕鋼筋的鈍化膜生長過程研究44-75
• 4.1 試樣準備及試驗過程44-46
• 4.2 結果分析46-68
• 4.2.1 XPS結果46-57
• 4.2.2 M-S結果57-61
• 4.2.3 TEM結果61-66
• 4.2.4 AFM結果66-68
• 4.3 新型耐蝕鋼筋鈍化膜生長模型68-73
• 4.3.1 鈍化膜生長過程68-72
• 4.3.2 合金元素作用72-73
• 4.4 本章小結73-75
• 第五章 新型耐蝕鋼筋的破鈍過程研究75-89
• 5.1 試驗準備及試驗過程75
• 5.2 結果分析75-84
• 5.2.1 TEM結果75-78
• 5.2.2 XPS78-82
• 5.2.3 M-S曲線結果82-84
• 5.3 新型耐蝕合金鋼筋破鈍模型84-87
• 5.3.1 Cl~-作用機理84-86
• 5.3.2 合金元素的耐點蝕作用機制86-87
• 5.4 本章小結87-89
• 第六章 結論與展望89-92
• 6.1 結論89-90
• 6.2 主要創(chuàng)新點90
• 6.3 展望90-92
• 致謝92-93
• 碩士期間發(fā)表的學術論文93-94
• 參考文獻94-100

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3 記者 張Z，

本文編號：859711