绿色化迁移性阻锈剂及对含氯盐砼中钢筋腐蚀行为的影响
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基于环境友好理念,在已有工作基础上开发了一种无不友好气味的水性迁移性阻锈剂(PCI-2016)。采用电化学工作系统测试了在1%氯化钠溶液中添加PCI-2016对钢筋工作电极阻锈性能的影响,结果表明PCI-2016表现出优异的抑制钢筋锈蚀的能力。利用SEM-EDS和AFM-XPS等微观实验手段对添加和不添加PCI-2016的两组钢片表面进行成像观察和元素分析,结果表明添加PCI-2016的钢片无锈蚀,其表面形貌可清楚的观察到PCI-2016分子吸附在钢片表面形成一层致密保护膜动电位扫描实验结果支持上述结果。应用Temkin吸附方程对PCI-2016在钢片表面成膜的稳定性分析结果表明,PCI-2016在钢片表面的吸附行为是化学吸附。对添加PCI-2016修复氯盐溶液中锈蚀钢筋电极的临界修复浓度进行了初步研究,得出了氯离子浓度和PCI-2016浓度的关系式。初步研究了在不饱和条件下阻锈剂在混凝土中的数学简化传输模型,采用低场核磁技术对短期传输模型进行验证,结果表明该短期液相传输模型可用于分析PCI-2016在饱和条件下的传质过程,在此基础上研究了以Fick定律为基础的长期气相传质模型及传质过程,并通过实验测得钢筋界面区处氮含量的浓度与数值计算结果进行对比分析,验证模型的适用性。研究了将PCI-2016涂覆在新成型混凝土表面对其抗压强度以及非稳态迁移系数的影响,测试了在混凝土表面涂覆两道PCI-2016后非稳态迁移系数,分别降低到涂覆前的85.53%、79.39%和60.59%;以及测试了加涂一道防水剂后非稳态迁移系数降低到涂覆PCI-2016前的35.22%、29.09%和23.53%。剖开试件中钢筋XPS元素分析表明,PCI-2016可迁移至保护层下钢筋表面,甚至其氮元素可取代原有的氯。采用LPR方法研究了混凝土中钢筋经过四个烘浸循环腐蚀电流密度变化,采用三维扫描技术对剖出钢筋进行三维扫描和重构,应用数理统计方法对锈蚀钢筋进行了统计分析,结果表明在混凝土表面涂覆两道PCI-2016和一道防水剂后防护效果显著。
摘要 | 第3-4页 |
Abstract | 第4-5页 |
1 绪论 | 第9-14页 |
1.1 研究的背景及意义 | 第9页 |
1.2 MCI研究近况 | 第9-13页 |
1.3 本文研究的主要内容 | 第13-14页 |
2 绿色化迁移性阻锈剂及其在氯盐溶液中的性能实验研究 | 第14-29页 |
2.1 绿色化迁移性阻锈剂(PCI-2016) | 第14页 |
2.2 PCI-2016 性能表征及吸附行为 | 第14-26页 |
2.2.1 钢筋的电化学行为 | 第14-18页 |
2.2.2 PCI-2016 成膜的SEM及EDS表征 | 第18-21页 |
2.2.3 PCI-2016 成膜的AFM及XPS表征 | 第21-23页 |
2.2.4 PCI-2016 在合金钢表面的吸附稳定性 | 第23-26页 |
2.3 添加PCI-2016 对氯盐使钢筋锈蚀的阈值浓度的影响 | 第26-27页 |
2.4 不同氯盐含量下锈蚀钢筋钝化的PCI-2016 的临界浓度 | 第27-28页 |
2.5 本章小结 | 第28-29页 |
3 表面涂覆MCI在水泥基材料中的传输模型 | 第29-50页 |
3.1 短期传输模型 | 第29-39页 |
3.1.1 短期传输模型介绍 | 第29-30页 |
3.1.2 模型参数测定 | 第30-34页 |
3.1.3 短期传输模型计算结果与实验验证 | 第34-39页 |
3.2 长期气相扩散模型 | 第39-42页 |
3.2.1 长期气相扩散模型 | 第39-42页 |
3.2.2 气相模型参数测定方法与结果 | 第42页 |
3.3 表面涂覆MCI在水泥基材料中的数值分析和实验验证 | 第42-49页 |
3.3.1 数值分析方法 | 第42页 |
3.3.2 数值计算结果 | 第42-46页 |
3.3.3 模型适用性分析 | 第46-49页 |
3.4 本章小结 | 第49-50页 |
4 MCI渗透量对含氯盐砼中钢筋腐蚀电流影响的关系模型 | 第50-63页 |
4.1 试件制备与试验方法 | 第50-51页 |
4.1.1 试件制备 | 第50页 |
4.1.2 水溶性氯离子测试 | 第50-51页 |
4.1.3 孔隙率与孔结构 | 第51页 |
4.1.4 电化学测试 | 第51页 |
4.2 结果与讨论 | 第51-62页 |
4.2.1 试件中游离氯离子含量及孔隙率 | 第51-52页 |
4.2.2 MIP法测试结果 | 第52-53页 |
4.2.3 试件中工作电极的电化学性能测试 | 第53-60页 |
4.2.4 界面区氮含量浓度计算结果 | 第60-61页 |
4.2.5 量化模型的建立 | 第61-62页 |
4.3 本章小节 | 第62-63页 |
5 表面涂覆PCI-2016 对混凝土的防护性能研究 | 第63-86页 |
5.1 原材料与砼配合比 | 第63页 |
5.2 实验方法 | 第63-67页 |
5.2.1 实验分组 | 第63-64页 |
5.2.2 电化学测试 | 第64页 |
5.2.3 抗压强度测试 | 第64-65页 |
5.2.4 抗氯离子渗透性能测试 | 第65-66页 |
5.2.5 XPS测试 | 第66页 |
5.2.6 视觉观察与钢筋锈蚀表征方法 | 第66-67页 |
5.3 实验结果和分析 | 第67-84页 |
5.3.1 混凝土抗压强度的影响 | 第67-68页 |
5.3.2 混凝土抗氯离子渗透性能的影响 | 第68-69页 |
5.3.3 MCI对钢筋锈蚀的抑制作用 | 第69-74页 |
5.3.4 XPS测试结果 | 第74-76页 |
5.3.5 视觉观察与钢筋表面锈蚀面积表征 | 第76-82页 |
5.3.6 锈蚀钢筋横截面积分布规律的研究 | 第82-84页 |
5.3.7 MCI防护与修复效果评价 | 第84页 |
5.4 本章小结 | 第84-86页 |
6 结论与展望 | 第86-88页 |
6.1 结论 | 第86-87页 |
6.2 展望 | 第87-88页 |
致谢 | 第88-89页 |
参考文献 | 第89-96页 |
攻读学位期间的研究成果 | 第96-97页 |
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