冶金腐蚀环境下混凝土的劣化机理和修补材料开发研究

摘要

该文以上海宝钢1<'＃>高炉水渣脱水槽系统和一炼钢连铸辊道基础为工程背景，在结构调查和腐蚀参数测试分析的基础上，通过各种微观结构分析手段，研究这两种典型的冶金腐蚀环境下混凝土的劣化机理，同时通过室内模拟试验和实际工程中试用，开发出适合于以上两种腐蚀形式的修补材料。最后，建立介质腐蚀和高热腐蚀形式下钢筋混凝土使用寿命的计算模型，并对该模型进行了验证。 通过腐蚀性介质成分分析、混凝土力学性能和中性化程度试验以及X射线衍射分析(XRD)、扫描屯子显微分析(SEM)、红外光谱分析(IR)和混凝土孔结构分析(PSA)等多种微观结构测试手段，该文综合分析了介质腐蚀形式下混凝土腐蚀前后的宏观性能以及微观组成和结构的变化，得出氯离子和硫酸根离子的侵入以及混凝土的碳化等因素综合在一起影响混凝土的物质组成和内部结构，反应生成的二水石膏、水化氯铝酸钙、碳酸钙和单碳铝酸钙等矿物的结晶和生长是造成混凝土劣化的主要原因，并指出由于氯离子渗透能力强而且容易导致钢筋锈蚀，所以氯离子是该环境下混凝土腐蚀的主要原因。 该文通过有限元方法计算了由于温度而产生的结构应力分布，计算结果表明当混凝土表面温度超过110℃时，如不考虑徐变时表层混凝土受到的温度应力将超过4MPa，这使得表层混凝土很容易因温度应力而破坏；同时通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微分析(SEM)和混凝土孔结构分析(PSA)等多种微观结构测试手段，分析了混凝土受热前后的宏观性能以及微观组成和结构的变化，指出混凝土原水化产物如水化硅酸钙(CSH)凝胶和氢氧化钙的分解以及膨胀性产物氧化钙的产生是高热腐蚀形式下混凝土破坏的内在原因。 根据介质腐蚀形式的劣化机理，该文以提高修补材料耐腐蚀性能、抗渗透性能、粘结性能和抗裂性能为出发点，采用添加有机硅改性三元共聚物、增粘剂、孔隙憎水剂等多种聚合物和聚丙烯纤维对原水泥基材料进行改性，使得修补材料的内部微观结构从单纯的水泥水化产物转变成聚合物和水泥水化产物叠合的空间网状结构，这种稳定的结构能有效抵抗各种介质离子的侵蚀，在实际工程上的试用也显示出新修补材料良好的使用效果。 根据高热腐蚀形式的劣化机理，以“抗”和“放”原则来增强修补材料的耐高热腐蚀性能，包括提高水泥水化产物的热稳定性、提高修补材料的粘结性能和抗裂性能、引入合适的孔隙来缓解热膨胀产生的应力等手段，采用添加复合矿物外加剂、聚丙烯纤维和多种聚合物对原水泥基材料进行改性，开发出能有效抵抗高热腐蚀的修补材料。实际工程的试用结果表明该修补材料应用2年后不仅具有良好的力学性能，而且这种聚合物和水泥水化产物叠合的空间网状结构在高热环境下仍十分稳定，显示出良好的使用效果。 该文还对介质和高热腐蚀形式下钢筋混凝土的使用寿命进行了预测。根据两种腐蚀形式的劣化机理，建立以氯离子渗透和钢筋锈蚀以及温度影响下的混凝土碳化和钢筋锈蚀为主体的钢筋混凝土使用寿命预测模型，并分别对原有材料和新修补材料进行使用寿命预测，预测结果与实际工程相吻合。 介质腐蚀和高热腐蚀是冶金行业最常见的两种腐蚀形式，通过该文对这两种环境下混凝土的劣化机理和修补材料的开发研究，以及钢筋混凝土使用寿命预测模型的建立，有助于这两种腐蚀环境下钢筋混凝土结构的合理应用，避免因混凝土劣化损伤而导致的工程安全和质量问题。

目录

文摘

英文文摘

第一章 冶金腐蚀环境下混凝土劣化问题的提出

1.1 两个典型工程

1.2 文献综述

1.3 论文的主要研究内容

第二章 介质腐蚀形式下混凝土的劣化机理研究

第三章 高热腐蚀形式下混凝土的劣化机理研究

第四章 介质腐蚀形式下修补材料的开发研究

第五章 高热腐蚀形式下新修补材料的开发研究

第六章 工程应用和钢筋混凝土使用寿命预测

第七章 总结和展望

参考文献：

个人简历和攻读博士期间取得的成果：

感悟与致谢