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钢筋腐蚀机理及氯离子影响机制的研究

作　者: 刘玉
导　师: 杜荣归
学　校: 厦门大学
专　业: 物理化学
关键词: 钢筋腐蚀氯离子电化学技术
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 4次
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内容摘要

钢筋腐蚀是严重威胁钢筋混凝土结构耐久性的首要因素,关系国计民生重大问题。混凝土中的钢筋是否发生腐蚀取决于维持其钝态的钢筋/混凝土界面环境条件,混凝土碳化和氯离子侵蚀是导致钢筋表面去钝化,引起腐蚀的主要原因。国际上钢筋腐蚀机理研究虽然较多,但许多问题仍未得到满意解决。本工作应用原位、半原位和非原位相结合方法,研究钢筋在模拟混凝土孔隙液中腐蚀行为和氯离子及pH值对钢筋去钝化的影响机制。(1)发展扫描微参比电极技术,结合极化曲线测试法,揭示了氯离子对钢筋腐蚀行为的影响机制,获得了引起钢筋腐蚀的氯离子临界浓度。钢筋在模拟混凝土孔隙液中的表面微区电位分布的测试表明,在氯离子侵蚀下,钢筋表面初始时存在多个互相竞争,此消彼长的腐蚀活性点,最终个别活性点发展成宏观腐蚀点,引起钢筋局部腐蚀。扫描微参比电极技术测试的引起钢筋腐蚀的氯离子临界浓度值比动电位扫描阳极极化曲线测试结果低,表明前者有更高灵敏性。(2)探明了钢筋在模拟混凝土孔隙液中钝化膜半导体特性与耐蚀性的关联,首次揭示了介质pH值和预钝化电位对钢筋钝化膜半导体特性的影响。钢筋在模拟混凝土孔隙液中形成的钝化膜呈现重掺杂非晶态n型半导体特性,氧空缺是其主要的施主形式。随着溶液pH值降低,钢筋表面氧化物发生部分溶解,钝化膜原有的晶格排列遭到破坏,导致更多氧空缺的出现,钝化膜的施主浓度增大,平衡平带电位负移,钝化膜趋向于不稳定,抗腐蚀能力减弱。对钢筋表面施加预钝化电位,会使生成的钝化膜具备更加规则的晶型,其组成也会发生相应变化,从而减少了钝化膜中的氧空缺浓度,提高了钢筋的耐蚀性。(3)应用XRD、XPS、SEM技术,初步探明了不同体系中钢筋钝化膜的形貌和组成及其碳化和氯离子侵蚀的影响作用。碳化导致钝化膜表面发生相对均匀的溶解,伴有难溶性腐蚀产物生成。氯离子可先通过缺陷穿透钝化膜,与铁基体发生反应,因此引起钢筋点腐蚀,腐蚀产物以可溶性盐为主。

全文目录

中文摘要  12-13
英文摘要  13-15
第一章绪论  15-36
  1.1 混凝土中钢筋腐蚀与保护研究的重要性和迫切性  15-17
  1.2 混凝土中钢筋腐蚀的机理及影响因素  17-22
    1.2.1 钢筋腐蚀的电化学过程  17-18
    1.2.2 混凝土中钢筋的钝化与去钝化  18-19
    1.2.3 混凝土碳化导致钢筋去钝化的机理  19-20
    1.2.4 氯化物的来源和去钝化机理  20-22
  1.3 混凝土中钢筋的保护及其腐蚀检测技术  22-29
    1.3.1 混凝土中钢筋的保护技术  22-24
    1.3.2 钢筋腐蚀的检测技术和研究方法  24-29
  1.4 本论文的研究目的和设想  29-30
  参考文献  30-36
第二章模拟混凝土孔隙液中钢筋腐蚀的氯离子临界浓度  36-61
  2.1 引言  36-37
  2.2 扫描微参比电极技术  37-38
  2.3 实验  38-43
    2.3.1 扫描微电极测量系统  38-40
    2.3.2 钢筋电极的制备和电解池装置  40-41
    2.3.3 扫描微参比电极的制备  41-42
    2.3.4 钢筋表面微区电位分布测量  42-43
    2.3.5 动电位扫描阳极极化曲线法  43
  2.4 结果与讨论  43-57
    2.4.1 氯离子对钢筋表面微区电位分布及其点腐蚀行为的影响  43-47
    2.4.2 扫描微参比电极法测试引起钢筋腐蚀的氯离子临界浓度  47-53
    2.4.3 动电位扫描阳极极化曲线法测试引起钢筋腐蚀的氯离子临界浓度  53-57
  2.5 结论  57-58
  参考文献  58-61
第三章钢筋钝化膜半导体特性及其耐蚀性的关联研究  61-75
  3.1 引言  61-62
  3.2 钝化膜半导体性质的测试原理  62-66
    3.2.1 金属钝化膜/溶液界面的空间电荷层  62-64
    3.2.2 半导体的Mott-Schottky公式  64-65
    3.2.3 空间电荷层电容的测试原理  65-66
  3.3 实验  66
    3.3.1 电容测量系统  66
    3.3.2 实验材料及试剂  66
  3.4 结果与讨论  66-72
    3.4.1 交流电频率对空间电荷层电容的影响  66-68
    3.4.2 钢筋钝化膜的Mott-Schottky分析  68-69
    3.4.3 钢筋在不同pH值模拟液中的成膜特征  69-71
    3.4.4 预钝化电位对钝化膜半导体特性的影响  71-72
  3.5 结论  72-73
  参考文献  73-75
第四章模拟混凝土孔隙液中钢筋钝化膜组成与形貌的表征  75-95
  4.1 引言  75-77
  4.2 实验原理  77-79
    4.2.1 X射线衍射技术  77-78
    4.2.2 X射线光电子能谱  78
    4.2.3 扫描电子显微镜  78-79
  4.3 实验  79-80
    4.3.1 仪器  79
    4.3.2 材料及试剂  79-80
  4.4 结果与讨论  80-92
    4.4.1 钢筋钝化膜的生长过程及组成形貌  80-84
    4.4.2 碳化情况下钢筋钝化膜的组成和形貌变化  84-89
    4.4.3 氯离子对钝化膜的侵蚀作用  89-92
  4.5 结论  92-93
  参考文献  93-95
作者攻读硕士学位期间发表与交流的论文  95-96
致谢  96

钢筋腐蚀机理及氯离子影响机制的研究

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