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碳化混凝土结构再碱化技术

作　者: 张羽
导　师: 张俊喜
学　校: 上海电力学院
专　业: 应用化学
关键词: 碳化混凝土电化学再碱化钝化膜物料传递硅凝胶
分类号: TU528
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

碳化混凝土结构的电化学再碱化技术是目前针对混凝土结构老化问题的研究热点之一。该技术是在电渗透、电迁移、扩散和毛细作用等原理的共同作用下恢复钢筋周围混凝土的碱性环境,达到防止钢筋锈蚀的目的。该技术是从钢筋锈蚀的根本原因出发,具有针对性强、操作简单、无环境污染等特点,应用前景广阔。本文以实验研究和理论分析相结合的方法,对电化学再碱化过程中钢筋的电极反应过程、物料传递和碳化混凝土的组成和结构变化三个部分做了较深入的研究分析,得出了再碱化过程中的相关研究结果,为再碱化技术的发展提供理论支持。第一部分的研究表明:电化学再碱化技术不仅可以用于预防碳化混凝土钢筋的腐蚀,还可以对已有一定程度腐蚀的混凝土结构进行修复。再碱化实验后,经过一段时间的弛豫过程,钢筋表面会逐渐形成致密的钝化膜,可进入钝化态;但该过程的析氢反应生成的氢气,会影响钢筋表面钝化层形成速度,钢筋进入钝化态的时间也就会比在无氢（气）环境中长;表面光滑的钢筋具有较小的比表面积,容易形成钝化膜,进入钝态所需时间较短。再碱化过程中的电解液Ca（OH）₂和Na₂SiO₃的碱性比较强,能使较大比例的电量用于水的电解,利于在再碱化初期使用,改善钢筋周围的碱性环境;在过程的中后期中涉及的铁氧化物还原却不如在Na₂CO₃溶液中进行的快。再碱化过程中钢筋表面锈蚀层的还原由于还原机理的制约,所得到的单质铁为疏松的沉积层,较难进入钝化状态;而采用组合电场可以改善钢筋表面锈蚀层的还原沉积状态,提高钢筋的稳定性。第二部分的再碱化模拟实验表明,电解液中的锂离子可以通过混凝土保护层到达钢筋表面,同时在混凝土中会滞留部分锂离子。再碱化过程中离子的传递过程是在浓度差和电场的作用下共同完成的。在传质的前期,浓度差引起的扩散是离子传递的主要形式,而后期电场作用下的离子的电迁移转化为主要的传递形式。第三部分以不同碳化方式的碳化混凝土材料做模拟加速再碱化实验,数据显示:再碱化后碳化混凝土的组成和结构都会发生变化。人工碳化样品再碱化后大部分的偏硅酸钙（CaSiO₃）转化为正硅酸钙（Ca₂SiO₄）,利于硅酸钙凝胶的转化和生成;自然碳化样品在再碱化过程中未完全水化的正硅酸将继续水化,碳酸钙不溶盐也将在碱性环境和活性集料SiO₂的作用下溶解,转化为二次硅酸钙凝胶。这些重新水化形成的凝胶状物质干燥后形成孔径很小的干凝胶（层）附着在反应基体上,使混凝土原有的孔径变小,增强混凝土结构密实度和耐久性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-22
  1.1 课题研究背景  12
  1.2 混凝土中钢筋锈蚀的原理及其过程  12-14
    1.2.1 钢筋在混凝土中腐蚀机理  12-13
    1.2.2 钢筋在混凝土中腐蚀的影响因素  13-14
  1.3 电化学修复技术原理及其应用范围  14-15
    1.3.1 电化学修复技术的基本原理  14-15
    1.3.2 电化学修复技术的应用范围  15
  1.4 电化学修复研究状况和不足  15-19
    1.4.1 阴极保护技术的发展现状  16-17
    1.4.2 碳化混凝土再碱化修复技术的研究进展  17-18
    1.4.3 电化学除氯技术的发展状况  18-19
  1.5 本课题的选题依据及目标  19-20
  参考文献  20-22
第二章实验方法  22-28
  2.1 实验原料及仪器  22-23
    2.1.1 实验原料  22
    2.1.2 实验仪器  22-23
  2.2 研究方法和测试方法介绍  23-26
    2.2.1 再碱化过程中对钢筋作用效果研究的实验方法  23-24
    2.2.2 物料传递过程研究的实验方法  24-25
    2.2.3 再碱化过程前后混凝土组成结构变化研究的实验方法  25-26
  2.3 实验仪器及表征  26-28
    2.3.1 X-射线衍射（XRD）  26
    2.3.2 扫面电镜（SEM）  26
    2.3.3 S273A 型电化学工作站  26-28
第三章再碱化过程中对钢筋的作用效果  28-48
  3.1 引言  28
  3.2 再碱化过程中钢筋表面的电极反应及过程  28-32
    3.2.1 再碱化过程中的电化学反应  28-29
    3.2.2 再碱化过程中的电极过程  29-32
  3.3 弛豫时间对钢筋钝化的影响  32-34
    3.3.1 弛豫时间对开路电位的影响  32-33
    3.3.2 弛豫时间对钝化膜阻抗的影响  33-34
  3.4 钢筋表面粗糙度对钢筋钝化的影响  34-40
    3.4.1 相同表面粗糙度的钢筋电极在不同浸泡时间内的比较  35-38
    3.4.2 不同表面粗糙度的钢筋电极在相同浸泡时间内的比较  38-40
  3.5 不同电解液对钢筋电极过程的影响  40-42
  3.6 电场形式对电极反应的影响及其形貌的变化  42-45
  3.7 小结  45-47
  参考文献  47-48
第四章再碱化过程中物料传递的研究  48-52
  4.1 引言  48
  4.2 阴阳极之间正负离子可能的传递方式分析  48-49
  4.3 阳离子的传递机理分析  49-50
  4.4 结论  50-51
  参考文献  51-52
第五章再碱化过程前后混凝土组成结构变化的研究  52-64
  5.1 引言  52
  5.2 结果与讨论  52-60
    5.2.1 不同电解质溶液对混凝土再碱化前后组成变化的影响  52-57
    5.2.2 电解质溶液对混凝土再碱化前后结构变化的影响  57-60
  5.3 小结  60-61
  参考文献  61-64
第六章结论与展望  64-66
  6.1 结论  64-65
    6.1.1 再碱化过程对钢筋的作用效果  64
    6.1.2 在碱化过程中物料传递的研究  64
    6.1.3 再碱化过程前后混凝土组成结构变化的研究  64-65
  6.2 展望  65-66
作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文  66-68
作者在攻读硕士学位期间所做的项目  68-70
致谢  70

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