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为了保证城市道路与高速公路在冰雪天气的顺畅,氯盐类融雪剂在很多国家仍被普遍采用,融雪剂在融冰化雪的同时也给交通基础设施带来腐蚀和冻融破坏、给周边环境带来污染,其中对钢筋腐蚀已成为世界性难题。研究氯盐类融雪剂对混凝土中的钢筋锈蚀,对现有混凝土结构的抗力评定与可靠性评价、准确预测其使用寿命及剩余寿命,具有十分重要的意义。
论文针对氯盐类融雪剂对混凝土结构中钢筋锈蚀进行试验研究,模拟干湿和冻融循环条件,从钢筋锈蚀率及其力学性能、钢筋表层氯离子浓度变化、混凝土微观结构、锈蚀产物等方面研究氯盐类融雪剂对结构中钢筋锈蚀的影响。主要研究内容和结论如下:
(1)通过模拟实际干湿循环,研究了暴露钢筋以及混凝土中钢筋在不同融雪剂溶液中锈蚀率及力学性能的变化发现:1)24h干湿循环试验表明:当氯离子浓度0.25%~1.8%时,暴露钢筋锈蚀率随着氯离子浓度增大而增大;当氯离子浓度0.18~2.0%时,钢筋锈蚀率最大;当超过2.0%时,锈蚀率便随着氯离子浓度增加而减小;2)钢筋锈蚀率和混凝土中钢筋表层氯离子随干湿循环周期增大而逐渐增大;3)当融雪剂溶液浓度为3%、5%、20%时,暴露钢筋锈蚀率随融雪剂溶液浓度增大而减小,混凝土中钢筋锈蚀率随融雪剂溶液浓度增大而增大;4)暴露钢筋力学性能降低程度随干湿循环时间增大而逐渐增大,随融雪剂溶液浓度增大逐渐减小;混凝土中钢筋力学性能降低程度随干湿循环时间和融雪剂溶液浓度增大而逐渐增大;5)钢筋与混凝土间粘结强度在干湿循环时间为28d~60d时先增大,60d~180d后减小。经过180d干湿循环后,融雪剂溶液浓度从3%变化到5%,钢筋与混凝土粘结强度有所增大;当融雪剂溶液浓度从5%增大到20%时,粘结强度逐渐降低;6)C30混凝土氯离子渗透性比C50混凝土强,C50混凝土与钢筋的粘结强度比C30混凝土与钢筋的粘结强度大。7)钢筋在A1和A2融雪剂溶液中比在B融雪剂溶液中有更大的锈蚀率。暴露钢筋锈蚀产物的主要成分为三氧化二铁和四氧化三铁。
(2)对氯盐融雪剂和冻融循环双重作用下处于盐冻状态的混凝土中钢筋锈蚀率及力学性能的变化发现:1)随着冻融循环次数的增加,混凝土中钢筋锈蚀率增大,钢筋与混凝土粘结强度逐渐减弱,经过200次冻融循环后钢筋的力学性能略有下降;2)当融雪剂溶液浓度为3%、5%、20%时,经过200次冻融循环后,混凝土中钢筋锈蚀率及钢筋表层氯离子浓度在融雪剂溶液浓度为5%时较大,当浓度为20%时最小。而钢筋的力学性能在融雪剂溶液浓度为5%时最小,20%时最大;3)C50混凝土比C30混凝土抗冻性强,钢筋在C30混凝土中的锈蚀程度比在C50混凝土中严重。
(3)对干湿循环及盐冻作用下的钢筋锈蚀进行了机理分析和研究发现:1)冻融循环比干湿循环对钢筋锈蚀影响更大;2)根据回归关系和锈蚀模型对钢筋的有效使用时间进行预测,表明高浓度氯离子含量能在一定程度上减缓钢筋锈蚀。