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钢筋腐蚀是影响混凝土结构耐久性的首要因素,钢筋-混凝土界面缺陷的存在对钢筋腐蚀进程影响显著,而钢筋-混凝土界面缺陷特征及其对钢筋腐蚀行为的影响机理尚不明确,该研究对于钢筋混凝土结构的安全性和耐久性意义重大。
为揭示钢筋-混凝土界面缺陷的形成、演变规律及其对钢筋腐蚀进程的影响机理,设计了不同布筋方向、布筋高度、预制缺陷尺寸、外加荷载裂缝的钢筋混凝土试件。采用背散射电子(BSE)图像和纳米压痕技术研究钢筋-混凝土界面的微观结构特征,提出氯离子沿界面渗透深度试验方法表征钢筋-混凝土界面的渗透性。在3.5%质量分数NaCl溶液中干湿循环加速钢筋腐蚀,利用腐蚀开路电位(OCP)监测钢筋腐蚀状态。80个干湿循环后,破型观察钢筋的腐蚀状态、腐蚀产物和界面缺陷的分布情况,并对混凝土界面进行成分分析。最后,设计相同强度等级的普通混凝土和轻骨料混凝土,以研究新拌混凝土稳定性对钢筋-混凝土界面的影响。
通过上述研究和分析,得出以下结论:
1由于新拌混凝土的沉降、离析和泌水,以及混凝土中气泡上浮遇到钢筋运动受阻,界面缺陷主要集中在水平钢筋下侧。随着布筋高度的增加,钢筋下侧的界面缺陷面积变大,钢筋在50mm到850mm高度处下界面的缺陷面积分别从0.27mm2增加到10.83mm2。
2缺陷的存在使得界面孔隙率变大,导致钢筋-混凝土下界面的氯离子渗透性大于上界面和混凝土基体,且钢筋下方浇筑的混凝土高度越高,该规律表现得越明显。对不同高度钢筋下界面的氯离子渗透深度和缺陷面积进行相关性分析,结果显示,氯离子渗透深度和缺陷面积存在明显的正相关关系,相关系数为0.9712。
380个干湿循环后,850mm高度处的钢筋已经开始发生腐蚀,而其他高度处的钢筋仍处于钝化状态。破型观察发现在850mm高度处的钢筋-混凝土界面内,混凝土上界面密实,下界面有明显的孔洞,并且钢筋下侧存在明显的腐蚀痕迹,这证实了钢筋-混凝土界面缺陷的存在会加速钢筋腐蚀的开始。
4布筋高度对钢筋腐蚀起始时间的影响可归因于:钢筋-混凝土界面缺陷分布的不均匀性使得在界面缺陷处和密实处的湿度和氧含量存在差异,从而产生电位差,形成宏电池;钢筋-混凝土界面处渗透性更高,导致氯离子、氧气、水分等有害物质在界面处的迁移和扩散速率更快;混凝土保护层的抗氯离子渗透性沿浇筑高度方向呈不均匀分布,位置较高处混凝土的抗氯离子渗透性能较差。
5在相同布筋高度下,新拌稳定性越差的混凝土其钢筋-混凝土界面表现出更大的缺陷尺寸和渗透性。掺加硅灰可有效提高拌合物的塑性粘度,减轻新拌混凝土的沉降、离析和泌水,有利于控制钢筋-混凝土界面缺陷的产生。同时硅灰颗粒粒径较小,能部分填充混凝土中的微孔,提高钢筋-混凝土界面的抗渗性。
为揭示钢筋-混凝土界面缺陷的形成、演变规律及其对钢筋腐蚀进程的影响机理,设计了不同布筋方向、布筋高度、预制缺陷尺寸、外加荷载裂缝的钢筋混凝土试件。采用背散射电子(BSE)图像和纳米压痕技术研究钢筋-混凝土界面的微观结构特征,提出氯离子沿界面渗透深度试验方法表征钢筋-混凝土界面的渗透性。在3.5%质量分数NaCl溶液中干湿循环加速钢筋腐蚀,利用腐蚀开路电位(OCP)监测钢筋腐蚀状态。80个干湿循环后,破型观察钢筋的腐蚀状态、腐蚀产物和界面缺陷的分布情况,并对混凝土界面进行成分分析。最后,设计相同强度等级的普通混凝土和轻骨料混凝土,以研究新拌混凝土稳定性对钢筋-混凝土界面的影响。
通过上述研究和分析,得出以下结论:
1由于新拌混凝土的沉降、离析和泌水,以及混凝土中气泡上浮遇到钢筋运动受阻,界面缺陷主要集中在水平钢筋下侧。随着布筋高度的增加,钢筋下侧的界面缺陷面积变大,钢筋在50mm到850mm高度处下界面的缺陷面积分别从0.27mm2增加到10.83mm2。
2缺陷的存在使得界面孔隙率变大,导致钢筋-混凝土下界面的氯离子渗透性大于上界面和混凝土基体,且钢筋下方浇筑的混凝土高度越高,该规律表现得越明显。对不同高度钢筋下界面的氯离子渗透深度和缺陷面积进行相关性分析,结果显示,氯离子渗透深度和缺陷面积存在明显的正相关关系,相关系数为0.9712。
380个干湿循环后,850mm高度处的钢筋已经开始发生腐蚀,而其他高度处的钢筋仍处于钝化状态。破型观察发现在850mm高度处的钢筋-混凝土界面内,混凝土上界面密实,下界面有明显的孔洞,并且钢筋下侧存在明显的腐蚀痕迹,这证实了钢筋-混凝土界面缺陷的存在会加速钢筋腐蚀的开始。
4布筋高度对钢筋腐蚀起始时间的影响可归因于:钢筋-混凝土界面缺陷分布的不均匀性使得在界面缺陷处和密实处的湿度和氧含量存在差异,从而产生电位差,形成宏电池;钢筋-混凝土界面处渗透性更高,导致氯离子、氧气、水分等有害物质在界面处的迁移和扩散速率更快;混凝土保护层的抗氯离子渗透性沿浇筑高度方向呈不均匀分布,位置较高处混凝土的抗氯离子渗透性能较差。
5在相同布筋高度下,新拌稳定性越差的混凝土其钢筋-混凝土界面表现出更大的缺陷尺寸和渗透性。掺加硅灰可有效提高拌合物的塑性粘度,减轻新拌混凝土的沉降、离析和泌水,有利于控制钢筋-混凝土界面缺陷的产生。同时硅灰颗粒粒径较小,能部分填充混凝土中的微孔,提高钢筋-混凝土界面的抗渗性。