冶金腐蚀环境下混凝土的劣化机理和修补材料开发研究

论文摘要

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)、扫描电子显微分析(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

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 冶金腐蚀环境下混凝土劣化问题的提出及文献综述
• 1.1 两个典型工程
• 1.1.1 宝钢1#高炉水渣脱水槽
• 1.1.2 宝钢——炼钢连铸辊道基础
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 前言
• 1.2.2 混凝土的组成和结构
• 1.2.3 导致钢筋混凝土性能劣化的因素
• 1.2.4 提高钢筋混凝土耐久性的措施
• 1.3 论文的主要研究内容
• 1.3.1 问题的提出
• 1.3.2 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
• 2.1 劣化机理研究手段
• 2.1.1 微观分析用样品的制备方法
• 2.1.2 微观结构分析原理
• 2.2 现场试验分析
• 2.2.1 混凝土强度
• 2.2.2 腐蚀介质成分分析
• 2.2.3 混凝土中性化程度
• 2.3 介质腐蚀形式下混凝土的劣化机理研究
• 2.3.1 物相分析
• 2.3.2 形貌分析
• 2.3.3 混凝土孔结构分析
• 2.3.4 介质腐蚀形式下混凝土的劣化机理结果
• 本章小结
• 第三章 高热腐蚀环境下混凝土的劣化机理研究
• 3.1 现场测试分析
• 3.1.1 混凝土强度
• 3.1.2 辊道基础混凝土表面温度测试
• 3.2 温度影响的物理分析
• 3.2.1 温度场的有限元计算
• 3.2.2 温度作用下结构应力有限元计算
• 3.2.3 有限元计算结果分析
• 3.3 高热腐蚀环境下混凝土的劣化机理研究
• 3.3.1 物相分析
• 3.3.2 微观形貌分析
• 3.3.3 混凝土孔结构分析
• 3.3.4 高热腐蚀形式的混凝土劣化机理分析结果
• 本章小结
• 第四章 介质腐蚀形式下修补材料的开发研究
• 4.1 研究思路
• 4.2 研制过程
• 4.2.1 针对介质腐蚀的新修补材料配比
• 4.2.2 模拟试验方案
• 4.2.3 试验结果分析
• 4.2.4 抹面性能试验
• 本章小结
• 第五章 高热腐蚀形式下修补材料的开发研究
• 5.1 研究思路
• 5.2 模拟试验方案
• 5.3 耐热修补材料的室内模拟试验
• 5.3.1 耐热修补材料的配合比设计
• 5.3.2 试验结果和分析
• 本章小结
• 第六章 工程应用和钢筋混凝土使用寿命预测
• #高炉水渣脱水槽系统'>6.1 1^#高炉水渣脱水槽系统
• 6.1.1 修补现场情况
• 6.1.2 微观结构分析结果
• 6.2 一炼钢连铸辊道基础
• 6.2.1 修补现场情况
• 6.2.2 力学性能和微观结构分析结果
• 6.3 钢筋混凝土使用寿命预测
• 6.3.1 结构寿命的定义
• 6.3.2 钢筋混凝土寿命的评估准则
• 6.4 介质腐蚀形式下钢筋混凝土使用寿命预测
• 6.4.1 介质腐蚀形式下钢筋混凝土使用寿命的计算方法
• 6.4.2 实例分析
• 6.5 高热腐蚀形式下钢筋混凝土使用寿命预测
• 6.5.1 高热腐蚀形式下钢筋混凝土使用寿命的计算方法
• 6.5.2 高温浸烘加速试验
• 6.5.3 实例分析
• 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 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