砼结构电化学除盐离子分布及粘结性能研究

论文摘要

电化学除盐技术是用来修复因氯离子侵入而导致混凝土结构中钢筋腐蚀的一种修复方法。在整个除盐过程中,钢筋混凝土结构中的氯离子被除去的同时,也增加了钢筋周围的碱性,达到预防或阻止钢筋锈蚀的目的。本文首先应用钢筋混凝土圆柱体试件,研究了电化学除盐钢筋混凝土试件中氯离子和氢氧根离子分布变化规律。通过研究除盐后混凝土中个离子分布规律,分析了除盐电流、除盐时间等参数对除盐效率及效果的影响。其次,对电化学除盐后的力学性能变化进行了系统研究。通过拉拔试验、抗弯试验分析了除盐参数对其力学性能的影响。研究发现:导致钢筋-混凝土界面极限粘结力损失的最主要原因是除盐的电流密度,其次是电化学除盐的时间,与电化学除盐过程中的通电量并不存在直接原因。相对于其他力学性能,电化学除盐技术对受弯构件加载过程中挠度的影响更加明显。再次,对电化学除盐后的耐久性进行了研究,发现除盐后氯离子反向扩散系数对耐久性影响很大,并以此为研究对象,建立了氯离子反向扩散理论模型,并对扩散系数进行了理论分析。由此理论公式并结合试验结果对除盐后的扩散系数、耐久性寿命、除盐效率等进行了简单计算,确定了最佳除盐时间,初步解决了电化学技术研究中的重要问题。最后,应用电化学原理,对除盐过程中关键作用进行了分析,建立了混凝土结构电化学除盐过程控制理论模型。结合除盐试验,详细总结了电化学施工的关键步骤。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 电化学除盐技术研究综述
• 1.1 氯离子环境下钢筋混凝土结构的耐久性
• 1.2 混凝土中钢筋的腐蚀
• 1.2.1 混凝土中钢筋腐蚀的机理
• 1.2.2 混凝土中钢筋腐蚀的危害
• 1.3 电化学除盐技术
• 1.3.1 防治钢筋腐蚀的主要方法及其局限性
• 1.3.2 电化学除盐技术原理
• 1.3.3 电化学除盐技术研究进展
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 除盐过程中离子分布变化的研究
• 2.1 研究意义
• 2.2 试验
• 2.2.1 试件设计
• 2.2.2 电化学除盐试验
• 2.2.3 氯离子和氢氧根离子的测定
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 电化学除盐与离子迁移的关系
• 2.3.2 除盐过程中混凝土截面氯离子和氢氧根离子的分布变化
• 2.3.3 除盐过程中氯离子和氢氧根离子比值的分布变化
• 2.4 结论与建议
• 3 除盐对钢筋混凝土力学性能的影响
• 3.1 研究意义
• 3.2 试验
• 3.2.1 试件设计
• 3.2.2 电化学除盐试验
• 3.2.3 拉拔试验
• 3.2.4 抗弯试验
• 3.3 除盐对钢筋-混凝土界面粘结力的影响
• 3.3.1 除盐电流对界面粘结力的影响
• 3.3.2 除盐时间对界面粘结力的影响
• 3.3.3 通电量对界面粘结力的影响
• 3.4 除盐对抗弯构件力学性能的影响
• 3.4.1 裂缝的发展与分布
• 3.4.2 抗弯构件力学性能的变化
• 3.5 结论与建议
• 4 电化学除盐后耐久性研究
• 4.1 研究意义
• 4.2 除盐后耐久性理论模型的建立
• 4.2.1 理论基础
• 4.2.2 除盐后氯离子分布
• 4.2.3 除盐后氯离子反向扩散理论
• 4.2.4 理论的改进
• 4.3 除盐后氯离子反向扩散系数理论分析
• 4.3.1 理想状态下分析
• 4.3.2 考虑到混凝土材料的特殊性
• 4.3.3 考虑到扩散系数的时间依赖性
• 4.4 算例
• 4.4.1 反向扩散系数的计算
• 4.4.2 耐久性寿命的计算
• 4.5 耐久性实验设计
• 4.5.1 试验方案
• 4.5.2 试验准备
• 4.5.3 拟做的试验步骤
• 4.5.4 试验数据的处理与分析
• 5 除盐技术工程应用的控制理论研究
• 5.1 除盐的效率和效果
• 5.1.1 除盐效率的计算
• 5.1.2 除盐效果及最佳除盐时间的确定
• 5.2 除盐过程控制理论的研究
• 5.2.1 除盐的机理分析
• 5.2.2 除盐过程的作用分析
• 5.2.3 除盐过程的控制理论
• 5.3 除盐工程应用的操作步骤
• 5.3.1 除盐前对结构的检测与处理
• 5.3.2 正极金属网的选择
• 5.3.3 电解液的选择
• 5.3.4 除盐过程的监控
• 5.3.5 除盐时间的确定
• 5.3.6 除盐技术操作中的问题
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录Ⅰ攻读学位期间发表的学术论文
• 附录Ⅱ符号说明