冶金腐蝕環(huán)境下混凝土的劣化機(jī)理和修補(bǔ)材料開發(fā)研究.pdf

1、該文以上海寶鋼1<'＃>高爐水渣脫水槽系統(tǒng)和一煉鋼連鑄輥道基礎(chǔ)為工程背景，在結(jié)構(gòu)調(diào)查和腐蝕參數(shù)測試分析的基礎(chǔ)上，通過各種微觀結(jié)構(gòu)分析手段，研究這兩種典型的冶金腐蝕環(huán)境下混凝土的劣化機(jī)理，同時通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)和實(shí)際工程中試用，開發(fā)出適合于以上兩種腐蝕形式的修補(bǔ)材料。最后，建立介質(zhì)腐蝕和高熱腐蝕形式下鋼筋混凝土使用壽命的計(jì)算模型，并對該模型進(jìn)行了驗(yàn)證。 通過腐蝕性介質(zhì)成分分析、混凝土力學(xué)性能和中性化程度試驗(yàn)以及X射線衍射分析

2、(XRD)、掃描屯子顯微分析(SEM)、紅外光譜分析(IR)和混凝土孔結(jié)構(gòu)分析(PSA)等多種微觀結(jié)構(gòu)測試手段，該文綜合分析了介質(zhì)腐蝕形式下混凝土腐蝕前后的宏觀性能以及微觀組成和結(jié)構(gòu)的變化，得出氯離子和硫酸根離子的侵入以及混凝土的碳化等因素綜合在一起影響混凝土的物質(zhì)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，反應(yīng)生成的二水石膏、水化氯鋁酸鈣、碳酸鈣和單碳鋁酸鈣等礦物的結(jié)晶和生長是造成混凝土劣化的主要原因，并指出由于氯離子滲透能力強(qiáng)而且容易導(dǎo)致鋼筋銹蝕，所以氯離子是

3、該環(huán)境下混凝土腐蝕的主要原因。 該文通過有限元方法計(jì)算了由于溫度而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布，計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)混凝土表面溫度超過110℃時，如不考慮徐變時表層混凝土受到的溫度應(yīng)力將超過4MPa，這使得表層混凝土很容易因溫度應(yīng)力而破壞；同時通過X射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微分析(SEM)和混凝土孔結(jié)構(gòu)分析(PSA)等多種微觀結(jié)構(gòu)測試手段，分析了混凝土受熱前后的宏觀性能以及微觀組成和結(jié)構(gòu)的變化，指出混凝土原水化產(chǎn)物如水化硅酸鈣

4、(CSH)凝膠和氫氧化鈣的分解以及膨脹性產(chǎn)物氧化鈣的產(chǎn)生是高熱腐蝕形式下混凝土破壞的內(nèi)在原因。 根據(jù)介質(zhì)腐蝕形式的劣化機(jī)理，該文以提高修補(bǔ)材料耐腐蝕性能、抗?jié)B透性能、粘結(jié)性能和抗裂性能為出發(fā)點(diǎn)，采用添加有機(jī)硅改性三元共聚物、增粘劑、孔隙憎水劑等多種聚合物和聚丙烯纖維對原水泥基材料進(jìn)行改性，使得修補(bǔ)材料的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)從單純的水泥水化產(chǎn)物轉(zhuǎn)變成聚合物和水泥水化產(chǎn)物疊合的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)能有效抵抗各種介質(zhì)離子的侵蝕，

5、在實(shí)際工程上的試用也顯示出新修補(bǔ)材料良好的使用效果。 根據(jù)高熱腐蝕形式的劣化機(jī)理，以“抗”和“放”原則來增強(qiáng)修補(bǔ)材料的耐高熱腐蝕性能，包括提高水泥水化產(chǎn)物的熱穩(wěn)定性、提高修補(bǔ)材料的粘結(jié)性能和抗裂性能、引入合適的孔隙來緩解熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力等手段，采用添加復(fù)合礦物外加劑、聚丙烯纖維和多種聚合物對原水泥基材料進(jìn)行改性，開發(fā)出能有效抵抗高熱腐蝕的修補(bǔ)材料。實(shí)際工程的試用結(jié)果表明該修補(bǔ)材料應(yīng)用2年后不僅具有良好的力學(xué)性能，而且這種聚合

6、物和水泥水化產(chǎn)物疊合的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在高熱環(huán)境下仍十分穩(wěn)定，顯示出良好的使用效果。 該文還對介質(zhì)和高熱腐蝕形式下鋼筋混凝土的使用壽命進(jìn)行了預(yù)測。根據(jù)兩種腐蝕形式的劣化機(jī)理，建立以氯離子滲透和鋼筋銹蝕以及溫度影響下的混凝土碳化和鋼筋銹蝕為主體的鋼筋混凝土使用壽命預(yù)測模型，并分別對原有材料和新修補(bǔ)材料進(jìn)行使用壽命預(yù)測，預(yù)測結(jié)果與實(shí)際工程相吻合。 介質(zhì)腐蝕和高熱腐蝕是冶金行業(yè)最常見的兩種腐蝕形式，通過該文對這兩種環(huán)境下混