氯离子侵蚀环境下RPC保护层厚度研究.docx

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1、福州大学专业学位研究生论文开题报告论文题目氯离子侵蚀环境下RPC保护层厚度研究姓名学 号性另IJ导师学科专业研究方向学院开题报告时间、地点导师审核 意见导师签名：年 月 日审核小组 意见（注：需对开题报告的总体情况进行评价，指出不足和建议，并明确 是否同意开题报告通过。）审核小组成员签名：年 月 日学位点 意见学位点负责人签名：年 月 日一、论文选题依据（包括本课题国内外研究现状述评，研究的理论与实际意义，对科技、经 济和社会发展的作用等）1.1研究背景混凝土以其原材料易得、价格低廉、造型灵活等诸多优点，被广泛应用于土木工程领域。 由于混凝土的氯离子侵蚀、碳化、冻融等破坏，会导致混凝土结构中的

2、钢筋锈蚀，甚至结构 失效，严重影响了混凝土结构的耐久性和安全性。在影响混凝土结构耐久性的诸多因素中， 其中以氯离子侵蚀对RPC的影响最严重。选择氯离子侵蚀其研究意义重大。活性粉末混凝土 （RPC）是由世界最大的营造公司之一法国布伊格（BOUygUeS）公司以 Pierre RiChard旧为首的研究小组在1993年率先研发成功的水泥基复合材料。由于增加了 组分的细度和反应活性，因此它被称为活性粉末混凝土 （Reactive Powder Concrete,简称为 RPC 严,活性粉末混凝土是一种新型超高强度、高耐久性、高韧性、体积稳定性良好的水泥基材 料乐咒由于材料中含有的微裂缝和孔隙等缺陷很

3、少，因此，可以获得超强的抗氯离子渗透性。 近年来，国内外一些科研机构和高校都对RPC的抗氯离子渗透性进行了大量的试验研究。但 是氯离子侵蚀环境下RPC的耐久性能研究依然不能够满足实践需求。根据海洋工程所在水域配置指定氯离子浓度。下表1为福建各港湾海域环境质量单项评价指数与综合评价指数。单项评价指数综合评价指数调查港湾溶解氧PH值化学需氧量无机氮磷酸盐5月8月11月平均值Q 440 69018L 17Q 88Q 500 720 760 66官井洋Q 520 740 200 75a 85a 460 670 750 63东吾洋Q 390 720 20L 02Q 78Q 480 650 710 61罗

4、源湾 380 670 30L 061. 20a 360 70L (B0 70兴化湾Q 190 710 430 48Q 61Q 420 420 570 47湄洲湾Q 250 760 340 48a 47a 330 500 550 46泉州湾Q 460 720 582 06Q 64I. 04L 350 82L 07深沪湾Q 270 780 390 62Q 54a 460 460 780 57围头湾Q 210 820 520 70Q 56Q 370 600 860 61同安湾Q 630 740 45I 121. 20a 580 990 780 78大险海域Q 260 770 390 57Q 75Q

5、370 730 600 57佛昙湾Q 250 730 600 80Q 62a 580 520 750 62旧镇湾Q 190 750 540 77Q 53Q 470 590 660 57诏安湾Q 230 720 610 51Q 39ft 420 500 660 53东山湾Q 290 830 390 59-Q 43-0 43表1福建各港湾海域环境质量单项评价指数与综合评价指数1. 2普通混凝土耐久性的研究现状氯离子侵蚀导致的钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构耐久性降低的主要原因。混凝土与除冰盐、 海水或盐雾接触时,氯离子会通过混凝土中的孔隙、裂缝等各种途径侵入混凝土。当氯离子穿 过保护层这个钢筋的保护屏障并

6、在钢筋表面累积到一定程度时，引起钢筋表面的钝化膜破坏, 导致钢筋生锈。混凝土耐久性研究的成果,必然应用到RPC的耐久性设计。其研究过程也必然由基本的 材料层次向构件层次转化,并最终上升到钢筋混凝土结构层次。预测钢筋脱钝起锈时间，关键 是计算出氯离子穿过混凝土保护层到达钢筋表面,且达到临界氯离子浓度的时间。通常,氯离 子通过混凝土内部的孔隙和微裂缝从表面向混凝土内部传输,传输的驱动力主要有扩散、毛细管作用、渗透以及电化学迁移等6甸,这几种方式可以单独作用也可能同时发生。而在很多情 况下,扩散过程仍然被认为是最主要的传输方式。Callepari在假定混凝土材料各向均质同性、氯离子不与混凝土发生反应

7、的条件下,氯 离子在混凝土中的散行为可用FiCk定律来描述，但是在这个假设基础上 的FiCk定律模型用于工程应用是不准确的。AmeyUD等建议取月平均或季度平均,对氯离子扩散系数进行温度修正。Tang和NilISOn 12-13建议将混凝土内的温度(热)传导与氯离子传输问题综合考虑。Mangat和MollO 产通过对潮沙区暴露90天到1035天的试件取样发现氯离子的扩散系数是不断 降低的。Costatl5对暴露636个月的混凝土试件进行取样也得到类似的结论。Anwartlhl研究发现,扩散系数降低率在前两个月最高,随着时间推移趋于稳定。扩散 系数降低的主要原因是混凝土成熟度的增加。Maageu

8、d建立了考虑混凝土成熟的模型,用以修正氯离子受混凝土龄期影响的扩散系 数。Limll8j在Maage等人的基础上,将初始养护时间作为另一个时间参数引入,对龄期影 响系数进行了修正。Martin-Perezri9采用不同的结合效应模型,分析了混凝土中氯离子的分布,预测氯盐环境中 混凝土结构寿命。Dhirt203研究表明,掺矿粉混凝土的高氯离子结合能力归因于矿粉中的氧化含量较 高,增加了 FrieddoArya等进一步研究发现,NaCl溶液、CaCI2溶液、MgCk溶液和海水中氯离子结合能 力分别为43%、65%、61%和43%。LarSSoO 和 Ro berts23研究发现,氯离子结合能力随着

9、温度的升高而降低。考虑碳化与氯离子侵蚀 的耦合作用。PaPDdaki 等，研究发现，碳化反应降低了混凝土孔隙溶液的 PH 值，促进了水泥石中 Friedel盐的分解，粗化了混凝土的孔隙，引起了混凝土微观结构的重分布 ,破坏了混凝土基体原有的过滤机制，增加了混凝土中氯离子的含量，提 高了混凝土中氯离子的扩散系数，加快了混凝土中氯离子的扩散速度。刘志勇研究发现，粉煤灰的掺入减少了生成Ca (OH) 2的量，更加降低了混凝土内部的PH值，使得碳化作用进一步增大了粉煤灰混凝土的氯离子扩散系数。金伟良的等在对沿海混凝土结构氯离子传输性能研究,通过拟合分析得出对流区深度为 520mm0姬永生总结以前研究成

10、果,认为该对流区深度也在520nm之同。MOntemOr 等加研究表明：加速碳化与氯盐复合作用使粉煤灰混凝土的抗氯离子侵蚀性能 降低，且粉煤灰含量越高氯离子含量越高；而自然碳化与氯盐复合作用下 粉煤灰含量越高氯离子含量越低。Puatatsananon 等29)采用二维非线性有限差分程序，分析了氯离子和碳化共同作用下钢筋混凝 土的劣化机理。研究发现，碳化生成了碳酸钙，使混凝土孔隙减少，从而 阻碍氯离子在混凝土中的扩散。等等1.3 RpC耐久性的研究现状Tangl30j利用RCM法测定混凝土氯离子扩散系数，系统论述了稳定渗透试验和不稳 定渗透试验中扩散系数和迁移系数的关系，建立了稳定渗透试验中扩散

11、系数 与迁移系数的方程。Arya，等将掺有15%硅灰的水泥试件浸泡在0. 56molL的氯化钠溶液中，表明掺入硅 灰的水泥试件抗氯离子性能增强。Dhir等人利用平衡法研究了水泥对氯离子的吸附，表明使用部分粉煤灰取代水泥用 量,可以增加氯离子的吸附能力。ChiSunPoond等采用电量法对粉煤灰混凝土抗氯离子扩散性能进行了相关研究，表明混凝土 抗氯离子扩散性能随着粉煤灰掺量的增加而提高。MichaelD. . Thomas13 等通过现场暴露试验，研究了粉煤灰和矿粉对混凝土中氯离子扩散的影响，表 明在短期条件下，两者对氯离子扩散的影响并不明显，但随着时间的持续， 两者的掺入大大增强了结构抗氯离子

12、渗透的能力。安明吉吉阿等利用快速氯离子迁移系数法，得出RPC中氯离子迁移系数与加载度的关系 曲线图。刘娟红的等人研究了不同养护制度对大掺量矿物细粉活性粉末混凝土性能的影响，并通 过孔结构和扫描电镜实验对其微结构进行了分析。李海艳等利用扫描电子显微镜,研究了经历不同高温后的RPC微观结构的变化和物象 组成。1.4 RPC的发展趋势RPC可应用的领域非常广泛,在土木工程领域中，随着我国高层建筑和大跨结构迅速增加, 为RPC的应用提供了巨大的市场，且在结构及桥梁改造、特种结构工程中也具有广阔的应用 前景。从工程应用的角度来看，RPC在以下几个方面具有较好的发展和应用前景：(1)预应力结构和构件。目前

13、由于建筑结构对混凝土预制构件的需求量较多，因此预应 力厂家如果投入适量的资金，对部分设备进行改造，完全可以生产上述活性粉末混凝土预制 构件。利用RPC的超高强度与高韧性，能生产薄壁、细长、大跨等新颖形式的预制构件，可 大幅度缩短工期和降低工程造价。(2)钢-混凝土组合结构。众所周知，钢筋混凝土的最大缺点是自重大，一般的建筑中 结构自重为有效荷载的8 10倍。而用无纤维RPC制成的钢管混凝土，具有极高的抗压强度、 弹性模量和抗冲击韧性，用它制作高层或超高层建筑的结构构件，可大幅度减小截面尺寸和 结构自重，增加建筑物的使用面积与美观，因此RPC钢管混凝土构件有着广阔的应用前景。(3)特殊用途构件。

14、RPC的孔隙率极低，具有超高抗渗性及良好的耐磨性，不但能够防 止放射性物质从内部泄漏，而且能够抵御外部侵蚀性介质的腐蚀，可以用于生产核废料储存 容器和各种耐腐蚀的压力管和排水管道，不仅可大大降低造价,而且可大幅度延长构件的使 用寿命。另外，RPC的早期强度发展快，后期强度极高，用于补强和修补工程中可替代钢材 和昂贵的有机聚合物，既可保持混凝土体系的有机整体性，还可降低工程造价。(4) 1)覆面镶板结构，2)核电站工程领域，3)下水道系统。L5问题的提出现今，RPC不仅经济而且实用，在各个方面表现优秀，但是总结国内外的研究成果，我 们发现，RPC的耐久性研究只是停留在各方面参数上，即研究没有给出RPC具体保护层厚度， 也没有规范提供参考。虽然RPC在各个方面都有着优异的性能，并且国内外学者都对其进行 了全面的研究：抗碳化，抗冻融，抗磨蚀，抗氯离子侵蚀等。但是最关键需要考虑的氯离子 侵蚀却并没有给出一个充分可靠的保护层厚度结论，针对这种实际应用中没有依据的情况， 本课题以此没着力点，以求作出自己的贡献。二、论文的研究内容、研究目标，以及拟解决的关键问题（包括具体研究与开发的主要内容、 目标和要重点解决的关键技术问题）2