摘 要

钢筋混凝土把钢筋与混凝土两种材料在力学性能上的优点集合了起来，在日常道路和桥梁工程以及海洋工程结构中均作为第一个选择。混凝土结构的侵蚀会导致其结构提前失效，达不到预期的使用年限，其中大部分是由于结构耐久性不够引起的。尤其是在海洋工程中，游离氯离子通过混凝土内部的孔道抵达钢筋表面造成钝化膜破坏、最终导致钢筋腐蚀，丧失了耐久性，会对整个结构的安全性和使用性造成巨大影响，人们一直在寻找一种可应用在海洋环境中的新型耐腐蚀的筋材。

本课题对两种新型筋材——钛合金和复合钢的腐蚀行为进行研究，通过电化学测试技术，分析了氯离子浓度对钢筋锈蚀的影响，以及不同离子的引入对钢筋耐蚀性的影响，比较了钛合金、复合钢与传统碳钢在耐蚀性上的差异。

研究结果表明：在模拟海洋环境中，氯离子浓度的上升会加快钢筋腐蚀的速率； SO₄^2-会促进钢筋的锈蚀，CO₃^2-离子会延缓钢筋的锈蚀；在筋材对比中，钛合金的耐腐蚀性能优异，复合钢外层的不锈钢层在不被破坏的情况下能够抵御内部碳钢锈蚀。

关键词：海洋环境 钢筋腐蚀 耐蚀性 新型筋材 钢筋防护

Abstract

Reinforced concrete is the preferred form of daily civil engineering and marine engineering due to the combination of steel and concrete. The erosion of the concrete structure causes the structure to fail prematurely, which does not reach the expected service life, most of which is caused by insufficient structural durability. Especially in marine engineering, chloride ions penetrate into the steel surface through concrete pores, which leads to the loss of durability of steel corrosionwhich will have a great impact on the safety and reliability of the whole structure. People have been looking for a new type of corrosion resistantribs which could be applicated in the marine environment.

In this paper, the cauterization process of two new reinforced materials—titanium alloy and composite steel, was studied. By electrochemical test technology，the effect of chloride ion concentration on steel corrosion and corrosion resistance of reinforcement bars by introducing different ions was analyzed. The difference of corrosion resistance between titanium alloy, carbon steel and traditional carbon steel was compared.

The results show that in the simulated marine environment, the growth of chloride ion concentration will stimulate the corrosion rate of steel bars; the introduction of SO₄^2- will promote the corrosion of steel bars, and the introduction of CO₃^2- ions will delay the corrosion of steel bars; in the comparison of steel materials, titanium alloys Excellent corrosion resistance, the stainless steel layer on the outer layer of the composite steel can resist the corrosion of the internal carbon steel without being damaged.

Keywords:marine environment;steel corrosion;corrosion resistance;new reinforcement; reinforcement protection

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2盐类侵蚀钢筋混凝土的机理分析 2

1.2.1钢筋锈蚀 2

1.2.2新型筋材在海洋环境中的应用 3

1.3钢筋混凝土腐蚀检测的电化学方法 4

1.3.1线性极化电阻技术 4

1.3.2电化学阻抗谱技术 5

1.4 主要研究内容和研究思路 7

第二章 实验材料及试验方法 8

2.1实验材料及处理方法 8

2.2实验用化学试剂 9

2.3实验用仪器 9

第三章 实验数据处理及分析 11

3.1模拟海洋环境中电极腐蚀行为的研究 11

3.1.1相同环境下侵蚀时间对于电极腐蚀行为的影响 11

3.1.2相同龄期时侵蚀氛围对于电极腐蚀行为的影响 13

3.1.3相同条件下不同材料的电极的腐蚀性研究 15

3.2钢筋表面锈斑对比 19

第四章 结论与展望 22

4.1结论 22

4.2展望 22

参考文献 23

致谢 25

第一章 绪论

1.1前言

新时期随着中国的现代化发展，基建设施的不断完善，对水泥的生产消耗一直稳居世界前列，拿近几年的数据来说，2016年至2018年三年总的水泥产量约为69亿吨，其中2018年我国水泥产量就大约有22.05亿吨。而我国近几年水泥的产量正在处于逐年下降趋势，一部分原因是基础设施的建设减少，另一个原因是一系列矿物掺合料的开发利用，例如矿渣、粉煤灰、钢渣、石灰石等，取代了一部分水泥的使用^[1]。但是钢筋混凝土仍然是构成建筑结构的主要材料，在楼盘建设、道路铺设、大坝筑造、船舶构建等一系列工程应用场景，其地位依旧是独树一帜的。为了提高混凝土结构的使用年限，维护其耐久性，材料界投入了许多精力进行研究。而砼结构的耐久性是指，砼结构在外界影响、应用场景及材料内部微观因素共同作用下，在设计使用年限内，不需要对结构二次投入大量资金以维护其结构的稳定性，摒除安全隐患。

海洋环境中，钢筋混凝土结构长时间受到周围的极端环境带来的不利因素的影响^[2]，其混凝土和钢筋均有可能提前发生破坏。有研究表明，氯离子是导致钢筋混凝土发生腐蚀的主要因素^[3]。有研究发现处于海洋浪溅区和潮汐区的一些建筑与工程设施，发现由于氯离子的侵入腐蚀，混凝土内部的钢筋产生铁锈并且膨胀，而此时混凝土中的碳化深度仅为几毫米^{[2, 4]}。

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