海洋环境中混凝土桩基的耐腐蚀性研究

海洋环境相对于淡水环境,其中的混凝土构件更易受到腐蚀介质的作用,产生性能退化.本文通过深入研究混凝土退化对沿海码头钢筋混凝土桩基产生的影响,分析了腐蚀作用过程中的主要影响因子,并总结了腐蚀作用致使码头耐久性下降的机制与规律.桩基的使用寿命与环境、材料等相关因素关系密切,各因子之间存在大小各异的耦合作用.本文针对工程实际...     

阻锈剂对海洋环境下混凝土中钢筋腐蚀影响的电化学研究

为提高海洋环境下钢筋混凝土结构的耐腐蚀性能,通过采用线性极化(LPR)与交流阻抗(EIS)2种电化学方法分别测试得到了经模拟海水侵蚀后混凝土中钢筋的极化曲线与阻抗复平面图,从而得到腐蚀电位、极化电阻、混凝土电阻、电荷迁移电阻等关键电化学参数,以此分析并讨论了4种不同阻锈机理的新型阻锈剂(SBT~?-KLJ(Ⅵ)疏水化合孔栓物、SBT~?-RMA(Ⅱ)混凝土高效防腐剂、SBT~?-ZX(Ⅴ)复合氨基醇阻锈剂与改性亚硝酸钙阻锈剂)对混凝土中钢筋耐腐蚀性能的影响规律.结果表明:混凝土中钢筋的腐蚀过程分为过渡期与稳定期2个阶段,不同阶段呈现不同的电化学特征;SBT~?-RMA(Ⅱ)混凝土高效防腐剂对钢筋混凝土结构耐腐蚀性能的提升效果显著,SBT~?-ZX(Ⅴ)复合氨基醇阻锈剂与SBT~?-KLJ(Ⅵ)疏水化合孔栓物的提升效果较好,而改性亚硝酸钙阻锈剂的提升效果一般.     

一种内疏水型透水混凝土的研制

将疏水剂引入透水混凝土中,研制一种内疏水型透水混凝土.采用正交试验,以28 d抗压强度和透水系数为试验指标,研究孔隙率、水灰比、疏水剂种类3个因素及不同水平对内疏水型透水混凝土性能的影响;通过极差分析及综合平衡法,分析各因素影响的主次关系,得出最优方案为孔隙率20%,水灰比0.28,荷叶疏水剂;通过对比试验可知,在最优方案下,掺入4%疏水剂较不掺入疏水剂混凝土强度提高28.9%.     

涂覆异丁基三乙氧基硅烷混凝土氯离子渗透性

为研究硅烷浸渍剂涂覆层数对不同龄期混凝土抗氯离子渗透性能的影响,采用了混凝土快速氯离子迁移系数法(RCM),研究了硅烷浸渍混凝土(两种配合比)抗氯离子渗透性能。试验结果表明,硅烷浸渍处理可以有效抑制氯离子在混凝土中的渗透,2层浸渍剂涂覆对混凝土氯离子渗透性抑制作用最为显著,两种配合比混凝土试件28 d氯离子扩散系数较未经硅烷浸渍试件分别降低了37.4%和37.6%。     

304不锈钢表面复合硅烷膜的制备及其耐蚀性能

本文利用1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTSE)和1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(FDTS)两种硅烷自组装修饰304不锈钢表面,制备BTSE、FDTS硅烷膜和BTSE-FDTS复合硅烷膜。通过原子力显微镜(AFM)、X线能谱分析(EDS)和静态接触角(WCA)对样品进行表征。实验表明:与单层BTSE和FDTS硅烷膜相比,BTSE-FDTS复合硅烷膜厚度更大(平均厚度为30 nm),F元素分布均匀且更致密,疏水性更强,静态接触角达到120°。极化曲线和加速腐蚀试验表明BTSE-FDTS复合硅烷膜的抗腐蚀性能优于单层硅烷膜和未修饰的不锈钢。与未修饰的不锈钢相比,复合硅烷膜的缓蚀效率达到84.2%,腐蚀损失率减少72.8%。     

杂散电流及氯离子腐蚀共同作用下钢纤维混凝土强度的试验

针对地铁工程在沿海城市海水影响地段的服役环境,设计了杂散电流腐蚀试验模拟装置,研究了钢纤维体积率、导电溶液、粉煤灰掺量和阻锈剂掺量对钢纤维混凝土腐蚀影响的主次关系;研究了NaCl浓度和钢纤维体积率与钢纤维混凝土腐蚀后强度损失率Kc的关系.结果表明:在氯离子和杂散电流共同作用下,材料强度的损失显著,但是通过配合比优化设计可显著减小材料强度损失.研究成果可为钢纤维混凝土在地铁环境中的使用提供相关的试验基础.     

盐沼泽环境下公路桥梁桩基材料耐腐蚀试验

为解决盐沼泽环境下桥梁桩基础混凝土材料的耐久性,通过分别埋置在现场地表、水中、地下0.25m深和地下1.25m深的13个不同配合比的混凝土试件,历时360d的自然条件盐碱腐蚀环境下公路桥梁桩基混凝土材料腐蚀试验,系统地研究了掺和料(粉煤灰、矿粉、硅灰、膨胀剂、水泥基自愈合防水材料)种类及阻锈剂、抗硫酸盐水泥、钢护筒等对公路桥梁桩基混凝土抗侵蚀性能的影响,分别测试了混凝土立方体抗压强度和质量;采用扫描电镜、能谱仪和X衍射仪对混凝土进行微观分析,进而揭示其内部腐蚀机理;并提出混凝土抗侵蚀系数随龄期变化的回归公式。研究结果表明:埋置条件对混凝土抗侵蚀性能有一定影响,4种埋置条件中,放置在地表上的混凝土受侵蚀最严重,埋置在土中1.25m深处的混凝土腐蚀最轻,但不同混凝土试件略有差别;矿物掺和料的合理搭配能有效提高混凝土的抗侵蚀性能,其中矿渣应与膨胀剂掺和(CMP3),粉煤灰应与硅灰掺和(CMP7),水泥基自愈合防水材料应与硅灰掺和(CMP9);几种情况下360d内混凝土抗侵蚀系数均在0.85以上,具有较好的抗侵蚀性能;钢筋阻锈剂对混凝土的抗侵蚀性能有负面影响;所得回归公式可为混凝土耐久性的预测提供参考;腐蚀产物中发现了钙矾石、方解石、Friedel盐和硅灰石膏,这些腐蚀产物共同作用加速了混凝土的腐蚀;粉煤灰中活性成分Al_2O_3较高时,会加速钙矾石的生成,对混凝土不利。     

混凝土硅烷防水剂的合成及防渗性能研究

对十六烷基三甲氧基硅烷及KH560防水剂的合成工艺进行了室内试验分析。通过对接触角、抗氯离子渗透及吸水性试验测试,优选出硅烷防水剂最佳合成工艺为:调配pH=2～3的醇-水溶液,在搅拌(200r/min)条件下加入十六烷基三甲氧基硅烷,室温下反应30min,其中无水乙醇、水、十六烷基三甲氧基硅烷各种材料用量分别为20,0.5,2g。通过对合成的硅烷防水剂测试,混凝土表面接触角高达130°,表明该防水剂具有较好的防水防渗效果。     

防水处理对混凝土断裂能的影响

混凝土表面防水处理是防止混凝土腐蚀,延长混凝土寿命的有效措施之一.在众多防水措施中,涂刷硅烷乳液是常用的保护技术.通过三点弯曲试验测试不同施工量的硅烷乳液对混凝土断裂能的影响.研究表明:用硅烷乳液进行防水处理的水泥基材料,断裂能增大;并且断裂能随防水剂渗透深度的增大而增大.当防水剂渗透深度相同时,断裂能随水灰比的减小而增大.     

不同措施对热带海洋砼结构服役寿命的影响

海工钢筋混凝土结构由于长期受到海洋盐雾大气、浪溅与潮汐、高温等环境因素作用,大量氯离子侵入混凝土中,致使结构中的钢筋严重锈蚀,从而使混凝土结构难以达到50年的设计寿命要求.本文基于修正的氯离子扩散理论与可靠度理论,通过南海实际工程来探讨一些结构措施和附加措施对海工混凝土服役寿命的影响.结果表明:增大结构的保护层厚度能有效延长结构的服役寿命.对混凝土结构施加一定的附加防护措施,也能够有效地延长混凝土结构在热带海洋环境下的服役时间.最有效的附加防护措施是采用不锈钢钢筋,但是价格太高而应用受限,比较适用的是硅烷外涂或者使用阻锈剂,但对于一维结构而言仅仅使用其中一种并不能保证结构50年的设计寿命.     

铝合金的硅烷化工艺研究

本文研究了6063铝合金的硅烷化工艺。采用正交试验法对硅烷偶联剂溶液pH值、浓度、水解时间和醇水比等工艺进行了研究,采用单因素变量法对固化温度、固化时间等工艺参数进行了探讨。实验结果表明,体积分数3%的硅烷溶液在pH=8的条件下水解4 h,在180℃加热40 min得到耐蚀性较好的硅烷膜,可有效地提高铝合金基体的耐蚀性。     

基于XFEM的混凝土保护层锈胀裂纹分析

采用扩展有限元法(XFEM)和过盈装配的方式,建立了混凝土保护层非均匀锈胀开裂有限元模型。计算结果表明:首先在与钢筋接触的左右两侧10°~30°范围内形成包含数条微裂纹的裂纹带,对称于钢筋的中轴线背向发展,随着锈蚀程度的加深,在裂纹带形成一条斜向的主裂纹,从而导致保护层产生"楔形"破坏。通过对ABAQUS进行二次开发,提取了锈胀裂纹长度,发现裂纹长度与钢筋锈蚀率之间呈指数关系,指出裂纹发展可分为3个阶段(萌生区、扩展区和平缓区),应以裂纹进入平缓区的钢筋锈蚀率对结构进行评估,并给出了界限判据。与广惠高速公路沿线桥梁保护层剥落病害对比分析,验证了计算结果的精确性。     

AZ91D镁合金表面双层硅烷膜的制备及其性能研究

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）和双-1,2-[γ-三乙氧基硅丙基]-四硫化物（BTESPT）两种硅烷在AZ91D镁合金表面制备双层硅烷膜,通过正交试验选出了最佳制备工艺,即在KH-550硅烷中浸泡90 s,在BTESPT硅烷中浸泡5 min,再于80℃下固化90 min,得到550+BTESPT双层硅烷膜试样。通过接触角测试仪和动电位极化技术对试样进行润湿性和耐蚀性测试,通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析仪（EDS）对硅烷膜进行微观形貌和成分表征,通过X射线光电子能谱（XPS）对膜层元素的存在形式进行分析,结果表明：550+BTESPT双层硅烷膜表面接触角107.3°,表现为疏水性;在3.5%的NaCl溶液中,腐蚀电流密度为0.169 μA/cm²;硅烷膜表面形貌致密,主要有Mg、O、Si、S 4种元素组成;膜层中元素主要以Si-O-Si,Si-O-Mg,Si-O-X 3种形式存在。     

Sprayable coating based on fluorinated silica nanocomposites with superhydrophobic and antibacterial properties for advanced concrete

The porous hydrophilic nature of concrete structures makes them highly susceptible to chemical attack and bacterial adhesion, and the durability of concrete structures gradually decreases. In this work, a kind of sprayable coating with superhydrophobic and antibacterial properties was developed, which was used for surface engineering of concrete via the hydrophilic property of concrete and capillary action. The treated surface of concrete exhibited significant superhydrophobicity, with a static water contact angle of 162.4° and a sliding angle of 5°. The water absorption values of the treated concrete samples in merged in deionized water and 3.5 ?wt% NaCl solution for 7 days were measured as 1.85% and 2.71%, indicating the enhancement of water repellency by 72.03% and 80.11%, respectively. The antibacterial characterization revealed that the superhydrophobic coating enabled significantly reduced adhesion of bacteria, with the antibacterial rates of 84.57 ?± ?2.5% for E. coli and 90.43 ?± ?1.6% for S. epidermidis, respectively. The superhydrophobic coating provides hydrophobic protection for porous substrate structures and effectively reduce the corrosion damage of substrate materials, which is of practical significance for improving the durability of concrete structures.     

基于RSM的炭黑硅烷偶联剂复合改性沥青路用性能研究

炭黑对于沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性有很好的改性效果,但对于其水稳定性改性效果不明显,而硅烷偶联剂可以用于提升路面的抗水损能力,所以本文提出将炭黑和硅烷偶联剂同时加入沥青混合料中,研究复合改性沥青的路用性能。采用响应曲面法设计试验、进行试验然后分析结果,得到合成炭黑/硅烷偶联剂复合改性沥青的最佳改性条件,并通过车辙试验、真空饱水马歇尔试验及小梁低温弯曲试验来研究炭黑/硅烷偶联剂复合沥青混合料的路用性能。借助响应曲面法,得出了制备炭黑/硅烷偶联剂复合改性沥青的最佳炭黑、硅烷偶联剂的用量及剪切时间;通过车辙试验、马歇尔实验及低温小梁弯曲试验得出炭黑/硅烷偶联剂复合改性剂可有效地提升沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和低温抗裂性;其中硅烷偶联剂主要提高了其水稳定性和高温稳定性,而炭黑主要是提高了沥青混合料的低温抗裂性能和高温稳定性。     

SO2-4存在下水泥基复合材料力学性能研究

以内掺复合掺合料、中砂、细石、普通硅酸盐水泥以及抗硫水泥制成的细石高性能混凝土作为研究对象,在硫酸盐溶液中进行一百次干湿循环后,以抗折强度和抗压强度的变化来说明硫酸盐侵蚀对混凝土耐久性的影响.结果说明混凝土试件的抗折强度比抗压强度更敏感,能够更好地反映混凝土试件的破坏程度;在干湿交替的水侵蚀环境中,不宜采用普通水泥混凝土和抗硫酸盐水泥混凝土;在干湿交替的硫酸盐侵蚀环境中,不宜采用普通水泥混凝土.在硫酸跟浓度小于5000mg/L的硫酸盐侵蚀环境中,可以选择使用抗硫酸盐水泥混凝土;在干湿交替的水侵蚀和硫酸盐侵蚀环境中,加入复合掺和料的混凝土能够更好地发挥抵制恶劣环境的作用.通过硫酸盐侵蚀机理分析说明加入辅助胶凝材料能够有效的提高盐渍土地区混凝土抵抗硫酸盐侵蚀的能力.     

早龄期受硫酸盐侵蚀下的混凝土分层腐蚀模型

为研究早龄期受硫酸盐侵蚀下混凝土的损伤劣化规律，本文采用压汞法（MIP）测定了清水环境和硫酸盐环境下不同腐蚀龄期混凝土试样的孔隙率，利用分光光度法测定了混凝土中硫酸根离子的分布，并测试了不同腐蚀龄期混凝土的超声波声速值。结果表明：清水组中混凝土的孔隙率先降低后逐渐趋于一个定值，硫酸钠溶液中混凝土的孔隙率则先降低后增加；混凝土超声波声速值的变化规律与孔隙率的变化规律呈负相关性。最后，结合硫酸根离子的分布规律和Fick第二定律，建立了腐蚀混凝土分层理论计算模型，并利用混凝土密实速率系数评估了混凝土的损伤劣化进程。     

饱水混凝土中硫酸根离子扩散-反应模型研究

针对硫酸盐环境下混凝土的劣化问题,本文从腐蚀机理出发,采用Fick第二定律,考虑硫酸根离子在混凝土中扩散的曲折度,结合水泥水化、腐蚀产物填充和材料损伤度对孔隙的影响建立了硫酸盐侵蚀下混凝土的扩散-反应模型;开展了3种水灰比的混凝土在2种浓度的硫酸盐侵蚀条件下的浸泡腐蚀试验,并与模型计算结果对比分析。结果表明：模型计算值与试验实测值基本一致;相同浓度下,水灰比越大混凝土内部同一截面硫酸根离子含量越高;水灰比一样的混凝土,侵蚀浓度越高腐蚀产物填充孔隙周期越短,相同周期内侵蚀深度越大。最后通过建立的混凝土受硫酸根离子侵蚀的最大深度预测模型,可见硫酸盐侵蚀混凝土的最大侵蚀深度随着侵蚀龄期的延长而逐渐变缓,后随着腐蚀产物对混凝土产生损伤,扩散速率加快,侵蚀深度变大。     

硅烷偶联剂对金刚石表面改性研究

用硅烷偶联剂KH550的醇水溶液和甲苯溶液分别对金刚石表面进行改性,研究了两种表面改性方法对金刚石表面性质的影响.结果表明,两种表面改性方法均可实现KH550与金刚石表面的化学结合,改变其表面Zeta电位,减少金刚石之间的团聚,且KH550甲苯溶液改性效果优于KH550的醇水溶液.