【摘 要】
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钢筋混凝土材料是现今使用最为广泛的建筑材料之一。鉴于我国沿海战略的发展需要,滨海环境的钢筋混凝土基础设施发展需求日益强烈。然而,滨海环境下钢筋混凝土结构很容易受到环境的作用,尤其是在浪溅区,混凝土结构很容易受到氯离子侵蚀而诱发钢筋锈蚀。混凝土中的钢筋锈蚀会导致结构提前开裂,极大地缩短了原本设计的使用寿命,直接和间接地对国民经济造成了重大损失。针对于特殊环境的钢筋锈蚀问题,基于pH调节微胶囊技术为钢
【基金项目】
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国家自然科学基金-重点项目(51878411); 国家自然科学基金面上项目(51727813); 国家自然科学基金青年基金项目(U1801254);
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钢筋混凝土材料是现今使用最为广泛的建筑材料之一。鉴于我国沿海战略的发展需要,滨海环境的钢筋混凝土基础设施发展需求日益强烈。然而,滨海环境下钢筋混凝土结构很容易受到环境的作用,尤其是在浪溅区,混凝土结构很容易受到氯离子侵蚀而诱发钢筋锈蚀。混凝土中的钢筋锈蚀会导致结构提前开裂,极大地缩短了原本设计的使用寿命,直接和间接地对国民经济造成了重大损失。针对于特殊环境的钢筋锈蚀问题,基于pH调节微胶囊技术为钢筋混凝土结构耐久性问题提供了一种新型的解决方案,对于结构服役过程的性能保护和延长滨海环境下结构的使用寿命具有重大的意义。基于浪溅区环境作用、钢筋锈蚀理论和高分子微胶囊制备技术,本文设计了一种智能的OH-调节微胶囊体系以增强滨海环境下钢筋混凝土结构中钢筋的耐锈蚀能力,并采取微米级X射线断层扫描成像技术原位无损地追踪了微胶囊OH-调节微胶囊体系钢筋锈蚀保护过程。一般而言,钢筋锈蚀的开始往往与混凝土内部的氯离子浓度和OH-浓度相关。滨海环境浪溅区中的干湿循环过程不仅加速了氯离子的渗透,也伴随着碱度钙相的流失,使得滨海环境下的混凝土结构的钢筋锈蚀往往发生浪溅区。本文设计该智能OH-调节微胶囊体系以乙基纤维素材料(EC)为微胶囊囊壁材料和氧化钙(CaO)为囊芯材料,以调节钢筋混凝土内部的pH环境为主,保证钢筋钝化膜结构在一定pH环境的稳定,延缓钢筋锈蚀的发生或减低钢筋锈蚀速率。成功制备的智能OH-调节微胶囊(CaO/EC微胶囊)首先进行基本性能分析,包括微胶囊微观形貌、粒径区间以及与水泥搅拌过程的机械性能等基础指标。研究结果表明该智能OH-调节微胶囊具有微米级别粗糙的表面、适中的粒径尺寸、微胶囊分布均匀并与混凝土搅拌和水化后仍具备很好的机械性能,满足该体系混凝土的基本要求。其次,利用干湿循环试验来模拟滨海环境浪溅区作用,并采用新型无损的X射线计算机断层扫描(X-rayμCT)技术原位地跟踪和对比有无微胶囊体系钢筋混凝土结构的钢筋锈蚀特性,以及定量地分析该体系钢筋锈蚀缓蚀作用。研究结果表明:(1)智能OH-调节微胶囊体系能够通过延缓钢筋锈蚀的发生(起锈点);(2)智能OH-调节微胶囊体系通过pH调节来减缓钢筋锈蚀速率,以此延迟混凝土开裂(开裂点),以此表现出有效的钢筋锈蚀保护作用。(3)SEM研究表明,在干湿循环条件下,当Cl-侵蚀至混凝土时,微胶囊会被触发破裂,通过释放的CaO可以在混凝土中实现智能的OH-调控。(4)不同掺量的智能OH-调节微胶囊体系表现作用不一致,钢筋锈蚀保护效率与掺入的微胶囊量不成正比。过量的掺入微胶囊将引入新的混凝土强度问题。
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