为研究冻融损伤环境下引气混凝土内部钢筋锈蚀规律和机理,同时考虑混凝土保护层厚度对内部钢筋锈蚀的影响,试验设计了不同保护层厚度的配筋普通混凝土和引气混凝土试件,分别利用半电池电位法和线性极化法测定了不同冻融循环次数下,试件内部钢筋的半电池电位值和腐蚀电流密度值。试验结果表明,随着冻融循环次数的增加,混凝土试件内部钢筋的半电池电位绝对值和腐蚀电流密度值均有显著增加,试件的抗锈蚀能力降低;但在相同冻融循环次数下,引气混凝土较普通混凝土具有更好的抗钢筋锈蚀性能;增加保护层厚度可以明显提高配筋混凝土的抗钢筋锈蚀能力。

通过对普通钢筋混凝土梁进行前期加载和海水干湿循环试验,使试验梁发生接近实际结构的机械与钢筋锈蚀耦合损伤,并对耦合损伤试验梁进行了抗弯加载试验。结果表明:耦合损伤梁的破坏形态均为适筋破坏;损伤度越高,耦合损伤试验梁的钢筋屈服越早,裂缝发展及顶部混凝土破坏过程相对越快,其屈服荷载、抗弯承载力、刚度退化也越明显;随着荷载的增加,耦合损伤试验梁的刚度退化速度和幅度也越明显。结合耦合损伤梁试验数据,对普通梁抗弯承载力、刚度理论计算公式的相关参数进行了拟合修正,推导出了耦合损伤试验梁的抗弯承载力和刚度计算公式。

从钢筋混凝土的钢筋锈蚀理论出发,结合混凝土材料科学,概述了微胶囊的制备方法与触发机理,列举了不同触发型微胶囊阻锈剂的触发方式及触发过程;介绍了适用于研究微胶囊基本性能与表征的测试体系;总结了国内外关于微胶囊阻锈剂对混凝土性能影响的试验成果,指出了研究现状中的一些不足,并在此基础上提出有待深入研究的问题。

研究了矿物掺合料对混凝土钢筋保护性能的影响。结果显示,单掺矿粉、粉煤灰与矿粉复掺均能改善混凝土的钢筋保护性能。粉煤灰和矿粉复掺时,改善混凝土钢筋保护性能效果最为显著,复掺总量为20%时,比基准混凝土钢筋锈蚀率减少了24.37%。通过对各配合比混凝土试样进行压汞试验和Sirion场发射扫描电镜实验观察混凝土表面形貌特征发现,粉煤灰与矿粉复掺使胶凝材料水化完全,混凝土表面较为致密,从而大大提高了混凝土对钢筋的保护性能。

对各种海砂混凝土体系下的钢筋成型钝化膜,再通电加速腐蚀对钢筋进行破钝,并综合电化学方法和钢筋失重率对比研究了各体系下的混凝土中钢筋锈蚀规律。结果表明,淡水拌合淡化海砂混凝土体系中的钢筋耐锈蚀能力较好;随着Cl^-浓度的提高,钢筋的腐蚀行为越严重,但是存在临界Cl^-浓度。经过淡化处理的海砂使其氯离子含量降低至一定值内,是可以代替河砂使用。若直接用海砂来配制混凝土,则需要使混凝土内部生成或者本身带有较强的碱性物质,进而才能抑制高氯离子含量的混凝土体系中钢筋的锈蚀行为。

采用CECS 220:2007《混凝土结构耐久性评定标准》中的相关公式,尝试在氯盐腐蚀环境下,对采用压蒸工艺和免压蒸工艺的PHC管桩中钢筋的锈蚀年限进行预估。计算结果表明,在设定氯离子浓度下,采用压蒸工艺的PHC管桩产品,其保护层厚度为40mm时,管桩中钢筋开始锈蚀的时间为43年,若保护层厚度为45mm时,管桩中钢筋开始锈蚀的时间为54年。采用免压蒸工艺生产的PHC管桩产品其保护层厚度为40mm时,管桩中钢筋开始锈蚀的时间为130.6年,若保护层厚度为45mm时,管桩中钢筋开始锈蚀的时间为165年。增加保护层厚度或提高管桩混凝土的抗渗能力可提高PHC管桩的抗氯盐腐蚀能力。