高延性水泥基复合材料自愈合特性及其对氯离子传输与钢筋锈蚀性能的影响.pdf

摘 要 摘 要 水泥混凝土脆性较大，在约束收缩及拉伸载荷作用下易开裂，且裂缝往往会快速扩 展，严重影响结构耐久性。该问题在除冰盐环境、海洋环境、盐湖环境下尤为突出：开 裂的钢筋混凝土结构在氯离子作用下会快速锈胀破坏，导致结构失效。高延性水泥基复 合材料(HDCC)具有应变硬化和多缝开裂的特性，其优异的裂缝控制能力赋予该材料良 好的耐久性，将其应用于对裂缝宽度要求严格的建筑结构的施工及修补，有望解决混凝 土因裂缝扩展导致耐久性不足的问题，但是 HDCC 特有的微裂缝(宽度 100µm 以下)对 结构抗氯离子侵蚀特性的影响机理尚不明晰，限制了HDCC 在除冰盐环境、海洋环境、 盐湖环境下的应用。 本文采用超声无损检测、综合热分析、电化学测试和X 射线断层扫描等方法，探明 了干湿循环作用下裂缝宽度对HDCC 氯离子传输特性和内埋钢筋锈蚀特性的作用机制， 以及HDCC 的裂缝自愈合特性。 首先，研究了HDCC 的裂缝自愈合特性，随着干湿循环次数增加，HDCC 试件表面 微裂缝数量逐渐减少，平均裂缝宽度逐渐降低，同时动弹性模量及弯曲性能逐渐恢复， 其自愈合效果主要是通过未水化水泥颗粒继续水化、粉煤灰颗粒发生火山灰反应以及 CaCO3 结晶沉淀实现的，同时氯盐反应产物在自愈合过程中也起到了一定作用。 其次，定义了“氯离子传输深度增量( Δd) ”参数，用于表征裂缝宽度对HDCC 氯离 子传输特性的影响。结果表明：随着预制裂缝宽度增大，裂缝尖端区域内Δd 和氯离子 含量逐步增加，当裂缝宽度达到120µm 后，Δd 的增长趋势减弱，裂缝侧壁对氯离子传 输有一定的阻碍作用，宽度越小的裂缝自愈合效果越显著，对氯离子传输的阻碍作用越 大。 最后，针对HDCC 内埋钢筋锈蚀特性开展研究。与普通混凝土(NC)相比，HDCC 内 部钢筋不易发生锈蚀，当HDCC 试件表面带有延伸至钢筋的预制裂缝时，氯离子会通过 裂缝快速到达钢筋表面导致锈蚀，但是仅裂缝附近的钢筋发生轻微点蚀，腐蚀产物及自 愈合产物会填充裂缝，使得钢筋腐蚀电流密度逐渐降低，并基于钢筋锈蚀深度模型对保 护层开裂时间预测模型进行修正，修正模型可反映HDCC 强度对开裂时间的影响。 关键词：高延性水泥基复合材料；裂缝；自愈合行为；氯离子传输；钢筋锈蚀 I Abstract Abstract Cement concrete is brittle and easy to crack under the effect of confined shrinkage and tensile load, and the cracks tend to expand rapidly, which will affect the durability of concrete structure. This problem is especially serious under deicing salt environment, marine environment and salt lake environment: the cracked reinforced concrete structure will rust rapidly under the effect of chloride ions, leading to structural failure. High Ductility Cementitious Composites (HDCC) has the characteristics of strain hardening and multiple cracking. The excellent crack control ability of HDCC brings the material g