磷酸锌改性钢纤维增强混凝土的制备及腐蚀性能研究

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钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的钢纤维形成的一种新型复合材料。钢纤维的存在能够有效阻碍混凝土内部微裂纹的扩展,显著提高混凝土基体的韧性和延展性,因此钢纤维混凝土被广泛应用于各种承载结构中。但是,在一些特殊的领域,如港口、码头、近海平台等一些具有腐蚀介质的环境下长期使用时,混凝土中的钢纤维易被腐蚀,从而影响纤维的桥接能力,降低混凝土结构的使用寿命。本文针对钢纤维混凝土耐腐蚀性能差问题,通过对钢纤维改性研究,界面结构、性能研究及不同腐蚀环境下(NaCl溶液、Na2SO4溶液、乙酸溶液)性能劣化规律,揭示钢纤维增强混凝土不同腐蚀环境下的腐蚀机理,提高钢纤维混凝土的耐蚀性能,从而扩展钢纤维混凝土的应用范围。本文取得的主要成果如下:(1)配制了一种以H3PO4、ZnO、Zn(NO32和蒸馏水为主要成分的磷化液,并通过研究磷化温度和磷化时间对磷酸锌涂层微观结构和耐蚀性能的影响,优化了磷化工艺参数。并通过物相分析、微观形貌、耐腐蚀性测试等手段对磷酸锌涂层进行分析表征,结果表明:磷酸锌涂层主要由磷酸锌相(Zn3(PO42·H2O)组成,磷化时间以及磷化温度的改变不会影响磷酸锌涂层物相的组成,但对微观形貌及耐腐蚀性影响较大。磷化温度为55℃和65℃,磷化时间小于20min时,磷酸锌晶形核数较少,不能完全覆盖基体表面,当磷化温度为85℃或是磷化时间超过20min后,晶粒发生溶解,导致膜层出现破损耐腐蚀性下降。当磷化温度为75℃、磷化时间为20min时制成的磷酸锌涂层晶粒细小致密,耐腐蚀性能最优。(2)研究了磷酸锌改性钢纤维混凝土与普通钢纤维混凝土的微观结构及界面特征,并比较了不同腐蚀介质对钢纤维混凝土界面结构和性能的影响。结果表明:由于磷酸锌改性钢纤维混凝土界面层中Zn3(PO42·H2O相与水泥颗粒、水等发生复合反应,磷酸锌改性钢纤维混凝土的界面层厚度较普通钢纤维混凝土降低20μm。经NaCl溶液、Na2SO4溶液、乙酸溶液腐蚀后磷酸锌钢纤维混凝土的平均界面粘结强度均没有明显下降,而对于普通钢纤维混凝土,腐蚀后平均粘结强度分别下降了1.9%、66.7%、35.9%。(3)通过干湿循环加速腐蚀试验研究了不同腐蚀环境下磷酸锌改性对钢纤维混凝土的抗压强度、抗折强度及弯曲韧性的影响,探讨了不同腐蚀介质对钢纤维混凝土的腐蚀机理,结果表明:经过NaCl溶液、Na2SO4溶液、乙酸溶液30次腐蚀循环后,磷酸锌改性钢纤维增强混凝土均未发生明显锈蚀现象。而对普通钢纤维混凝土的基本性能影响显著。三种腐蚀溶液对钢纤维混凝土抗压强度、抗折强度及弯曲韧性影响程度为:乙酸>Na2SO4>NaCl。乙酸溶液的侵蚀使混凝土产生砂浆脱落的现象,是混凝土加剧腐蚀的原因。
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