混凝土结构耐久性电化学方法——防护、修复、提升和控制

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 问题的提出 3
1.1.1 耐久性问题的重要性 3
1.1.2 耐久性问题的成因 4
1.1.3 耐久性的劣化阶段 6
1.1.4 耐久性问题的解决方案 9
1.2 传统的耐久性防护与修补 9
1.2.1 表面涂层法 10
1.2.2 阻锈剂法 10
1.2.3 修补方法 11
1.3 传统的耐久性电化学技术 12
1.3.1 阴极保护技术 12
1.3.2 电化学除盐 13
1.3.3 钢筋阻锈剂与电渗阻锈 14
1.4 电化学方法的技术标准 17
1.5 本书的目的 18
参考文献 19
第2章 混凝土内部的离子传输 23
2.1 多离子传输模型 25
2.1.1 基本方程 25
2.1.2 电势场条件 26
2.1.3 电势场条件的模拟分析 27
2.1.4 实验验证 34
2.2 物质反应影响 36
2.2.1 析氢与耗氧反应 36
2.2.2 离子结合效应 37
2.2.3 离子分布影响 40
2.3 孔隙演变影响 42
2.3.1 孔隙率实验 42
2.3.2 孔隙率变化模型 44
2.3.3 对离子传输的影响 45
2.4 环境温度影响 49
2.4.1 环境温度效应 49
2.4.2 氯离子的结合效应 50
2.5 钢筋分布影响 52
参考文献 54
第3章 双向电迁移的电化学作用 57
3.1 基本原理 59
3.1.1 离子电迁移的基本理论 59
3.1.2 双向电迁移的基本原理 60
3.2 电迁移型阻锈剂 61
3.2.1 阻锈剂的种类 62
3.2.2 胺类阻锈剂的初选 63
3.2.3 胺类阻锈剂的阻锈原理 65
3.3 钢筋的氢脆 66
3.3.1 氢脆现象 66
3.3.2 氢脆理论 67
3.3.3 氢脆分类 69
3.3.4 氢脆的防止措施 69
3.3.5 析氢控制机理 70
3.3.6 钢筋氢脆评价方法 72
3.4 临界极化电流密度 72
3.4.1 测定程序 72
3.4.2 稳态临界析氢电流密度 73
3.4.3 非稳态下析氢电流密度 74
3.5 纳米粒子电迁移原理 75
3.5.1 电动纳米修复 75
3.5.2 对微观结构的影响 76
3.5.3 对元素组成的影响 77
3.5.4 对孔隙率的影响 78
3.5.5 效果评价 79
参考文献 80
第4章 电化学的防护技术 83
4.1 阴极保护原理 85
4.1.1 基本原理 85
4.1.2 适用条件 86
4.1.3 分类 87
4.2 外加电流阴极保护 88
4.2.1 主要特点 88
4.2.2 系统的组成 88
4.2.3 系统设计 90
4.2.4 国内外技术规范的对比 96
4.3 牺牲阳极阴极保护 97
4.3.1 主要特点 97
4.3.2 材料性能 97
4.3.3 系统设计 100
4.3.4 国内外技术规范的对比 101
4.4 工程案例 102
4.4.1 工程概况 102
4.4.2 设计依据及技术要求 102
4.4.3 系统组成 102
4.4.4 系统分区 103
4.4.5 RECON 控制系统 103
4.4.6 系统安装 105
4.4.7 系统测试 105
参考文献 106
第5章 电化学的修复技术 109
5.1 修复前的技术准备 111
5.2 技术的特点和局限性 112
5.3 电化学除氯技术 113
5.3.1 基本原理 113
5.3.2 国内外研究现状 114
5.3.3 适用范围 114
5.4 电化学再碱化技术 115
5.4.1 基本原理 115
5.4.2 国内外研究现状 116
5.4.3 适用范围 116
5.5 电沉积技术 117
5.5.1 基本原理 117
5.5.2 国内外研究现状 117
5.5.3 适用范围 118
5.6 双向电迁移技术 119
5.6.1 基本原理 119
5.6.2 国内外研究现状 120
5.6.3 适用范围 120
5.7 应用案例 121
参考文献 131
第6章 电化学的提升技术 133
6.1 电化学提升效果评价方法 135
6.1.1 钢筋提升效果评价方法 135
6.1.2 混凝土提升效果评价方法 136
6.2 钢筋和混凝土性能提升 136
6.2.1 钢筋耐蚀性能提升 136
6.2.2 混凝土碱度提升 138
6.2.3 混凝土孔结构提升 143
6.2.4 基于纳米电迁的混凝土性能增强 146
6.3 混凝土构件性能的提升 149
6.3.1 钢筋网布置下的离子分布规律 150
6.3.2 钢筋网布置下的钢筋极化特征 155
6.4 结构性能与寿命的提升 157
6.4.1 氯盐侵蚀结构性能与寿命提升 157
6.4.2 钢筋脱钝结构性能与寿命提升 163
6.4.3 钢筋初锈结构性能与寿命提升 168
6.4.4 开裂混凝土结构性能与寿命提升 174
参考文献 184
第7章 电化学的控制技术 185
7.1 钢筋氢脆抑制机理 187
7.1.1 阻锈剂的氢脆抑制机理 187
7.1.2 阻锈剂的氢脆抑制效果 190
7.2 钢筋变形性能控制 194
7.2.1 基于析氢反应的电化学参数控制 194
7.2.2 基于氢脆指标控制的双向电迁移试验 197
7.3 构件性能控制 203
7.3.1 构件静力性能的控制 203
7.3.2 构件疲劳性能的控制 210
7.4 劣化过程控制 219
7.4.1 氯离子浓度监测 220
7.4.2 钢筋锈蚀电化学监测 223
7.4.3 混凝土锈胀开裂监测 230
7.5 失效寿命控制 237
7.5.1 临界氯离子浓度识别 237
7.5.2 钢筋脱钝识别 250
参考文献 254
第8章 预应力结构的电化学方法 257
8.1 预应力结构的电化学问题 259
8.1.1 预应力混凝土结构的耐久性 259
8.1.2 预应力筋氢脆敏感性高的成因 259
8.1.3 电化学修复参数对预应力筋氢脆敏感性的影响 260
8.2 预应力筋的电化学效应 261
8.2.1 试验设计 261
8.2.2 不同通电时间对预应力筋氢脆的作用效应 263
8.2.3 不同电流密度对预应力筋氢脆的作用效应 267
8.2.4 不同电解质溶液对预应力筋氢脆的作用效应 272
8.3 预应力结构的电化学提升控制 274
8.3.1 试验设计 275
8.3.2 应力-应变曲线特征 275
8.3.3 断裂能比控制 277
8.3.4 电化学提升控制建议 278
参考文献 278
第9章 工程应用 281
9.1 桥梁工程运营期的预防性维护 283
9.1.1 工程背景 283
9.1.2 实施过程 284
9.1.3 应用效果 286
9.2 桥梁工程施工期缺陷治理 289
9.2.1 工程背景 290
9.2.2 实施过程 291
9.2.3 应用效果 292
9.3 房屋建筑施工期缺陷治理 293
9.3.1 工程背景 293
9.3.2 实施过程 295
9.3.3 应用效果 298
9.4 “海砂屋”的防治与提升 301
9.4.1 工程背景 301
9.4.2 实施过程 302
9.4.3 实施效果 304
参考文献 305
附录一 在混凝土结构耐久性电化学方面作者指导的研究生学位论文(2012～2020年) 307
附录二 作者在混凝土结构耐久性电化学领域发表的论文(2010～2020年) 308
索引 312
后记 314
CONTENTS
Preface
1 Introduction 1
1.1 Statement of Problem 3
1.1.1 Importance of Durability 3
1.1.2 Cause of Durability Problem 4
1.1.3 Deterioration of Durability 6
1.1.4 Solution to Problem of Durability 9
1.2 Protection and Repair on Traditional Durability 9
1.2.1 Surface Coating Method 10
1.2.2 Rust Inhibitor Method 10
1.2.3 Repair Technology 11
1.3 Traditional Electrochemical Techniques for Durability 12
1.3.1 Cathodic Protection Technology 12
1.3.2 Electrochemical Desalination 13
1.3.3 Steel Bar Rust Inhibitor and Electroosmosis Rust Inhibitor 14
1.4 Technical Standards for Electrochemical Methods 17
1.5 Purpose of This Book 18
Reference 19
2 Ion Transport in Concrete 23
2.1 Multi-Ion Transport Model 25
2.1.1 Fundamental Equation 25
2.1.2 Condition of Potential Field 26
2.1.3 Simulation Analysis for Condition of Potential field 27
2.1.4 Experimental Verification 34
2.2 Influence of Material Reaction 36
2.2.1 Hydrogen and Oxygen-Consumption Reaction 36
2.2.2 Effect of Ionic Bond 37
2.2.3 Influence of Ion Distribution 40
2.3 Influence of Pore Evolution 42
2.3.1 Porosity Experiment 42
2.3.2 Model of Porosity Change 44
2.3.3 Influence for Ion Transport 45
2.4 Influence of Ambient Temperature 49
2.4.1 Environmen