1. 研究目的与意义
钢筋混凝土结构是目前工程中主要应用的结构形式，其耐久性是一直以来的主要研究焦点之一，过去因“薄耐久性，重高强度”的传统设计思路，致使混凝土耐久性过低，混凝土结构过早老化，从而大大影响了建筑整体的安全性。而钢筋作为钢筋混凝土中的重要组成部分，更是需要考虑的一个方面。其中环境介质（主 要指CO2，氯盐） 的侵蚀，会引起混凝土中的钢筋锈蚀，而钢筋锈蚀是严重威胁钢筋混凝土耐久性的最主要、最普遍的病害。会导致结构承载能力和正常使用性能明显降低，而其中的氯离子渗透被公认为是造成钢筋锈蚀的最主要原因，其会使钢筋锈蚀，从而致使混凝土结构提前破坏。
对于氯盐和硫酸盐复合情况，以往研究多关注 于单一侵蚀介质对于钢筋混凝土侵蚀过程；尤其硫 酸盐侵蚀， 更多关注其对水泥基材料本身造成的物理化学破坏。而钢筋混凝土实际服役环境中氯盐和 硫酸盐等多种侵蚀离子共存， 钢筋腐蚀受到复合离 子作用。 Al-Tayyib通过在钢筋混凝土试件中内掺 硫酸盐和氯盐，研究了其中钢筋随试件浸泡时间的 腐蚀变化。研究结果表明，硫酸根离子的存在一定 程度上对钢筋存在腐蚀性， 但腐蚀作用低于氯离子。 Pradhan研究了混凝土和模拟混凝土孔溶液中不 同浓度比的氯离子和硫酸根子对于钢筋腐蚀电位和 腐蚀电流密度的影响。结果表明， 高浓度的硫酸钠 抑制了钢筋腐蚀， 硫酸镁则加速了混凝土中钢筋的 腐蚀。 Dehwah 同样采用了内掺氯盐和硫酸盐的方 法，研究混凝土中钢筋锈蚀， 结果显示硫酸盐的存 在并未影响钢筋腐蚀的起始时间， 然而随着硫酸盐 掺量的升高， 钢筋开始腐蚀后的腐蚀速率明显升高。 Al-Amoudi对比研究了内掺硫酸盐和外渗硫酸盐 两种情况下， 混凝土中钢筋的腐蚀演变。结果表明， 内掺的硫酸盐改变了水泥水化进程，使得混凝土中 孔溶液化学性质有所改变，进而影响了钢筋腐蚀特 性。硫酸盐外渗情况下，钢筋混凝土并无明显腐蚀 迹象； 而氯盐和硫酸盐共存外渗情况下， 钢筋腐蚀 速率有所升高。此外， Haleem 在混凝土模拟孔溶液 中进行了一系列研究工作 ，探索了氯盐和硫酸盐不同浓度、不同结合阳离子种类情况下钢筋腐蚀 电位和腐蚀电流。
本工作中针对钢筋在不同侵蚀离子情况下的 腐蚀行为和规律进行了研究，包括单一氯盐腐蚀、 单一硫酸盐腐蚀、氯盐-硫酸盐复合、模拟海水氯 盐腐蚀，分析了硫酸盐和氯盐-硫酸盐复合情况下 钢筋腐蚀电位、腐蚀电流密度演变， 以期为钢筋混 凝土结构在多种侵蚀离子作用下的设计、施工与维 护提供科学依据。
2. 研究内容和预期目标
一、 研究内容
随着我国“一带一路”和“海洋强国”战略推进，越来越多的工业及民用建筑、重大基础设施和军事工程建设正在或即将在沿海地区、远海岛礁和西部盐湖盐渍土等地区进行。实际工程中，上述钢筋混凝土结构不仅面临荷载作用，同时也受到环境中氯离子、硫酸根离子等有害侵蚀介质的危害。本课题拟针对低合金耐蚀钢腐蚀行为开展研究，并利用反应分子动力学探索新型低合金耐蚀钢腐蚀行为机理，为钢筋混凝土结构在复杂环境中的设计施工、耐久性提升和寿命预测提供试验依据和理论支撑。
主要研究内容：
3. 研究的方法与步骤
（1）海水海砂混凝土中氯离子对低合金钢筋腐蚀行为影响与机理
利用电化学手段测试低合金钢筋腐蚀状态属于腐蚀科学研究中常用方法并准确解读电化学测试参数
（海水海砂混凝土中氯离子作用下低合金钢筋腐蚀进程与临界腐蚀浓度）1）监测海水海砂混凝土中的氯离子对低合金钢筋的腐蚀电位、极化电阻、腐蚀电流密度和交流阻抗演变。2）在试验过程中，定期利用X-CT观测海水海砂混凝土中低合金钢筋腐蚀坑产生与发展以及腐蚀产物时空三维分布规律；结合海水海砂混凝土中低合金钢筋的电化学各项参数变化，来判断低合金钢筋钝化、脱钝、活性腐蚀各特征阶段。研究侵蚀性离子作用下低合金耐蚀钢腐蚀与反应分子动力学模拟，分析实际工程中新型耐蚀钢筋在氯盐作用下腐蚀规律并研究反应分子动力学模拟中低合金耐蚀钢代表性单元建模与结构优化。3）基于海水海砂混凝土中低合金钢筋腐蚀阶段判定，对试件进行破损、取样、磨粉、过筛，溶解并进行电位滴定和离子色谱实验，测定脱钝的低合金钢筋周围水泥基材料中氯离子的总量和游离离子的含量，并利用pH计测试获取其pH值；综合分析模拟碱性条件下低合金耐蚀钢钝化与反应分子动力学进程（3）海水海砂混凝土中氯离子对低合金钢筋的腐蚀动力学模型建立，分析实际工程中新型耐蚀钢筋在氯盐作用下的腐蚀规律。
4. 参考文献
1] Angst U, Elsener B, Larsen C K, et al. Critical chloride content in reinforced concrete-A review. Cement and Concrete Research, 2009, 39(12):1122-1138.
[2] Angst U M, Elsener B. The size effect in corrosion greatly influences the predicted life span of concrete infrastructures. Science Advances, 2017, 3(8):e1700751.
[3] M.Aryanpour, A.C.T. van Duin, J.D. Kubicki. Development of a Reactive Force Field for Iron-Oxyhydroxide Systems J. Phys. Chem. A, 2010, 114, 6298-6307
5. 计划与进度安排
(1)第 1 周 –第 2 周(2.21 –3.6)：查阅文献资料，撰写文献综述以及开题报告；
(2)第 3 周 –第 5 周(3.7 –3.27)：研究水泥化学反应动力学原理， 分析水泥基材料水 化动力学模型建立步骤和方法；
(3)第 6 周 –第 8 周(3.28 –4.17)：分析锂渣基复合水泥水化放热速率曲线及累计放 热总量曲线，并通过 Matlab 及 Orign 等软件数据挖掘锂渣复合水泥水化放热特征参数。
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