海砂表面高分子膜的表征及其对钢筋混凝土耐久性的影响机制研究

With the depletion of the river sand, the new mined river sand cannot meet the demands for building sand. The sea sand is resourceful and can remedy the deficiency of sand for construction. While the sea sand will endanger the construction. The safety of sea sand reinforced concrete structure is an important issue that needs to be solved. Therefore, the polymer film on the surface of sea sand is characterized. The method to test the chloride content of sea sand is analyzed. The law of chloride penetration around the sea sand is studied. And the effect of chloride on the rebar corrosion is also studied. Finally, the effect of polymer film on the mechanical property of concrete and the bond strength of reinforced concrete members is studied. Based on the above, the method of testing the chloride content of sea sand is established. The mechanism of durability property of sea sand concrete is explored. The research has great significance for the rational application of sea sand and the safety of sea sand concrete construction.

我国许多地方的淡水砂矿日渐枯竭，新生河砂量已不能满足建筑用砂的需求。而我国海砂资源丰富，可以很好地缓解建设用砂的紧张状况，但海砂在应用过程中会产生“海砂屋”等重大建筑安全隐患。本课题针对海砂应用过程中对海砂钢筋混凝土结构服役安全性能的迫切需求，拟通过对海砂表面高分子膜特性的表征，对海砂表面氯离子检测前处理方法的研究，对海砂型氯离子的扩散特征及其对钢筋腐蚀的作用机制的研究，以及海砂表面高分子膜对混凝土力学性能和钢筋混凝土结合力的影响机制的研究，获取海砂表面氯离子含量的检测方法，探索海砂对钢筋混凝土腐蚀耐久性的影响机制。为海砂的合理应用及海砂混凝土建筑的服役安全性提供参考和支持。

本文以海砂质量控制和海砂在建筑中的安全应用为研究背景，以海砂表面多分子膜特性研究为契入点，就海砂对对钢筋混凝土腐蚀耐久性的影响机制进行了较为系统的研究。.通过热重分析、离子色谱检测和总有机碳分析等研究了海砂表面的有机物、无机盐以及有机物和无机盐的交互作用。研究表明，海砂表面含有一层与海水成分相关的有机物和无机盐（Cl–、Na+、Mg2+、SO42–、Ca2+等）组成的多分子膜。这层多分子膜将影响氯盐的溶解和扩散，导致国标法不适用于海砂中氯离子含量检测。因此，采用单因素变量法研究了海砂氯离子检测前处理方式（加热温度、保温时间、制样方式、取样质量）以及海砂特性（pH和硫化物浓度）对海砂氯离子检出值的影响，进而确定了适用于海砂氯离子含量检测的新方法。然后通过对河砂、河砂+盐水、不同氯离子含量的海砂砂浆试样中钢筋的腐蚀电位和电化学阻抗谱的连续监测，研究了不同引入方式的氯离子和不同浓度的海砂型氯离子对钢筋腐蚀的影响规律。研究表明，钢筋的腐蚀与海砂中水溶性Cl-含量正相关，但海砂中的Cl-与其它内渗型Cl-不同，由于其表面多分子膜的束缚，Cl-不会立即全部释放，将随着水化反应的进行和浸泡时间的延长逐渐释放到孔溶液中，扩散到钢筋表面对钝化膜产生破坏。最后通过对河砂、不同净化程度的海砂砂浆试样经过不同养护条件下的抗折强度和抗压强度的连续监测，以及对不同砂浆试样耐冻融循环测试，研究了海砂表面多分子膜对砂浆力学性能及耐久性的影响。研究表明海砂表面多分子膜的存在不利于骨料和水泥凝胶界面结合，导致砂浆抗高温养护能力和抗冻性能下降。充分净化后的海砂用于制备砂浆试样时将拥有优良的力学性能、耐高温养护能力和抗冻性能。以上研究为海砂的合理应用和质量控制提供了数据和技术支持。