随着我国土木工程建设的迅速发展,混凝土材料大量应用于高层建筑、跨海大桥、港口码头、水库大坝等大型工程结构中。耐久性是影响这些混凝土结构使用寿命的主要因素。然而,这些混凝土结构所处的环境非常恶劣,特别是海工混凝土结构,长期受到海风、海雾和海水的侵蚀,容易造成钢筋锈蚀等损伤。这些损伤不断积累造成结构提前失效,直接降低了结构的耐久性。因此,研究海洋环境下混凝土材料的性能和钢筋混凝土结构的耐久性是非常必要的。电化学分析方法具有测试简单、灵敏度和准确度高等优点,同时便于对混凝土材料性能的演化进行中长期监测。因此,采用电化学方法对混凝土及混凝土结构的耐久性进行研究。本文利用电化学阻抗谱对混凝土水泥水化过程、氯离子侵蚀和钢筋锈蚀等进行了研究,采用腐蚀电位法、线性极化法、循环伏安法和Mott-Schottky曲线等对混凝土中钢筋的锈蚀进行了分析,并且与电化学阻抗谱分析结果进行了对比。本文的主要研究内容和结论如下:(1)利用电化学阻抗谱法分别对普通混凝土和粉煤灰混凝土的水泥水化过程进行了研究。通过对电化学参数的分析,讨论了水泥水化过程中混凝土微观结构的变化。研究表明,随着水灰比的减小,孔溶液电解质电阻Rs、电荷传递反应电阻Rct和阻抗系数δ均呈现增加的趋势,混凝土孔隙率越小,结构越密实。对于粉煤灰混凝土,在相同龄期条件下,粉煤灰掺量越大,水泥水化基体电阻R1的增长率越低,说明水泥水化速率随粉煤灰掺量的增加而降低。(2)研究了模拟海洋环境下普通混凝土、粉煤灰混凝土、矿渣混凝土、粉煤灰/矿渣混凝土中氯离子的扩散过程,并采用准Randles型等效电路进行电化学分析。研究表明,随矿物掺合料掺量的增加,孔隙溶液电解质电阻Rs、电荷传递反应电阻Rct和阻抗扩散系数δ不断增大,相同深度下自由氯离子浓度则增大。相对于单掺30%的粉煤灰或矿渣,相同侵蚀时间下粉煤灰/矿渣混凝土中氯离子浓度的峰值更低。根据试验结果建立的混凝土中氯离子浓度与电化学阻抗谱参数(Rs、Rct、δ)及掺合料掺量、水胶比、时间等之间的关系,可以用来预测混凝土的氯离子浓度。(3)对模拟混凝土孔隙液中钢筋的钝化过程、脱钝过程及腐蚀过程中的电化学特性进行研究,并分析了钢筋钝化膜生成的最小pH值区间和不同pH值的孔隙模拟液中钢筋脱钝的氯离子门限阈值。研究表明,钢筋形成钝化膜的最小pH值区间为11.6-12,且钢筋钝化需要的时间随着pH值的增大而减小。在腐蚀萌生阶段,钢筋钝化膜电阻Rc不断降低,钝化膜电容Qc的容抗弧半径减小,逐渐发生点蚀;在腐蚀稳定阶段,钢筋钝化膜电阻Rc和电荷转移电阻Rd1均继续降低,钢筋表面的双电层电容Qd1升高,腐蚀由点蚀发展为局部腐蚀;在腐蚀恶化阶段,钢筋钝化膜电阻Rc和电荷转移电阻Rd1均继续降低且下降幅度较大,钢筋表面的双电层电容Qd1继续升高,扩散尾部分的电阻降低电容增加,腐蚀由局部腐蚀发展为全面扩散腐蚀。(4)采用电化学方法对模拟混凝土孔隙液中铬合金钢筋的腐蚀过程进行研究,分析了不同pH值下铬合金钢筋脱钝的氯离子门限阈值和钢筋循环伏安过程的氧化还原反应。研究表明,铬合金钢筋具有双层钝化膜结构,腐蚀条件较碳钢钢筋更为苛刻,所需孔隙模拟液的pH值更低、氯离子浓度更高。模拟液pH值越低,模拟采用的等效电路的复杂性越高。铬合金钢筋的Nyquist阻抗谱分为两部分:钝化阶段阻抗谱接近平行于横坐标轴,钝化膜破坏阶段阻抗谱成半圆形。