论文部分内容阅读
针对日益严峻的由钢筋腐蚀引起混凝土耐久性不足的问题,本课题致力于研究保障钢筋混凝土结构的耐久性。基于目前的钢筋混凝土修复技术中的外加电流阴极保护技术(Impressed Current Cathodic Protection,ICCP)和结构加固技术(Structural Strengthening,SS),本课题组提出了一种新型钢筋混凝土耐久性保障策略—ICCP-SS系统。ICCP-SS系统中的粘结剂是起到将双重功能材料和混凝土界面相结合的作用,所以作为粘结剂既要满足系统界面电连通性的要求又要满足界面力学性能的要求。但是,目前钢筋混凝土的加固研究中大都是采用环氧树脂胶来作为粘结剂,环氧树脂从材料学角度来说是一种绝缘材料,这就成为了制约本课题研究中将ICCP技术和SS技术结合的瓶颈。鉴于水泥基无机胶凝材料良好的力学性能、导电性和耐久性,本文提出采用水泥基无机胶凝材料作为ICCP-SS系统的粘结剂,应用碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)作为双重功能材料(辅助阳极材料和结构加固材料),建立起ICCP-SS系统装置,研究了ICCP-SS系统的性能演变规律。另外针对目前存在大量CFRP废弃物的问题,本文基于上述电化学的方法和原理,首次提出了应用电化学法来回收碳纤维从CFRP中。为了实现上述研究目的,本文研究中设计、开展和完成了一系列实验。1)水泥基无机胶凝材料性能优化研究。实验基于ICCP-SS系统对粘结剂的导电性和力学性能的要求,从三个方面(材料强度、导电性和面内剪切强度)开展对水泥基无机胶凝材料的性能优化研究。研究结果确定高分子聚合物的类型采用可再分散粉,其用量为水泥和硅粉质量和的20%,最优的碳纤维短丝掺量为水泥质量的1%。微观分析表明添加高分子聚合物之后,胶凝材料的微观形貌变成了一种水泥浆体和聚合物相互穿透的一种网络结构,这正是添加高分子聚合物之后材料性能和粘结强度增加的原因。2)采用水泥基无机胶凝材料的ICCP-SS系统性能研究。实验应用水泥基胶凝材料作为ICCP-SS系统的粘结剂,采用CFRP作为双重功能材料,建立起ICCP-SS系统体系,开展研究了ICCP-SS系统的电化学性能、力学性能和界面酸化等研究内容。实验结果表明:采用水泥基无机胶凝材料作为粘结剂,建立起的ICCP-SS系统能够实现对钢筋的阴极保护效果和结构加固效果。2个月的外加电流阴极保护期间,较大的阳极电流密度(400mA/m2)会造成系统界面严重的极化现象,引起系统供电电压不断上升,而较小的阳极电流密度(26 mA/m2和80 mA/m2)可以保持系统长期稳定运行,同时所有不同电流情况下系统的阳极界面并没有出现界面酸化现象。3)电化学法回收碳纤维研究。基于电化学的方法和原理,本文提出应用电化学方法从CFRP中来回收碳纤维。实验探究了在不同电流(4 mA、10 mA、20 mA和25 mA)和不同NaCl溶液浓度(3%、10%和20%)条件下的电化学回收效果,对回收碳纤维进行了抗拉强度、SEM、XRD和XPS等测试。实验结果表明:电化学回收方法被证明是一种有效的回收方法,相比于现有的回收方法,电化学回收方法操作简单且经济适用。回收碳纤维中的最佳的抗拉强度为VCF的80%。另外增加NaCl溶液浓度并不会提高回收碳纤维的质量,但是会引起严重的氧化和氯化在回收碳纤维的表面。