哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
以混凝土为主的水泥基材料具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单，抗压强度
高，耐久性好，强度等级范围宽等特点，因而其使用量大且应用范围十分广泛。大
量工程实践证明，尤其是近海结构中钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要
原因，而氯离子侵蚀又是引发钢筋锈蚀的关键因素。侵入水泥基材料内部的氯离子
主要以游离态和物理吸附或化学结合的结合态两种方式存在其中，目前研究公认仅
有游离态氯离子引起混凝土内部钢筋产生腐蚀。氯离子破坏钢筋表面钝化膜的同时
会一直伴有腐蚀微电池和腐蚀宏电池共存的腐蚀电场，对氯离子迁移及结合能力存
在影响。因此研究电场影响下水泥基材料中氯离子电迁移及结合能力对于保护以水
泥基材料为主的混凝土结构至关重要，本文主要研究内容和研究结果如下：
（1）选用水泥基的砂浆试块用于试验研究。首先研究了不同腐蚀电流密度及
侵蚀龄期寻找不同电场下砂浆中各态氯离子与侵蚀深度关系；其次利用Fick第二定
律拟合并分析了不同试验条件下砂浆中氯离子扩散系数并绘制了扩散曲线；基
于氯离子扩散结合Nernst-Planck方程和Nernst-Einstein方程推导出了本试验中氯
离子电迁移系数控制方程；通过氯离子结合等温线分析了砂浆内氯离子结合能力的
变化。最后，通过XRD和MIP试验对氯离子结合机理及扩散进行了验证补充。
（
2）依据规范设计了研究所需的试验流程，通过砂浆的制备，直流电源腐蚀
试验，试块切割取样及研磨和化学滴定试验得到了研究所需的试验数据。
（3）基于化学滴定和微观试验结果，首先发现了施加腐蚀电场可以较为明显提高
氯离子的扩散能力。随着腐蚀电流密度的增大氯离子浓度接近阈值，结合微观
结果发现SiO2减少，导致迁移通道增多变大且逐渐稳定；推导出描述本试验的氯离
子电迁移系数控制方程并确定两个待定系数；最后发现腐蚀电场影响下，化学结合氯
离子少量增加，AFt物理吸附氯离子浓度下降，C-S-H物理吸附氯离子浓度随电流
密度增大先增大后减小，且是本试验中影响氯离子结合能力变化的主要原因。
关键词：水泥基材料；腐蚀电场；氯离子扩散；氯离子电迁移；氯离子结合能力
I
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
Concretebasedoncement-basedmaterialshasthecharacteristicsofabundantraw
materials,lowprice,simpleproductionprocess,highcompressivestrength,good
durabilityandwiderangeofstrengthgrade,soitiswidelyused.Alargenumberof
engineeringpracticeshaveprovedthatsteelcorrosionisthemainreasonaffectingthe
durabilityofreinforcedconcretestructures,especiallyinoffshorestructures,andchloride
ionerosionisthekeyfactorcausingsteelcorrosion.Thechlorideionsthatinvadethe
interiorofcement-basedmaterialsmainlyexistintwoways:freestateandphysical
adsorptionorchemicalcombination.Atpresent,itisrecognizedthatonlyfreechloride
ionsc