文摘

在这项研究中,硼酸的影响核电站的冷却水系统在钢筋混凝土的耐久性是实验研究。钢筋混凝土的力学性能在硼酸溶液环境加速试验方法进行了研究。此外,硼酸对钢筋和混凝土的微观结构的电化学行为进行了研究。结果表明,硼酸腐蚀并不影响钢筋混凝土在很大程度上,由于腐蚀只发生在表面的钢筋混凝土,因此,内部钢筋混凝土仍保持高碱性环境。在3%的硼酸浓度、腐蚀产品结晶表面的标本,抑制进一步腐蚀。

1。介绍

硼酸作为核反应堆的主持人,广泛应用于核电站的冷却水系统。服务时间的增加核电站泄漏的硼酸溶液冷却供水系统已逐渐成为一个明显的问题。此外,硼酸腐蚀影响核电站的安全结构已经成为一个十分关注的问题。

核电站结构有很高的重要性和应该有使用寿命长。一般来说,他们是用钢筋水泥建造的。近年来,一些核电站结构也被构造使用钢板混凝土结构(1]。硼酸在冷却水系统中发挥着重要作用核燃料反应性控制和存在于主循环冷却水,在直接接触核心和核燃料。此外,它也出现在在容器里加油贮水箱(IRWST)和乏燃料池,这与不锈钢涂层用钢筋混凝土建造的。核电站的操作特征不允许IRWST和乏燃料池清空经常进行检查,因此,液体泄漏将硼酸对混凝土腐蚀的长期影响。因此,硼酸腐蚀对钢筋混凝土的影响需要在一种系统化的方式进行研究。

近年来,许多研究已经进行混凝土材料和结构的耐久性(2- - - - - -6]。没有情况下的整体结构破坏IRWST由于硼酸腐蚀7];因此,在硼酸腐蚀环境中钢筋混凝土性能的影响就不那么调查(8,9]。主要功能特点的基础上IRWST湿表面积、吴等人表示,面对钢板应具有良好的机械性能,耐腐蚀性能、加工和焊接性能10]。黄等人的基本力学性能进行了试验研究不同浓度的硼酸浸泡环境下混凝土,结果显示相对较弱的硼酸对力学性能的影响混凝土的抗压强度和弹性模量等(11]。荣等人钻核心样本网站的核电站在硼酸溶液渗漏发生,发现混凝土的腐蚀硼酸只发生在试样的表面。混凝土内部的腐蚀产物没有监控,和混凝土的抗压强度略减少腐蚀地区(12]。

在这项研究中,硼酸泄漏的影响钢筋混凝土的性能研究在实际环境中核电站主回路的水,和钢筋混凝土的腐蚀下的性质,研究了硼酸通过实验室模拟方法探讨腐蚀硼酸溶液对混凝土的影响。

2。测试材料和混凝土配合比

2.1。测试材料

硅酸盐水泥(P.O42.5)作为胶结材料在这个测试。天然细骨料是河流砂细度模数为2.98。粗骨料是与连续级配碎石粒径范围从4.75到19毫米和19到37.5毫米。类我粉煤灰、高效减水剂和引气剂被用于测试。正常的自来水是用于混凝土搅拌。

测试进行了利用地震普通热轧带肋钢筋的直径10日,16日和20毫米的弯曲试验、钢筋的力学性能,分别和钢筋混凝土粘结强度测试。A35标准拉伸试样的厚度5毫米被用于确定钢板的基本力学性能。使用的测试钢筋和钢板在图所示1。

2.2。混凝土混合物

混凝土材料的耐久性和结构受到许多因素的影响,包括环境、骨料和添加剂13,14]。具体比例用于测试是按照核安全的代码要求混凝土结构(ACI 349 - 01),与水灰比(W / C)为0.59,砂率为41%,设计暴跌150±25毫米。测试使用的比例是一样的那些用于核岛核电站混凝土,目的是促进使用测试结果来指导操作和维护。混凝土混合物的成分表中列出1。

3所示。测试方法

3.1。测试环境

行动的模式和腐蚀溶液的浓度决定了钢筋混凝土的腐蚀程度。为目的的硼酸腐蚀效应的比较研究,一个空白对照组(蒸馏水环境)成立。考虑到实际环境核电站主回路,硼酸溶液的浓度被选为0.27%。同时,为了加快钢筋混凝土的腐蚀速率,测试也进行了硼酸浓度为0.8%和3%。为了模拟真实的环境条件,两个测试环境包括浸和交流建立了湿和干燥条件。交替湿和干燥过程循环使用腐蚀溶液浸泡三天四天,自然干燥。IRWST操作的温度大约55°C;因此,在室温下进行了测试。

3.2。机械性能测试

钢板和钢筋混凝土的力学性能包括抗压强度、劈裂抗拉强度、混凝土和静态弹性模量,弯曲强度和粘结强度。总共8不同测试环境包括2浸试验条件和交替的湿和干燥和4个不同硼酸浓度设置为每个测试条件。标准条件下的钢筋混凝土标本保存了28天,然后放置在缩小比例钢铁和钢板的腐蚀溶液标本,和这些测试每2个月进行了60天,120天,180天,240天,300天。

抗压强度、抗拉强度、分裂静态弹性模量和弯曲强度进行了测试根据普通混凝土的力学性能试验方法标准(GB / T 50081 - 2002)。多维数据集标本100毫米×100毫米×100毫米被用来测试抗压和分裂拉伸优势。静态弹性模量确定使用100毫米×100毫米×300毫米大小的标本。地震两个普通热轧带肋钢筋放置在10毫米直径的钢筋混凝土弯曲试样的试样尺寸100毫米×100毫米×400毫米。横向裂缝的0.2毫米预设钢片中间的标本。

的基本力学性能钢筋和钢板的拉伸试验测试金属材料(GB / T 228.1 - -2010)。地震普通热轧带肋钢筋直径16毫米和A35碳钢板的厚度5毫米被用于这项研究[15]。

钢筋混凝土粘结强度测试是根据测试规范进行液压混凝土(SL 352 - 2006)。立方体标本150毫米×150毫米×150毫米,和一个普通热轧带肋地震20毫米直径的钢筋放置在中心。

3.3。微观结构分析,混凝土和钢筋

腐蚀产物和混凝土的微观结构进行了分析下面的混凝土粉末在0和2厘米的混凝土表面x射线扫描使用D8推进系列x射线衍射仪(力量)。碎混凝土标本分析扫描电子显微镜使用日立s - 3500 n系列扫描电子显微镜。

钢筋的腐蚀进行了分析通过电化学阻抗谱测试的钢筋弯曲标本使用PARSTAT 4000系列电化学工作站。酒吧前除锈浇注避免原氧化膜影响钢筋的钝化膜的生成16]。

4所示。测试结果和分析

4.1。对混凝土的力学性能的影响

抗压强度、劈裂强度和混凝土的弹性模量在每个环境如表所示2。一组三个标本是设置为每一个测试环境,每个时代,和每组的平均的力学性能值表中列出2。抗压强度、劈裂强度和弹性模量损失率计算力学性能的基础上蒸馏水(硼酸浓度0%)浸泡和干湿交替组,结果如图所示2。

混凝土的最大抗压强度损失率为5.04%的硼酸浓度3%,240天交替湿和干燥条件。硼酸的浓度为3%时,抗压强度损失率腐蚀后期的波动,这主要是因为腐蚀产物附着在表面的标本正在逐步统一,和造成的应力集中腐蚀产物逐渐消失。

的最大分裂混凝土抗拉强度损失率(3.94%)观察到3%的硼酸浓度在180天的湿和干燥的交替。无显著关系观察分裂抗拉强度的损失率和硼酸的浓度在不同浓度的60天的腐蚀。

混凝土弹性模量的损失率是硼酸浓度影响较小。混凝土弹性模量的最大损失率为1.57%的硼酸浓度3%,240天的交替湿和干燥条件。弹性模量的损失率交替湿和干燥的环境在0.27%硼酸浓度最小,为0.8%硼酸浓度是一样的,在浸入式环境在0.27%硼酸浓度。硼酸的腐蚀影响混凝土弹性模量表示一个相对较弱的低浓度的硼酸溶液腐蚀的影响。

图2表明,混凝土抗压强度损失率在干湿交替腐蚀环境中比在浸入式环境。主要原因是在干燥过程中硼酸的结晶的样品增加了混凝土表面的孔隙度。在3%的硼酸浓度的120天,晶体表面开始出现腐蚀混凝土标本在腐蚀性环境。120和180天的腐蚀时间与交替湿和干燥的环境表明,抗压强度损失率的增长率相对较低的浸入式环境下,主要是因为更多的腐蚀产物坚持混凝土表面浸环境。

图3显示了300天之后的试样表面腐蚀的硼酸的存在。在腐蚀的时候的300天,晶体表面出现腐蚀混凝土标本浸入式环境下的浓度为0.8%,而表面的标本交替湿和干燥的环境下保持光洁。

4.2。对钢筋力学性能的影响

钢筋和钢板的力学性能在每个环境如表所示3和4。产量和钢筋的极限强度损失率和钢板标本不同腐蚀时间下浸渍和交替湿和干燥的环境中只显示不规则波动和无显著减少测试周期,主要是因为钢筋的腐蚀速率和钢板标本很低,和应力集中引起的腐蚀区域的横截面尺寸在测试期间不发生。硼酸腐蚀性环境中设置测试有一个低影响钢筋和钢板。钢筋的屈服和最终的优势和A36钢板标本仍然在服务满足强度要求。

质量损失速率的腐蚀速率是腐蚀后的标本。表3和4表明样本的整体腐蚀速率很小,随时间增加。标本的腐蚀速率交替湿和干燥的环境中略高于浸泡环境。

钢筋和钢板试样的腐蚀试验的年龄300天图所示4。在硼酸溶液的浓度为3%后120天的腐蚀、钢试样的表面开始被腐蚀产物覆盖。当腐蚀年龄到达300天,在去除腐蚀产物表面的标本,内部钢筋和钢板只是部分覆盖着黑色表面生锈,而大部分地区依然明亮。观察到的现象结合钢筋和钢板的质量损失导致以下的观察:(一)硼酸对钢的影响较弱(b)腐蚀产物有一定程度的密度,进一步抑制钢材腐蚀

4.3。对钢筋混凝土的力学性能的影响

钢筋混凝土的弯曲和债券的优势在表列出在每个测试环境5。蒸馏水的机械性能(硼酸浓度0%)浸泡和干湿交替组被用作基准计算弯曲强度和粘结强度的损失率,结果如图所示5。

最大试样的抗弯强度损失率为3.57%的硼酸浓度3%,180天交替湿和干燥条件。不同标本的挠曲强度损失率很小的测试环境中硼酸浓度为0.27%和0.8%。抗弯强度损失率0.27%的交替环境基本上是相同的浓度和0.8%浓度的浸环境但显示大后期的波动测试3%硼酸浓度的环境。

键的强度损失率的标本是很小的。的最大粘结强度损失率发生在240天了干湿交替下的腐蚀,但最大值仅为1.83%,粘结强度的损失率往往是固定在后期的腐蚀。钢筋混凝土的粘结强度是弱受硼酸。

试样的抗弯强度和粘结强度后300天的硼酸腐蚀数据所示6和7。当试样的抗弯强度是分裂和喷洒酚酞溶液,除了表面位置没有颜色指示出现时,试样的内部仍然保持了高碱性环境酚酞溶液变成红色,和内部强化试样仍保持抛光的光泽。内部钢筋的粘结强度标本也保持同样的点蚀光泽。硼酸在钢筋混凝土腐蚀的影响标本发生只有表面上的位置的标本,内部钢筋并没有受到硼酸溶液的影响。

电化学阻抗谱的钢筋弯曲标本每个腐蚀环境下不同年龄的记录和分析。图8显示的奈奎斯特图的内部钢筋弯曲试样在测试环境下,表现出只有两个电容电阻的弧高,低频区域。

低频带电容弧的半径越大,钢筋表面的钝化膜阻力就越大(17,18]。高和低频区域的交集的电容弧表示抵抗腐蚀的材料转移到钢筋表面的保护层混凝土(19,20.]。

低频带电容弧的奈奎斯特图显示在不同的腐蚀环境下,低频带电弧电阻电容的斜率明显小于60天的腐蚀年龄,经过120天的腐蚀。当腐蚀年龄达到120天,没有重大变化的斜率低频带电容电弧电阻在不同年龄和腐蚀环境。这个结果符合交叉点的位置的变化两个电容电阻弧在现实的一部分尼奎斯特图在不同腐蚀老化,可能是因为腐蚀的早期阶段,相对更多的水泥混凝土内部没有完全水化,和钝化膜的外表面强化是在一个相对较弱的碱性环境。随着腐蚀时间的增加,内部水泥水合物更完全,提供一个更好的碱性环境的内部强化和形成更完整的钝化膜表面的强化。

然而,即使在早期阶段的腐蚀,低频部分的奈奎斯特图在不同的腐蚀环境中不会显示一个扁平的半圆的弧,但一条直线与一个倾角大于45°。类似的测试结果被很多学者报道,显示一个典型的特征的钢筋混凝土处于钝化状态(21- - - - - -24]。因此,形成完整的钝化膜表面的钢筋混凝土,和里面的钢筋弯曲标本在不同腐蚀年龄和不同腐蚀环境下没有任何生锈。比较尼奎斯特图相同的年龄和不同的腐蚀环境中低频带公差弧表明,低频带公差的斜率弧基本上是相同的,但是低频带公差的最高点弧不明显与硼酸腐蚀溶液的浓度有关,也就是说,钝化膜的完整性在钢的表面不受腐蚀的浓度影响的解决方案。

4.4。对混凝土的微观结构的影响

采样分析了混凝土粉末x射线衍射(XRD)使用D8 x射线衍射仪。一个钢筋混凝土试件腐蚀300天的年龄选择和表面取样,在2厘米深度。图9显示了XRD分析结果。XRD衍射图样显示表面的腐蚀产物(0厘米)包括偏硼酸(Ca (B0₂)₂)和polyborate产品(出租车₆O₁₀4 h₂啊,出租车₄O₁₀)。未发现明显的腐蚀产物在混凝土内部的衍射模式标本(2厘米)。根据相关文献,硼酸生产偏硼酸在碱性环境中与碱性物质和polyborates碱性物质在酸性环境。硼酸主要与碱性浸出反应的解决方案和弱腐蚀性影响混凝土标本。x线扫描分析结果符合酚酞溶液显色结果如图6。

具体由扫描电镜标本进行了分析使用一个s - 3500 n系列电子扫描显微镜。图10显示混凝土标本的电镜扫描图像,显示0.8%,3%,0.27%晶体含量的白色腐蚀产物表面的标本浸泡环境下。腐蚀的主要原因是晶体附着在表面的标本在3%的硼酸浓度环境下抑制混凝土的进一步腐蚀。混凝土标本并没有显示出明显的腐蚀标本内结晶产品2厘米,允许假设腐蚀混凝土的硼酸主要发生在混凝土表面。

5。结论

总之,硼酸溶液的腐蚀性影响钢筋混凝土上系统地研究了两个测试环境下,浸渍和交替wet-dry模拟核电站操作的实际情况。硼酸在钢筋混凝土腐蚀的影响进行了研究,导致了以下结论:(1)硼酸溶液的影响抗压强度,劈裂抗拉强度、弹性模量、抗弯强度和粘结强度的钢筋混凝土标本被发现小。腐蚀效应与硼酸溶液的浓度有关,但效果不显著。标本的腐蚀程度主要取决于腐蚀的年龄。(2)硼酸溶液的影响屈服强度、极限强度、钢筋锈蚀率和钢板弱,和腐蚀后试样的力学性能仍然满足强度要求在服务。(3)对混凝土力学性能的退化是交替湿和干燥的环境中略高于浸环境;例如,在这些环境中抗压强度损失率为5.04%和4.07%,分别。然而,钢铁标本没有显示这一模式。(4)腐蚀只发生在2厘米内的标本硼酸的作用下。(5)随着年龄增加腐蚀,腐蚀产物不均开始覆盖表面的标本,抑制进一步腐蚀。(6)钢筋混凝土结构的腐蚀,硼酸对核电站的安全性影响甚微,因此,这项研究提供了一个参考核电站运行和维护。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果也包含在这篇文章,可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这个项目是由青岛农业大学的高级人才研究基金会(663/1120050)。