氯離子在損傷及開(kāi)裂混凝土內(nèi)的輸運(yùn)機(jī)理及作用效應(yīng).pdf

1、氯離子是影響海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題的最主要因素,各種環(huán)境及荷載造成的損傷及開(kāi)裂對(duì)氯離子的侵蝕有加劇作用,研究氯離子在損傷及開(kāi)裂混凝土內(nèi)的輸運(yùn)機(jī)理,對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其使用壽命并進(jìn)而采取相應(yīng)措施提高其服役壽命具有十分重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。本文的主要研究工作如下:
　　 (1)分別采用雙重孔隙介質(zhì)模型和二維擴(kuò)散模型,研究了溶液靜止和流動(dòng)狀態(tài)下氯離子在開(kāi)裂混凝土內(nèi)的輸運(yùn),模型同時(shí)考慮了表面氯離子濃度和氯離子擴(kuò)散系數(shù)的時(shí)變性、氯離子的線

2、性結(jié)合理論和裂縫的自愈合效應(yīng),得出了與實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合的結(jié)果。
　　 (2)采用雙重孔隙介質(zhì)模型,考慮氯離子在混凝土孔隙內(nèi)的線性結(jié)合,將水分和氯離子在混凝土和裂縫內(nèi)的遷移分別表示為擴(kuò)散形式和對(duì)流一擴(kuò)散形式,得出了不同飽和度下的水分?jǐn)U散方程和氯離子對(duì)流一擴(kuò)散方程,及Rayleigh-Ritz分布下的相應(yīng)水分?jǐn)U散系數(shù)隨孔隙飽和度的變化規(guī)律,并采用有限單元法和有限差分法計(jì)算了干濕交替作用下的水分和氯離子在一規(guī)則開(kāi)裂混凝土內(nèi)的遷移過(guò)程

3、,得出的干濕循環(huán)狀態(tài)下的氯離子侵蝕結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合。
　　 (3)進(jìn)行了普通混凝土、摻加0.1％聚丙烯纖維和摻加1％鋼纖維的混凝土在不同濕度環(huán)境中的養(yǎng)護(hù),并對(duì)養(yǎng)護(hù)好的部分試件進(jìn)行75℃和120℃的烘烤,然后對(duì)所有試件進(jìn)行了氯離子浸泡試驗(yàn),60d和180d后的測(cè)試結(jié)果表明,養(yǎng)護(hù)時(shí)混凝土濕度越小,后期施加的溫度越高,浸泡后相同深度的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,且擬合后得到的表觀氯離子擴(kuò)散系數(shù)越大。摻加纖維后氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)及表觀擴(kuò)散系數(shù)的

4、增加程度均有所減緩。
　　 (4)研究了普通混凝土、摻加0.1％聚丙烯纖維和摻加1％鋼纖維的混凝土在10次、25次、50次凍融循環(huán)后的動(dòng)彈性模量、質(zhì)量損失、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及120d的氯化鈉溶液浸泡試驗(yàn),結(jié)果表明,除凍融循環(huán)10次后的抗壓強(qiáng)度及氯離子擴(kuò)散系數(shù)外,三種混凝土的動(dòng)彈性模量、抗折、抗壓強(qiáng)度均隨凍融循環(huán)次數(shù)增加而減小,摻加纖維的混凝土的動(dòng)彈性模量、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度降低速度及氯離子擴(kuò)散系數(shù)的增大速度均小于普通混凝土。在

5、普通體積摻量下,鋼纖維抵抗徼裂縫的能力要稍優(yōu)于聚丙烯纖維,可以減緩混凝土在凍融過(guò)程中的損傷速度。
　　 (5)研究了加載中和加載后不同應(yīng)力水平下的氯離子在普通混凝土內(nèi)的侵蝕。通過(guò)對(duì)試件180d的取樣測(cè)試,結(jié)果表明,當(dāng)施加的壓應(yīng)力小于抗壓強(qiáng)度的50％時(shí),無(wú)論施加的是瞬時(shí)荷載還是持續(xù)荷載,混凝土內(nèi)同一深度的自由氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨荷載水平的變化沒(méi)有一定的規(guī)律性,當(dāng)荷載施加到95％的抗壓強(qiáng)度后卸載時(shí),混凝土內(nèi)相同深度的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)比其他

6、應(yīng)力水平時(shí)明顯增大。且順著荷載施加方向的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)要小于垂直荷載施加方向的值。施加不大于50％極限壓應(yīng)力的荷載后混凝土的表觀氯離子擴(kuò)散系數(shù)有所減小,其中瞬時(shí)荷載下混凝土內(nèi)表觀氯離子擴(kuò)散系數(shù)大于相同應(yīng)力水平下持續(xù)荷載作用下混凝土內(nèi)的值。當(dāng)應(yīng)力水平達(dá)到70％時(shí),瞬時(shí)荷載下混凝土內(nèi)的表觀氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨著應(yīng)力水平的增加逐漸增大。據(jù)此建立了相應(yīng)的多項(xiàng)式計(jì)算模型。
　　 (6)采用兩端對(duì)錨、三點(diǎn)加載的方式使鋼筋混凝土梁式試件跨中開(kāi)裂,

7、研究了不同跨中裂縫寬度和加載方式對(duì)氯離子在混凝土內(nèi)侵蝕和受拉區(qū)鋼筋腐蝕的影響。通過(guò)對(duì)試件不同位置的取樣測(cè)試,結(jié)果表明,彎曲裂縫處的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)大于沒(méi)有開(kāi)裂區(qū)域,拉應(yīng)力對(duì)開(kāi)裂區(qū)和受拉區(qū)的氯離子輸運(yùn)也起到了一定的加速作用,受拉區(qū)的相對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)在1.1～2.2之間。水灰比越大,應(yīng)力水平越高,相同截面內(nèi)的氯離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大,變化荷載比持續(xù)靜荷載更加速了氯離子的侵蝕速度。相同時(shí)間下,受拉區(qū)的鋼筋銹蝕程度也要大于非受力區(qū)。水灰比越大,保護(hù)

8、層厚度越小,受拉區(qū)的鋼筋銹蝕程度越大,在本文所采用的應(yīng)力水平及荷載作用方式范圍內(nèi),鋼筋銹蝕幾乎沒(méi)有變化。
　　 (7)將混凝土內(nèi)鋼筋初銹作為結(jié)構(gòu)的耐久性極限狀態(tài),結(jié)合已經(jīng)得到的參數(shù)關(guān)系,采用概率的方法分析了不同損傷情形下的耐久性失效概率和壽命,得出了隨損傷參數(shù)變化的初銹概率分布曲線。結(jié)果表明,隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)混凝土飽和度的降低,其內(nèi)部鋼筋的初銹概率逐漸增加,耐久性壽命相應(yīng)縮短。凍融循環(huán)可使混凝土的壽命降低55％。較小的壓應(yīng)力延長(zhǎng)了混凝