混凝土中氯鹽的傳輸機(jī)理及鋼筋銹脹模型.pdf

1、氯鹽侵蝕是導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)服役性能劣化的重要原因。荷載作用及混凝土裂縫對(duì)氯離子的侵蝕有顯著影響，研究氯離子在受荷載或開裂混凝土內(nèi)的傳輸機(jī)理，以及鋼筋混凝土銹脹開裂進(jìn)程，對(duì)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命具有十分重要的意義?；炷两Y(jié)構(gòu)壽命分為三個(gè)階段：誘導(dǎo)期、發(fā)展期和破壞期。本文以此主線，重點(diǎn)研究了荷載和混凝土裂縫在誘導(dǎo)期的影響機(jī)理，建立了發(fā)展期鋼筋混凝土銹脹預(yù)測(cè)模型。主要研究工作如下：
　　 (1)設(shè)計(jì)了一種鋼筋混凝土梁的持續(xù)

2、加載裝置，對(duì)施加不同荷載的普通混凝土梁和摻礦粉混凝土梁進(jìn)行氯鹽溶液浸泡試驗(yàn)，分析了荷載作用和混凝土氯離子結(jié)合能力對(duì)氯離子傳輸?shù)挠绊?。提出了荷載影響氯離子擴(kuò)散的影響系數(shù)模型，確定了模型中的參數(shù)，并引入氯離子結(jié)合系數(shù)和溫度影響系數(shù)，修正了Fick第二定律的解析解模型。該修正模型的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合，可以用來預(yù)測(cè)浸泡和荷載作用下混凝土中氯離子的傳輸。
　　 (2)將干濕循環(huán)過程氯離子傳輸?shù)尿?qū)動(dòng)力分解為對(duì)流和擴(kuò)散作用，考慮水分在干燥

3、和濕潤過程中擴(kuò)散系數(shù)的差異，分別建立了水分?jǐn)U散系數(shù)與飽和度的關(guān)系，并考慮氯離子結(jié)合、溫度影響和荷載影響系數(shù)，建立了干濕循環(huán)和荷載作用下氯離子的傳輸模型，編制了相應(yīng)的Matlab程序求解了氯離子在混凝土中的傳輸方程。為了準(zhǔn)確控制干濕循環(huán)過程的干濕制度和干燥過程邊界條件，設(shè)計(jì)加工了全自動(dòng)干濕循環(huán)試驗(yàn)系統(tǒng)，結(jié)合人工模擬環(huán)境試驗(yàn)箱，對(duì)干濕循環(huán)和荷載作用下的混凝土梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究。數(shù)值結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了數(shù)值模型的可靠性，較好地反映了拉、壓

4、荷載對(duì)氯離子傳輸?shù)挠绊憽?br>　　 (3)通過分析裂縫中氯離子的傳輸機(jī)理，建立了浸泡條件下開裂混凝土氯離子傳輸?shù)碾p重孔隙介質(zhì)模型，提出了制作帶有真實(shí)裂縫試件的方法和有效測(cè)定裂縫周圍氯離子濃度的方法，對(duì)開裂混凝土氯離子傳輸規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究，驗(yàn)證了所建立的理論模型。
　　 (4)采用離散裂縫模型可以較好地反映裂縫周圍氯離子的濃度分布，以及對(duì)鋼筋局部脫鈍銹蝕帶來的影響。通過將流體力學(xué)和毛細(xì)力學(xué)理論分別用于描述水分在裂縫中的傳輸和

5、混凝土裂縫壁面對(duì)水分的毛細(xì)吸收作用，建立了干濕循環(huán)作用下開裂混凝土裂縫區(qū)域的氯離子傳輸模型。對(duì)干濕循環(huán)條件下開裂混凝土氯離子傳輸進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并采用電子探針的能譜分析技術(shù)測(cè)定了混凝土開裂區(qū)的氯離子濃度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混凝土裂縫中存在氯離子濃度梯度，對(duì)流區(qū)深度大約在20mm～40mm之間，數(shù)值計(jì)算結(jié)果較好地反映了這一特點(diǎn)，并且試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果吻合良好。參數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，裂縫寬度、裂縫粗糙度、裂縫長寬比及干燥過程邊界條件影響著裂縫中氯離子的濃度

6、分布。
　　 (5)基于混凝土各向異性損傷和混凝土的損傷軟化，考慮了腐蝕產(chǎn)物和鋼筋的彈性力學(xué)性能，以及腐蝕產(chǎn)物對(duì)鋼筋-混凝土界面過渡區(qū)孔隙和混凝土開裂裂縫的填充效應(yīng)，建立了鋼筋-腐蝕產(chǎn)物-混凝土三相介質(zhì)模型。采用直接在混凝土截面上粘貼應(yīng)變片的方法，測(cè)定了鋼筋銹蝕過程中混凝土內(nèi)應(yīng)變的變化，建立銹蝕率與混凝土應(yīng)變的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)模型可以較好地預(yù)測(cè)混凝土的開裂時(shí)間，確定了混凝土環(huán)向應(yīng)變是評(píng)價(jià)混凝土開裂