氯離子在損傷及開裂混凝土內(nèi)的輸運機理及作用效應.pdf

1、氯離子是影響海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的最主要因素,各種環(huán)境及荷載造成的損傷及開裂對氯離子的侵蝕有加劇作用,研究氯離子在損傷及開裂混凝土內(nèi)的輸運機理,對準確預測其使用壽命并進而采取相應措施提高其服役壽命具有十分重要的理論和應用價值。本文的主要研究工作如下:
　　 (1)分別采用雙重孔隙介質(zhì)模型和二維擴散模型,研究了溶液靜止和流動狀態(tài)下氯離子在開裂混凝土內(nèi)的輸運,模型同時考慮了表面氯離子濃度和氯離子擴散系數(shù)的時變性、氯離子的線

2、性結(jié)合理論和裂縫的自愈合效應,得出了與實際試驗數(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散形式和對流一擴散形式,得出了不同飽和度下的水分擴散方程和氯離子對流一擴散方程,及Rayleigh-Ritz分布下的相應水分擴散系數(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算了干濕交替作用下的水分和氯離子在一規(guī)則開裂混凝土內(nèi)的遷移過程

3、,得出的干濕循環(huán)狀態(tài)下的氯離子侵蝕結(jié)果與試驗結(jié)果相吻合。
　　 (3)進行了普通混凝土、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,并對養(yǎng)護好的部分試件進行75℃和120℃的烘烤,然后對所有試件進行了氯離子浸泡試驗,60d和180d后的測試結(jié)果表明,養(yǎng)護時混凝土濕度越小,后期施加的溫度越高,浸泡后相同深度的氯離子質(zhì)量分數(shù)越大,且擬合后得到的表觀氯離子擴散系數(shù)越大。摻加纖維后氯離子質(zhì)量分數(shù)及表觀擴散系數(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)后的動彈性模量、質(zhì)量損失、抗折強度、抗壓強度及120d的氯化鈉溶液浸泡試驗,結(jié)果表明,除凍融循環(huán)10次后的抗壓強度及氯離子擴散系數(shù)外,三種混凝土的動彈性模量、抗折、抗壓強度均隨凍融循環(huán)次數(shù)增加而減小,摻加纖維的混凝土的動彈性模量、抗折強度、抗壓強度降低速度及氯離子擴散系數(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程中的損傷速度。
　　 (5)研究了加載中和加載后不同應力水平下的氯離子在普通混凝土內(nèi)的侵蝕。通過對試件180d的取樣測試,結(jié)果表明,當施加的壓應力小于抗壓強度的50％時,無論施加的是瞬時荷載還是持續(xù)荷載,混凝土內(nèi)同一深度的自由氯離子質(zhì)量分數(shù)隨荷載水平的變化沒有一定的規(guī)律性,當荷載施加到95％的抗壓強度后卸載時,混凝土內(nèi)相同深度的氯離子質(zhì)量分數(shù)比其他

6、應力水平時明顯增大。且順著荷載施加方向的氯離子質(zhì)量分數(shù)要小于垂直荷載施加方向的值。施加不大于50％極限壓應力的荷載后混凝土的表觀氯離子擴散系數(shù)有所減小,其中瞬時荷載下混凝土內(nèi)表觀氯離子擴散系數(shù)大于相同應力水平下持續(xù)荷載作用下混凝土內(nèi)的值。當應力水平達到70％時,瞬時荷載下混凝土內(nèi)的表觀氯離子擴散系數(shù)隨著應力水平的增加逐漸增大。據(jù)此建立了相應的多項式計算模型。
　　 (6)采用兩端對錨、三點加載的方式使鋼筋混凝土梁式試件跨中開裂,

7、研究了不同跨中裂縫寬度和加載方式對氯離子在混凝土內(nèi)侵蝕和受拉區(qū)鋼筋腐蝕的影響。通過對試件不同位置的取樣測試,結(jié)果表明,彎曲裂縫處的氯離子質(zhì)量分數(shù)遠大于沒有開裂區(qū)域,拉應力對開裂區(qū)和受拉區(qū)的氯離子輸運也起到了一定的加速作用,受拉區(qū)的相對氯離子擴散系數(shù)在1.1～2.2之間。水灰比越大,應力水平越高,相同截面內(nèi)的氯離子質(zhì)量分數(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

8、層厚度越小,受拉區(qū)的鋼筋銹蝕程度越大,在本文所采用的應力水平及荷載作用方式范圍內(nèi),鋼筋銹蝕幾乎沒有變化。
　　 (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)護時混凝土飽和度的降低,其內(nèi)部鋼筋的初銹概率逐漸增加,耐久性壽命相應縮短。凍融循環(huán)可使混凝土的壽命降低55％。較小的壓應力延長了混凝