基于氯离子扩散系数的道路混凝土渗透性研究

摘要

水泥混凝土路面因承载力强、水泥来源广而得以广泛应用，然而在当前自然环境因素和重载交通的作用下，水泥路面病害问题日益凸显，冻融、溶蚀、汽车尾气碳化和外界污染腐蚀等这些破坏都是借助水或氯离子等渗透性介质产生的，若能够有效地阻止外界的水分、气体及侵蚀性离子的侵入，就能够延长水泥路面的使用寿命，所以要提高道路混凝土的性能并预防病害的发生，归根结底是解决好道路混凝土的抗渗性问题。氯离子扩散系数描述了氯离子在混凝土中扩散的快慢，是表征混凝土渗透劣化破坏最本质的参数，也是评价混凝土渗透性的最经典指标。因此综合经济性和实用性，本文选择氯离子扩散系数作为道路混凝土抗渗性的评价指标，研究道路混凝土的抗渗性能。
　　本文的主要成果是结合混凝土材料科学、统计学的相关知识，通过数值模拟建立混凝土随机骨料模型计算氯离子扩散系数，研究了微观孔隙及荷载对氯离子扩散系数的影响，建立了道路混凝土离子渗透性与孔隙结构关系模型，分析了离子渗透与水扩散的关系，全面系统地考察了道路混凝土抗渗性能评估方法。主要有以下几方面的内容：（1）根据粒径与骨料累计分布函数之间的关系，利用 Matlab语言编制程序，建立了混凝土随机骨料有限元模型用于计算道路混凝土的氯离子扩散系数，讨论了界面对混凝土渗透性的影响；（2）以统计学原理为基础，引入分形理论研究了孔隙结构、孔隙量参数与道路混凝土氯离子扩散系数之间的关系，并对孔隙参数和氯离子扩散系数进行多元回归分析，建立了氯离子扩散系数与孔隙结构关系模型以评价道路混凝土的渗透性；（3）通过研究轴压和弯曲荷载下的氯离子扩散系数建立了不同荷载作用下的氯离子扩散系数规律曲线，对比了荷载作用下和未加载时的氯离子扩散系数的变化，以更实际地反映道路混凝土中的氯离子渗透情况；（4）建立了多雨地区道路混凝土中滞留水扩散模型，对比了氯离子渗透与水扩散之间的关系以更准确地反映混凝土的渗透性，并通过上述分析提出了提高道路混凝土抗渗性能的一些措施。
　　本文采用多角度全面系统地分析研究了道路混凝土抗渗性能，具有理论明确、系统完整、实用性等特点，对水泥混凝土路面的抗渗性评价具有参考价值。

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目录

1绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外研究与现状

1.3本文的主要工作

2道路混凝土氯离子扩散系数有限元模型

2.1混凝土二维圆形随机骨料数值模拟

2.2道路混凝土氯离子扩散系数预测

2.3界面对氯离子扩散系数的影响

3道路混凝土氯离子渗透性与孔隙结构关系

3.1离子渗透性与孔隙结构关系

3.2氯离子扩散系数与孔隙结构关系模型

4道路混凝土在荷载作用下的氯离子渗透性

4.1轴压荷载对渗透性的影响

4.2弯曲荷载对渗透性的影响

4.3荷载作用下的氯离子扩散系数规律曲线

5道路混凝土中氯离子渗透与水渗透关系

5.1道路混凝土中的水扩散模型理论

5.2水扩散系数结果分析

5.3提高道路混凝土抗渗性的措施

6结论与展望

6.1结论

6.2研究展望

致谢

参考文献

附录：混凝土随机骨料模型Matlab生成程序

攻读学位期间的研究成果