混凝土中氯离子扩散系数的概率预测模型研究

摘要

在海洋氯化物环境下，混凝土结构的耐久性劣化问题主要是由于外部腐蚀性氯离子侵入混凝土内部诱导钢筋发生锈蚀造成的。由于氯离子扩散系数是决定氯离子在混凝土中传输快慢的重要参数之一，所以直接影响混凝土结构的服役寿命。氯离子扩散系数不仅受材料参数和环境条件的影响，具有显著的随机性，而且随着混凝土龄期的增加而逐渐降低，呈现显著的时变特性。因此，有必要综合考虑环境条件、材料参数和时变特性的影响，建立混凝土中氯离子扩散系数的概率预测模型，进而开展混凝土结构的概率服役寿命预测。鉴于此，本文分别基于室内加速试验数据和自然暴露试验数据，建立了室内加速试验和自然暴露条件下混凝土中氯离子扩散系数的概率预测模型，在此基础上提出了海洋氯化物环境下混凝土结构的概率服役寿命预测方法。主要研究内容包括:
　　(1)基于所收集的295组利用室内加速试验（RCM法）测试的氯离子扩散系数的试验数据，定量分析了水胶比、粉煤灰掺量、矿粉掺量等因素对氯离子扩散系数的影响规律，并利用逐步回归分析法遴选显著变量，建立了混凝土中氯离子扩散系数的确定性预测模型，进而综合考虑主观不确定性和客观不确定性的影响，结合贝叶斯理论和马尔科夫链蒙特卡洛法，建立了室内加速试验条件下混凝土中氯离子扩散系数的概率预测模型。
　　(2)基于所收集的913组利用自然暴露试验数据拟合确定的氯离子扩散系数数据，综合考虑材料参数和环境条件的影响，建立了海洋潮汐区、浪溅区、大气区和水下区环境条件下混凝土中氯离子扩散系数与暴露时间、配合比参数（水胶比、矿物掺合料掺量）之间的确定性关系模型，进而综合考虑主观不确定性和客观不确定性的影响，结合贝叶斯理论和马尔科夫链蒙特卡洛法，建立了海洋氯化物环境下混凝土中氯离子扩散系数的概率预测模型，并建立了室内加速试验条件与自然暴露条件下混凝土中氯离子扩散系数之间的转换关系。
　　(3)基于氯离子扩散系数的概率预测模型，结合混凝土中钢筋锈蚀（诱导期）的服役寿命预测模型，提出了海洋氯化物环境下混凝土结构的概率服役寿命预测方法，并定量分析了环境条件（如潮汐区、浪溅区、大气区和水下区）、材料参数（如水胶比和矿物掺合料）、混凝土保护层厚度等重要因素对海洋氯化物环境下混凝土结构概率服役寿命的影响规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 混凝土结构的服役寿命预测研究现状

1．2．2 混凝土中氯离子扩散系数预测模型的研究现状

1．3 主要研究内容及创新点

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 主要创新点

第二章 室内加速试验环境下混凝土中氯离子扩散系数的概率预测模型

2．1 概述

2．2 RCM法的测试原理及试验数据

2．2．1 RCM法的测试原理

2．2．2 RCM法的测试方法

2．2．3 基于RCM法的氯离子扩散系数试验数据

2．3 室内加速试验条件下氯离子扩散系数的影响因素分析

2．3．1 水胶比

2．3．2 粉煤灰掺量

2．3．3 矿粉掺量

2．4 室内加速试验条件下氯离子扩散系数的确定性预测模型

2．4．1 基于逐步回归分析遴选显著变量

2．4．2 确定性预测模型的对比验证分析

2．5 室内加速试验条件下氯离子扩散系数的概率预测模型

2．5．1 概率预测模型的建立

2．5．2 概率预测模型的对比分析与验证

2．6 小结

第三章 自然暴露环境下混凝土中氯离子扩散系数的概率预测模型

3．1 概述

3．2 自然暴露试验的测试方法及数据

3．2．1 自然暴露试验的测试方法

3．2．2 基于自然暴露试验的氯离子扩散系数数据

3．3 自然暴露环境下氯离子扩散系数的确定性预测模型

3．3．1 确定性预测模型的建立

3．3．2 确定性预测模型的对比分析

3．4 自然暴露环境下氯离子扩散系数的概率预测模型

3．4．1 概率预测模型的建立

3．4．2 概率预测模型的对比分析与验证

3．5 氯离子扩散系数的试验测试方法转换关系模型

3．5．1 试验测试方法的确定性转换关系模型

3．5．2 试验测试方法的概率转换关系模型

3．6 小结

第四章 海洋氯化物环境下混凝土结构的概率服役寿命分析

4．1 概述

4．2 混凝土结构的服役寿命预测模型

4．2．1 混凝土结构服役寿命的三个阶段

4．2．2 混凝土结构基于诱导期的服役寿命预测模型

4．3 服役寿命预测模型参数的概率统计信息

4．3．1 初始氯离子扩散系数

4．3．2 龄期衰减系数

4．3．3 混凝土的表面氯离子浓度

4．3．4 临界氯离子浓度

4．3．5 混凝土保护层厚度

4．4 混凝土结构的概率服役寿命分析

4．4．1 环境条件的影响

4．4．2 材料参数的影响

4．4．3 结构参数的影响

4．5 小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

附录

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文和科技成果

攻读硕士学位期间参与的科研项目