环境作用下混凝土的响应特征及性能变化的当量化研究

摘要

混凝土材料在自然环境作用下，随着时间的推移，材料结构与性能逐渐发生变化，出现损伤甚至损坏。工业大气环境及氯盐溶液环境通过改变混凝土内部结构状态及微环境状态，而影响混凝土材料性能及其对内部钢筋的保护作用。钢筋锈蚀起裂之前的因碳化及氯离子侵入而引起的混凝土材性状态的变化是结构耐久性损伤的主要动力。
　　 本文针对碳化及氯盐侵蚀条件下混凝土内部微环境响应及力学性能响应问题，研究混凝土宏观性能与其内部微状态变化之间的定量化描述，主要进行了以下工作:
　　 1.通过调研，分析了氯盐及工业大气环境下混凝土结构腐蚀过程中的机理、作用及混凝土内部响应特征，分析参数的敏感性，提出腐蚀条件下内部微状态表征参数与混凝土宏观性能表征参数。
　　 2.试验研究了两种侵蚀环境下三种强度等级的混凝土其内部碱度、碳化深度、氯离子浓度、抗压强度及弹性模量的变化规律。
　　 3.碳化侵蚀试验结果表明，三种强度等级的混凝土碳化深度明显不同，且随碳化时间表现出明显的变化规律，本文建立了碳化时间、水灰比与碳化深度的数学关系。混凝土内部碱度变化随时间及深度历程均表现为三段式变化规律，以中间线性段变化规律拟合出混凝土内部碱度变化与时间、深度的数学关系式，可推算混凝土的完全碳化深度及部分碳化深度。随着碳化程度的增加，混凝土的抗压强度会先递增后降低趋于平缓，弹性模量会逐渐升高后趋于平稳。
　　 4.氯盐侵蚀试验结果表明，氯盐环境下混凝土内部微环境的变化是氯离子的浓度分布及对碱度的弱影响效应，但不存在明显的中性化影响。混凝土抗压强度及弹性模量的变化也无明显的规律性。在本试验条件下未发现氯离子在混凝土内的侵入过程的当量化描述参数，但发现以相对氯离子浓度表示混凝土内部孔隙液状态的变化更适宜，呈现出沿混凝土侵蚀深度变化的反比例函数规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概况

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究的意义

1．2 国内外研究状况

1．2．1 氯离子、碳化耐久性退化试验方法

1．2．2 氯盐和碳化环境下混凝土结构耐久性研究

1．3 目前存在的主要问题

1．4 本文研究的主要内容

1．4．1 混凝土的微环境响应特性

1．4．2 混凝土的力学响应特性

第二章 在服役环境中混凝土受到的环境作用及响应特征

2．1 环境作用因素

2．2 环境作用形式

2．2．1 温湿度

2．2．2 侵蚀介质浓度

2．3 混凝土的响应特征

2．3．1 碳化侵蚀环境下混凝土的响应特征

2．3．2 氯盐侵蚀环境下混凝土的响应特征

2．4 本章小结

第三章 试验方案设计

3．1 试验设计

3．1．1 原材料

3．1．2 试件制作

3．2 试验制度

3．2．1 碳化侵蚀试验制度

3．2．2 氯盐侵蚀试验制度

3．3 试验数据采集

3．3．1 抗压强度和弹性模量数据采集

3．3．2 碱度数据采集

3．3．3 碳化深度数据采集

3．3．4 氯离子含量及侵蚀深度数据采集

3．4 本章小结

第四章 碳化侵蚀试验结果与分析

4．1 碳化侵蚀深度试验结果分析

4．1．1 碳化深度测试结果

4．1．2 碳化深度随时间的变化结果分析

4．1．3 以水灰比、侵蚀时间为参数的碳化深度模型的验证

4．2 碳化侵蚀试验碱度测试结果分析

4．2．1 碱度与距表面方向深度以及时间的计算关系

4．2．2 碱度计算模型的校核

4．3 碳化侵蚀宏观测试结果分析

4．3．1 碳化后混凝土抗压强度的变化规律

4．3．2 碳化后弹性模量的变化规律

4．4 本章小结

第五章 氯盐侵蚀试验结果与分析

5．1 氯盐侵蚀测试结果分析

5．1．1 氯盐侵蚀深度测试结果

5．1．2 氯离子浓度分布测试结果

5．2 氯盐侵蚀试验碱度测试结果分析

5．3 氯盐侵蚀宏观测试结果分析

5．3．1 氯盐侵蚀后混凝土抗压强度的变化规律

5．3．2 氯盐侵蚀后混凝土弹性模量的变化规律

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与科研及发表论文情况