多重因素耦合作用下混凝土微结构演化及盐类传输机理研究

摘要

实际工程中大量钢筋混凝土建筑物由于种种原因而提前失效，达不到预定的使用寿命。大部分原因是由于结构的耐久性不足导致的，特别是在沿海地区的钢筋混凝土结构，由于所处环境非常恶劣，海水中含有大量的盐类，侵蚀性离子很多，更容易发生侵蚀破坏作用，从而导致混凝土强度降低、钢筋锈蚀等一系列问题。本文针对处于潮差区和浪溅区的海工混凝土结构，研究了干湿循环-盐溶液耦合作用下混凝土的损伤过程和机理，并探讨了弯曲荷载-干湿循环耦合作用下氯离子的传输规律和模型，为多重因素耦合作用下混凝土的耐久性寿命预测提供了理论的依据。
　　本文主要研究了弯曲荷载-干湿循环-盐溶液三因素耦合作用下混凝土内氯离子的一维传输过程和分布规律。试验结果表明:自由氯离子浓度随深度的分布规律符合Fick第二定律，自由氯离子浓度和总氯离子浓度都随深度的增加而降低，同一深度下都随腐蚀龄期的增加而增加，且自由氯离子浓度和总氯离子浓度之间有着较好的线性关系;不同条件下混凝土的氯离子扩散系数都随着腐蚀龄期的增加而减小。干湿循环相比于长期浸泡能显著加快氯离子向混凝土中的迁移速度;降低水灰比或加入一定量的矿物掺合料能降低混凝土的扩散系数从而能显著提高混凝土抗氯离子侵蚀能力;溶液中氯离子浓度越高，则混凝土中的自由氯离子浓度越高，而硫酸盐的存在降低了混凝土中的自由氯离子浓度和氯离子结合能力;荷载对混凝土抗氯离子的侵蚀影响取决于荷载类型和大小。另外，本文还分析了弯曲荷载和干湿循环作用下氯离子传输机理，并建立了有荷载影响系数的氯离子扩散模型，模型验证表明本文提出的模型具有一定适用性。
　　此外，本文还利用SEM、X-CT、XRD、TG/DSC和MIP等测试手段研究了在氯盐、硫酸盐复合盐溶液侵蚀下混凝土的微结构演变规律。试验结果表明:随着侵蚀龄期的增加，混凝土的毫米级孔隙率不断降低，干湿循环150d的孔隙率比腐蚀前降低了35.69％，而纳米级孔隙率不断增加，内部裂纹不断增加扩展，干湿循环加快了混凝土破坏的速度;掺入一定量的矿物掺合料细化了混凝土的孔径，减少了有害孔的数量，降低了孔隙率，此外还提高了Friedel盐的量，降低了氢氧化钙的量，从而提高了抗复合盐溶液侵蚀的能力;混凝土中氯盐和硫酸盐的腐蚀作用相互抑制，复合溶液对混凝土的腐蚀程度慢于单一盐溶液对混凝土的腐蚀。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及存在的问题

1．2．1 混凝土耐久性国内外研究现状

1．2．2 盐类侵蚀和干湿循环耦合作用过程中微结构损伤演化的研究现状

1．2．3 荷载和干湿循环耦合作用过程中可溶性盐类在混凝土中的传输规律

1．3 本文主要研究的内容

1．3．1 混凝土在盐类侵蚀和干湿循环耦合作用过程中微结构损伤演化规律的研究

1．3．2 干湿循环和荷载耦合作用过程中可溶性盐类在混凝土中传输规律的研究

第二章 混凝土的制备与试验方法

2．1 原材料

2．1．1 水泥

2．1．2 粉煤灰

2．1．3 矿碴

2．1．4 硅灰

2．1．5 集料

2．1．6 外加剂

2．1．7 水

2．2 配合比设计及基本性能

2．2．1 配合比设计

2．2．2 成型与养护

2．3．2 试块预处理

2．3．3 基本力学性能测试

2．3 试验参数

2．3．1 干湿循环试验方法

2．3．2 加载方式

2．3．3 腐蚀溶液

2．4 试验测试指标

2．4．1 混凝土取样

2．4．2 氯离子含量测试及计算

2．4．3 混凝土损伤的微结构演变测试

2．4 试验方案设计

2．4．1 可溶性盐类侵蚀和干湿循环耦合作用过程中微结构损伤演化的规律

2．4．2 荷载和干湿循环耦合作用过程中可溶性盐类在混凝土中的传输规律

第三章 荷载-干湿循环-盐溶液耦合作用下氯离子传输规律研究

3．1 引言

3．2 荷载-干湿循环-盐溶液耦合作用下混凝土中自由氯离子传输规律

3．2．1 荷载-干湿循环-盐溶液耦合作用下自由氯离子含量分布规律

3．2．2 荷载-干湿循环-盐溶液耦合作用下影响自由氯离子传输的因素

3．3 荷载-干湿循环-盐溶液耦合作用下总氯离子浓度分布规律

3．4 荷载-干湿循环-盐溶液耦合作用下混凝土的氯离子结合能力影响因素分析

3．4．1 强度等级

3．4．2 矿物掺合料

3．4．3 硫酸根离子浓度

3．5 本章小结

第四章 混凝土在盐类侵蚀和干湿循环耦合作用下微结构演化规律研究

4．1 引言

4．2 试件的损伤过程分析

4．2．1 外部损伤形态

4．2．2 内部损伤状态

4．3 试件的微观形貌分析

4．3．1 腐蚀龄期对混凝土微观形貌的影响

4．3．3 腐蚀溶液对混凝土微观形貌的影响

4．4 试件的腐蚀产物分析

4．4．1 腐蚀龄期对腐蚀产物影响的分析

4．4．2 腐蚀溶液对腐蚀产物影响的分析

4．4．3 矿物掺合料对腐蚀产物影响的分析

4．5 试件的孔结构分析

4．6 本章小结

第五章 多重因素作用下混凝土离子侵蚀的机理和模型

5．1 混凝土在干湿循环和盐溶液作用下的劣化机理

5．2 多重因素作用下氯离子传输机理和传输模型

5．2．1 氯离子传输机理

5．2．2 干湿循环下氯离子传输模型

5．2．3 荷载-干湿循环下氯离子传输模型

5．2．4 模型的验证

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献