干湿循环作用下硫酸盐结晶行为对混凝土损伤过程的模拟

摘要

服役于海洋工程中的混凝土结构潮汐区和浪溅区部位很容易受到海水的侵蚀，因为处于潮汐区域的混凝土长期承受干湿循环，而海水中又存在SO42-离子，所以造成潮汐区混凝土处于硫酸盐侵蚀和干湿循环的双重作用环境中，直接影响海工混凝土结构的服役寿命。因此研究干湿循环下Na2SO4溶液结晶下混凝土耐久性问题有着极其重要的现实意义。本文拟对干湿循环与硫酸盐共同作用下的混凝土损伤行为进行系统的模型研究。
　　 首先，本文分析了混凝土在润湿和干燥时的水分传输过程，建立了混凝土在润湿和干燥过程中的传输方程，表征了考虑混凝土孔结构的水分扩散系数，应用无条件稳定的隐式格式建立了传输方程的有限差分模型，求解了一定初始条件和边界条件下的混凝土的饱水度分布以及湿前峰位置随着时间的变化关系，给出了混凝土在润湿和干燥过程中混凝土的质量变化。
　　 其次，根据国内外学者的研究，分析了在干湿循环下Na2SO4溶液结晶作用下混凝土的破坏机理以及破坏方式，表征了无限大平面过饱和溶液结晶时的结晶压应力，考虑了混凝土的孔的形状和尺寸对盐结晶压应力的影响，计算了给定孔结构的混凝土在盐结晶时的平均盐结晶压应力。
　　 针对在干湿循环下Na2SO4溶液结晶作用下混凝土的微观结构以及宏观性能的变化，本文利用多孔介质力学理论和热力学定律建立了盐结晶破坏下的本构关系，结合混凝土的孔结构数据以及复合材料理论，得到了混凝土在该破坏机理和方式下产生的体积变形以及弹性模量等宏观性能的变化规律。
　　 最后，本文基于混凝土在干湿循环下Na2SO4溶液结晶作用下的孔隙率的变化，通过表征孔隙率与混凝土传输性能之间的关系，得到了水泥基材料在一定损伤程度下的传输性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状及存在的问题

1．2．1 干湿循环作用下水分传输研究现状

1．2．2 基于复合材料理论的传输性能评述

1．2．3 干湿循环作用下硫酸钠传输过程

1．2．4 硫酸盐溶液侵蚀破坏机理

1．2．5 裂缝网络对水泥基材料传输性能影响研究现状

1．2．6 当前研究存在的问题

1．3 本文的主要研究思路和主要内容

1．3．1 本论文的研究思路

1．3．2 本论文的研究内容

第二章 混凝土在干燥和润湿过程中的水分传输

2．1 混凝土在润湿过程中的水分传输

2．1．1 润湿过程水份传输的机理

2．1．2 润湿过程水份扩散系数

2．1．3 润湿过程饱水度分布数值计算

2．1．4 混凝土在润湿过程中饱水度分布试验验证以及应用

2．1．5 混凝土在润湿过程湿前峰位置试验验证以及应用

2．1．6 混凝土在润湿过程水分增加质量试验验证以及应用

2．1．7 温度对混凝土在润湿过程水分增加质量的影响

2．2 混凝土在干燥过程中的水分传输

2．2．1 干燥过程中混凝土水分扩散系数表征

2．2．2 干燥过程中混凝土水分等温脱附曲线

2．2．3 混凝土在干燥过程中饱水度分布和质量损失以及试验验证

2．3 本章小结

第三章 干湿循环Na2SO4溶液结晶作用下混凝土的宏观性能表征

3．1 混凝土在干湿循环Na2SO4溶液结晶作用下的损伤

3．1．1 干湿循环Na2SO4溶液结晶作用下混凝土的破坏机理

3．1．2 干湿循环下Na2SO4溶液结晶作用下混凝土的破坏方式

3．1．3 无限大平面硫酸盐结晶压应力表征

3．1．4 孔径大小以及孔形状对硫酸盐结晶压应力的影响

3．1．5 混凝土孔径分布对盐结晶压应力的影响

3．2 模型建立

3．2．1 混凝土盐结晶过程的本构关系

3．2．2 晶体体积分数Sc与混凝土孔尺寸分布之间的关系

3．2．3 润湿过程产生的体积应变表征

3．2．4 干燥过程中体积应变以及孔隙率表征

3．2．5 混凝土体积模量以及弹性模量表征

3．3 盐结晶作用下宏观性能试验验证以及应用

3．3．1 润湿过程结束后宏观性能计算结果及试验验证

3．3．2 干燥过程结束后宏观性能计算结果

3．3．3 模型应用

3．4 盐结晶膨胀产生的裂缝网络以及传输性能表征

3．4．1 混凝土盐结晶损伤后传输性能表征以及验证

3．4．2 模型应用

3．5 本章小结

第四章 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

致谢