氯离子在弯曲开裂混凝土构件内的侵蚀作用研究

摘要

钢筋混凝土结构广泛应用于土木工程和交通工程等领域,其耐久性失效已成为研究的重点问题之一。沿海地区的混凝土结构长期处于荷载和氯盐侵蚀的双重作用下,难免出现各种劣化现象。裂缝的产生加剧了氯离子的侵入过程,并最终影响整个结构的耐久性。论文在国家自然科学基金“氯盐侵蚀环境下横向裂缝开裂参数对钢筋锈蚀影响规律研究(50908103)”的资助下,通过试验及软件模拟等方法,研究了氯盐侵蚀环境下受弯开裂混凝土构件内的氯离子侵蚀过程,主要开展了以下工作:
　　 1、试验研究。设计并制作了预制裂缝构件和受弯开裂构件各6根,经过一定时间的干湿循环浸泡后,分别运用半电池电位法和RCT(快速氯离子含量检测法1检测了钢筋腐蚀电位及裂缝处的氯离子含量。试验结果表明:氯盐干湿循环侵蚀作用下,混凝土浅层表面存在对流扩散区,其深度在15～20mm之间;裂缝加速了氯离子在混凝土内的侵入过程,并为氯离子的二维扩散提供了条件。
　　 2、提出了综合考虑时间衰减和裂缝宽度影响的等效氯离子扩散系数计算模型,并运用ADINA软件对裂缝处氯离子的侵入过程进行了有限元模拟。结果表明:当裂缝宽度小于0.1mm时,氯离子的扩散系数增长较缓慢;当裂缝宽度处于0.1～0.3mm之间时,等效氯离子扩散系数平稳增长;而当裂缝宽度大于0.3mm之后,其增长速度较快。裂缝间距越小,其对混凝土内氯离子侵入过程的影响越大。模拟结果反映了裂缝间距对氯离子侵入的影响,与试验结果吻合良好。
　　 3、基于Monte Carlo法,将影响混凝土构件耐久性寿命的参数作为随机变量来处理,并引入劣化因子这一参数,运用Crystal Ball软件对氯盐侵蚀环境下受弯开裂混凝土构件的耐久性寿命进行了随机模拟,得到了基于随机概率的具有不确定性的预测结果。结果表明:氯盐干湿侵蚀环境下的混凝土结构受弯开裂后,其耐久性寿命会逐步减小;为了确保结构的安全使用,需及时采取有效措施进行加固和维修,并建议相关规范对浪溅区和潮差区的混凝土结构裂缝宽度的最大值进行规定时,以裂缝宽度和保护层厚度的比值作为评价参数,并取w/c=0.006。