机械荷载与氯盐环境复合作用下混凝土结构耐久性研究

摘要

混凝土结构是当今建筑最常用的结构形式，在桥梁、隧道、海港、码头、工业及民用建筑等方面的应用日益广泛。实际服役中的混凝土结构，除了受到环境因素的影响之外，还要承受机械荷载的作用。荷载和环境的双重或多重影响将导致混凝土结构发生材料老化和结构损伤，特别是对于氯盐环境下的钢筋混凝土结构，由于环境的复杂性，混凝土结构很容易发生使用性能劣化、承载力下降以及耐久性能降低。因此，合理考虑工程结构的服役状态，系统研究机械荷载作用损伤对混凝土氯离子侵蚀的影响机理，对正确指导混凝土结构的耐久性设计和评估具有重要的工程意义。本论文主要开展了以下几个方面的研究工作:
　　 (1)通过强度试验及混凝土氯离子渗透性试验(RCM)，分别研究了水胶比和粉煤灰掺量对混凝土强度及氯离子渗透性的影响。结果表明:同龄期情况下，混凝土强度随水胶比增大而降低，混凝土氯离子扩散系数随水胶比的增大而增大;随着粉煤灰掺量的增大，前期混凝土抗压强度总体上呈降低的趋势，在普通混凝土中掺入适量（不高于30％）粉煤灰可显著降低氯离子扩散系数。当粉煤灰掺量过高（如50％）时，混凝土前期扩散系数远高于普通混凝土，对混凝土抗渗透性的改善起到了负面作用。
　　 (2)通过室内氯盐侵蚀试验及海边暴露试验，对轴拉静载作用下混凝土损伤对氯离子渗透性的影响进行了系统的研究。试验结果表明，短期轴拉静载作用后，混凝土抗氯离子侵蚀能力下降。拉应力水平越高，氯离子侵蚀速度增加越明显。而在持续的轴拉荷载作用下，大大降低了混凝土的抗氯离子侵蚀性。
　　 (3)通过室内氯盐侵蚀试验及海边暴露试验，对轴压荷载作用下混凝土损伤对氯离子渗透性的影响进行了系统的研究。轴压荷载作用下，混凝土抗氯离子侵蚀能力与压应力水平之间存在良好的对应关系:随压应力水平提高，混凝土抗氯离子侵蚀性能均表现出先增强后减弱的趋势，揭示了轴压荷载作用对混凝土微结构变化的两种相反机制（“压合，，和“劈裂”）。长、短期轴压荷载对混凝土耐久性的影响差异性较大。
　　 (4)通过选择承受短期轴压荷载的试件进行了多个龄期的室内氯盐侵蚀试验，对混凝土的自愈合能力进行了研究。试验结果表明，在混凝土自愈合作用下，无论应力水平多大，即损伤程度的不同，氯离子扩散系数均随着时间的增长逐渐降低，最终将趋于平衡。其中，应力水平为50％、65％时，自愈合幅度相差不多，但应力水平达到75％、85％时自愈合幅度有显著提升。即各应力水平下混凝土损伤的愈合程度不同，应力水平越高，损伤程度越高，自愈合的幅度也越大。
　　 (5)通过室内及海边氯离子侵蚀试验，对机械荷载作用下硅烷防水混凝土的耐久性机理进行了研究。分析发现，硅烷防水对氯离子的隔离作用是通过同时降低混凝土表面扩散系数和表面氯离子浓度实现的。机械荷载作用会在一定程度上影响防水混凝土的抗氯离子侵蚀能力，但总体而言，不至于严重影响硅烷的防护效果。与未防水的同应力混凝土相比，防水混凝土表面氯离子浓度及扩散系数均大大降低，氯离子扩散系数的折减则是随荷载水平而变化的函数。
　　 (6)在试验结果的基础上，对假定工程进行了氯盐环境下混凝土结构的耐久性寿命预测。

目录

声明

摘要

第—章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 氯盐环境下混凝土耐久性研究现状

1．2．2 机械荷载作用下氯离子侵蚀研究现状

1．2．3 硅烷用于混凝土表面防水处理研究现状

1．3 本文的主要研究内容和目标

1．3．1 本文的主要研究内容

1．3．2 主要预期目标

第二章 氯盐环境下混凝土腐蚀及硅烷表面防水机理

2．1 氯离子的来源及传输机理

2．1．1 氯离子的来源

2．1．2 氯离子的传输机理

2．2 氯离子侵入混凝土的影响因素

2．3 氯离子引起钢筋锈蚀的机理

2．4 硅烷表面处理对氯离子的隔离机理

2．5 混凝土结构耐久寿命预测理论

2．5．1 氯盐环境下混凝土结构耐久寿命准则

2．5．2 基本预测模型及其参数

2．5．3 改进的预测模型

第三章 混凝土强度及氯离子渗透性发展规律

3．1 试验方案

3．1．1 原材料及配合比

3．1．2 实验方法

3．2 试验结果及分析

3．2．1 水胶比的影响

3．2．2 粉煤灰掺量的影响

3．2．3 混凝土强度与氯离子渗透性的关系

3．3 本章小结

第四章 荷载作用下混凝土抗氯离子侵蚀性

4．1 试验方案

4．1．1 原材料及配合比

4．1．2 试件设计和制备

4．1．3 加载方法

4．1．4 氯离子侵蚀试验方法

4．1．5 氯离子含量测定方法

4．1．6 试验数据拟合方法

4．2 室内试验结果及分析

4．2．1 轴拉荷载对混凝土抗氯离子侵蚀性的影响

4．2．2 轴压荷载对混凝土抗氯离子侵蚀性的影响

4．2．3 混凝土自愈合对抗氯离子侵蚀性的影响

4．3 海边暴露试验结果及分析

4．4 氯盐环境下混凝土结构耐久寿命预测

4．5 本章小结

第五章 荷载作用下硅烷表面防水混凝土抗氯离子侵蚀性

5．1 试验方案

5．1．1 硅烷防水剂的性能

5．1．2 防水处理方案

5．1．3 加载方法和氯离子侵蚀试验方法

5．2 室内试验结果及分析

5．2．1 轴拉荷载对硅烷表面防水混凝土抗氯离子侵蚀性的影响

5．2．2 轴压荷载对硅烷表面防水混凝土抗氯离子侵蚀性的影响

5．2．3 硅烷表面防水对混凝土抗氯离子侵蚀性的影响

5．3 海边暴露试验结果及分析

5．4 氯盐环境下硅烷表面防水混凝土结构耐久寿命预测

5．5 本章小结

第六章 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

在学期间发表的学术论文及参与的科研项目

致谢