荷载作用下混凝土中氯离子扩散性能研究及寿命预测

摘要

在钢筋混凝土被广泛使用期间，由于氯盐环境中的氯离子可以起到加速腐蚀钢筋的作用，很多结构物的使用寿命被缩短，这在近几十年来引起了人们的高度重视。不过以往对混凝土中氯离子扩散的研究多是在实验室展开，很少考虑实际服役条件例如荷载引起的混凝土开裂及对氯离子扩散性的影响，即使在有限的研究中也存在着很大的矛盾。已有的研究结果常常与实际脱节，使之无法或者不能很好的应用于工程实践。荷载作用对混凝土中氯离子扩散性的影响机理非常复杂，目前尚没有准确统一的结论，只能通过试验来总结规律。由于以往的研究没有建立不同荷载水平和类型与氯离子扩散性能的量化关系，所以在预测混凝土寿命时因为不能准确考虑荷载作用而不够准确真实。
　　针对这些问题，本文全面研究了无荷载作用时氯离子在混凝土中的传输机理，并在此理论基础上，结合目前研究中存在的问题，开展了荷载作用下混凝土中微裂缝及氯离子扩散性试验研究，主要研究内容和成果如下：
　　(1)对轴压荷载作用下的混凝土进行应变测量，对加载后浸泡在氯离子溶液中的混凝土进行氯离子含量测定分析，研究发现轴压荷载作用对混凝土损伤和微裂缝的影响不仅可以从各个力学性能指标上得到体现，还可以利用微裂缝引起的体积应变无损伤估算方法将微裂缝的发展程度量化，并且这种方法不受混凝土试块尺寸类型和应变测量局部部位的限制。氯离子扩散速度随着剩余体积应变的增加而提高，当剩余体积应变分别为50με、140με时，氯离子扩散系数变化比值分别达到1.1和1.25倍。轴压荷载作用后混凝土中氯离子的扩散性与轴压荷载水平有关。另外掺加粉煤灰及适当延长养护龄期都可以有效提高混凝土的抗氯离子扩散性能。
　　(2)对弯曲荷载作用下暴露在不同氯盐环境中的两种配合比混凝土进行氯离子含量测定分析，研究发现弯曲荷载对氯离子扩散的影响主要取决于荷载类型及水平大小。当荷载类型为受压时，其规律曲线为y=1-1.09 x+2.67 x2；当荷载类型为受拉时，其规律曲线为y=1-0.11 x+2.93 x2；受拉区的氯离子扩散系数要明显大于受压区。实验室条件与实际海洋环境条件存在一定差异。掺加矿物掺合料以及减小水胶比可以使时间衰减系数变大。
　　(3)基于本文试验研究成果，在以往研究的基础上建立荷载作用下混凝土中氯离子扩散模型，对荷载作用下混凝土结构的使用寿命进行预测。通过示例验证了荷载作用下混凝土中氯离子扩散模型在预测混凝土结构使用寿命时的实用性，并说明了在预测混凝土结构使用寿命时荷载作用因素不可以被忽视。此外，混凝土保护层厚度也是影响混凝土寿命的一个重要方面。
　　研究荷载作用下混凝土中氯离子传输机理和侵蚀模型具有重要的理论意义和应用价值，是氯盐环境中承受荷载作用的海洋工程结构耐久性研究的重要发展方向，是进行混凝土结构耐久性评价、设计、寿命预测的重要基础。