交变荷载与干湿循环联合作用下混凝土氯离子传输机制

摘要

氯离子侵蚀易导致钢筋混凝土结构服役性能劣化。国内外研究，虽然考虑了单一因素作用、荷载与干湿循环等多因素作用下混凝土氯离子侵蚀机理，但是考虑荷载仅限于持续荷载作用，难以反映公路、桥梁、高桩码头等混凝土结构承受频繁反复交通荷载的真实损伤情况，现有成果不能满足氯盐富集环境下道路工程混凝土结构耐久性设计需要。为此，本文在已有研究基础上，对交变荷载与干湿循环作用下水泥混凝土氯离子侵蚀机制进行研究。
　　根据断裂力学和损伤力学理论，建立了氯离子扩散系数与疲劳损伤的关系模型；根据疲劳累积损伤理论，将交变荷载参数引入氯离子扩散系数随疲劳损伤变化的关系模型中，建立了交变荷载下混凝土氯离子传输模型。利用课题组设计的荷载与干湿循环化学介质侵蚀试验装置，验证了模型的合理性，并深入分析了交变荷载最大应力水平、荷载频率、混凝土水灰比、氯盐浓度等因素对混凝土氯离子侵蚀的影响规律，交变荷载的最大应力水平、混凝土水灰比、荷载频率对氯盐侵蚀深度具有明显的影响。
　　根据干湿循环作用下氯离子传输机制，综合考虑混凝土龄期、饱和度、温度、氯离子吸附效应对氯离子、水分传输的影响，建立了干湿循环下混凝土氯离子对流-扩散模型，模型计算结果与室内试验结果的具有良好相关性。通过模型计算，研究分析了干湿循环制度、混凝土水灰比、氯盐浓度、温度等因素对氯盐侵蚀的影响，氯离子浓度随干湿循环时间比先增大后减小，随水灰比、氯盐浓度、温度的增大而增大。
　　在已推导出的氯离子扩散系数与疲劳损伤关系模型基础上，建立氯离子交变荷载影响系数和水分交变荷载影响系数，分析了应力水平和荷载频率对氯离子、水分交变荷载影响系数的影响规律，发现氯离子交变荷载影响系数比水分交变荷载系数对应力水平、荷载频率更为敏感；结合所建的干湿循环氯离子对流-扩散模型，建立了交变荷载与干湿循环联合作用下混凝土氯离子传输模型，并通过有限差分法对模型进行求解。进行室内试验，验证了模型的合理性，通过模型计算分析了交变荷载应力水平、荷载频率、混凝土水灰比、氯盐浓度、温度等因素对氯盐侵蚀的影响规律，发现交变荷载与干湿循环联合作用下氯离子的传输规律与干湿循环作用的传输规律相似，传输深度与浓度比干湿循环作用更大。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 存在的问题

1.4 主要研究内容及技术路线

第二章 交变荷载作用下混凝土中氯离子传输机制

2.1 氯离子在混凝土中的传输机理

2.2混凝土的疲劳累积损伤原理

2.3 交变荷载对氯离子扩散系数的影响

2.4 交变荷载作用下混凝土氯离子传输方程的建立与求解

2.5 交变荷载作用下混凝土氯离子传输模型的验证

2.6 交变荷载作用下混凝土中氯离子传输影响因素分析

2.7 本章小结

第三章 干湿循环下混凝土中氯离子传输机制

3.1 干湿循环下混凝土中氯离子传输模型

3.2 干湿循环作用下混凝土氯离子传输方程的数值求解

3.3 干湿循环作用下混凝土氯离子传输模型验证

3.4 干湿循环作用下混凝土中氯离子传输影响因素分析

3.5 本章小结

第四章 交变荷载与干湿循环联合作用下混凝土氯离子传输机制

4.1 交变荷载与干湿循环联合作用

4.2 交变荷载与干湿循环联合作用下混凝土氯离子传输模型

4.3 干湿循环作用下混凝土侵蚀离子传输模型验证

4.4 交变荷载与干湿循环作用下混凝土中氯离子传输影响因素分析

4.5 本章小结

主要结论及进一步研究建议

主要结论

进一步研究建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢