氯盐环境受弯RC梁混凝土氯离子扩散及钢筋锈蚀的时变性

发布时间：2020-04-17 07:22

【摘要】：海洋环境中实际结构大多受荷载作用,混凝土中氯离子的传输不仅受暴露环境因素的影响,而且受荷载形式的影响。弯曲荷载和氯盐环境的耦合作用,能够加速RC结构中的钢筋锈蚀,引起混凝土的锈胀开裂,从而使RC结构的承载能力下降,进而影响其使用寿命和适用性。本文基于Fick第二定律和受弯混凝土构件的受力基本原理,研究了弯曲荷载作用下RC梁不同受力区混凝土的表观氯离子扩散系数及氯离子浓度的计算方法;分析了混凝土表观氯离子扩散系数的时变性及弯曲荷载水平作用对不同受力区混凝土中氯离子扩散性的影响;基于称重法和三维激光扫描技术两种方法,对比研究了不同暴露环境和弯曲荷载水平下,不同水灰比混凝土中的受拉钢筋的均匀锈蚀率及不均匀锈蚀随机性;预测了不同暴露条件下RC梁的受拉钢筋初始锈蚀时间,分析了不同暴露条件下受拉钢筋初始锈蚀的临界氯离子浓度的概率分布类型。本文研究内容主要包含如下:1.建立了考虑弯曲荷载作用下混凝土不同深度处应力状态影响的表观氯离子扩散系数的时变模型,对比一般的简化氯离子扩散时变模型和已有的试验的实测数据,验证了本文提出的时变模型的合理性。2.基于本文提出的考虑应力状态影响的混凝土氯离子扩散的时变模型,以及自然潮差环境下的RC梁长期暴露试验,研究了弯曲荷载作用对不同受力区混凝土中氯离子扩散的影响,并在此基础上进一步分析了自然潮差环境与弯曲荷载耦合作用下加速受压区混凝土中氯离子扩散的临界压应力。3.基于模拟潮差环境下受弯RC梁的长期暴露试验,分析了受弯RC梁的受拉钢筋锈蚀的时变过程和受拉钢筋的不均匀锈蚀随机性。4.基于受拉钢筋质量锈蚀率的时变模型,预测了不同暴露环境、不同弯曲荷载水平以及不同水灰比的RC梁中受拉钢筋的初始锈蚀时间,并对比研究了不同暴露条件下RC梁混凝土中受拉钢筋初始锈蚀的临界氯离子浓度的概率分布类型。
【图文】：

弹性阶段,受弯,混凝土梁,应力分布

钢筋的应力激增，并通过粘结力向未开裂的混凝土传递拉应力，使得梁中继续出现拉裂缝，在受拉钢筋屈服时（即达到屈服弯矩yM ）带裂缝工作阶段结束；进入破坏阶段，由于钢筋已达到屈服点，作用较小的荷载增量，RC 梁也会产生较大的变形，随着梁截面不同受力区混凝土内的裂缝继续发展，直至荷载作用达到梁截面所能承受的极限弯矩（uM ）后，，RC 梁截面受压区混凝土被压碎，梁正截面发生受弯破坏。由上述分析可知，当弯曲荷载增大至较高水平后，RC 梁受拉区混凝土会产生开裂，且随弯曲荷载水平的增加，混凝土中的裂缝会不断发展，导致其内部结构发生改变，甚至混凝土内部出现较大的裂缝，从而改变了混凝土中氯离子传输方式，Fick 第二定律不再适用于描述该阶段混凝土氯离子传输的过程。因此，为获取弯曲荷载下氯离子在混凝土中的扩散模型，本文仅研究弹性阶段内弯曲构件中的氯离子传输特点。弹性阶段前期，荷载较小时，RC 构件受拉区和受压区混凝土的应力分布为线性分布，如图 2-1。

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图 3-1 原位暴露试验 RC 梁的配筋和加载示意图（mm）Figure 3-1. Schematic diagram of loading method and cross section of RC beams (mm根据上述方法，对 68 根 RC 梁（=2×4×4×2+2×2，分别代表 2 个水灰比暴露时间，4 种弯曲荷载水平，2 根相同加载条件的梁以及 2 个水灰比各 2 根梁）进行测试[102]。其中，取 2 根相同测试条件的梁是为了消除试验材料等的性对试验结果的影响，1 根用于测试混凝土中氯离子浓度分布，另外 1 根用试承载力以分析混凝土中钢筋的锈蚀和锈蚀钢筋对承载力的影响；2 根参考于测试室内自然养护 28 d 后，测试其极限承载力值（2 根的平均值），测试果如表 3-1 所示。按设定的荷载加载之后，在其侧面涂上环氧树脂，以梁的上下表面作为氯的入侵面，然后将所有试验 RC 梁（除测试初始承载力的参考梁之外）放置定位置进行原位暴露试验。试验 RC 梁的暴露时间分别为 240 d、480 d、63 780 d。3 自然潮差环境下 RC 梁混凝土的自由氯离子浓度
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU375.1

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