氯盐侵蚀对混凝土构件力学性能影响的数值研究
发布时间：2022-02-21 07:24
在混凝土耐久性研究中,有关荷载效应对氯盐侵蚀过程的影响以及受侵蚀后混凝土力学性能的变化规律研究一直是重中之重,已有大量学者对该课题进行了试验研究及数值模拟分析,但由于环境条件的不统一,使得众多研究成果的可比性较弱,而且诸多研究大多集中在轴向拉应力状态下混凝土内氯离子扩散行为的研究上,对于剪应力、轴向压应力状态下的研究却稍显不足。本文将C30混凝土作为研究对象,通过数值模拟定量得分析了剪切、拉（压）荷载效应下混凝土内的氯离子浓度和受氯盐侵蚀后混凝土的单轴抗压强度值,进一步得出不同荷载作用下混凝土内氯离子扩散系数的变化规律以及混凝土力学性能在氯盐侵蚀作用下的损伤变化趋势。具体研究包括:（1）在已有的受氯盐侵蚀混凝土力学性能研究成果的基础上,基于菲克第二定律,建立了考虑时间效应、混凝土固化能力、裂隙状态等多重因素下的氯离子扩散方程。（2）基于COMSOL软件易于处理多物理场耦合情况下固体物质中离子迁移问题的优势,进行了拉、压、剪应力状态下混凝土内氯离子扩散过程的数值模拟研究。结果表明:轴向拉应力与剪应力作用效果相似,对提高混凝土内氯离子的扩散速度较为显著。与之相反的是,轴向压应力作用使得混凝...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
西部盐湖氯离子侵蚀混凝土
西安建筑科技大学硕士学位论文11据进行统计分析，间接得到氯离子在裂缝内扩散的规律。本文统计了相关文献[32-36]中扩散系数与裂缝宽度间的关系，将文献中实验数据进行了归一化处理，通过数据拟合得到了离子在裂缝内扩散系数的表达式，如图2.1所示。图2.1裂缝宽度与扩散系数间的关系从图2.1可以清晰看出，离子扩散系数在裂缝宽度区间30μm―100μm内随裂缝宽度的增大呈明显增长趋势，而在其余区间则趋于平稳。由此可见，30μm和100μm是裂缝内离子扩散系数的边界值，对于裂化区离子扩散系数和裂缝宽度可以建立相应的函数关系，具体的表达式如式(2-2)所示：f0.77lnw2.4530w100(2-2)式（2-2）中：w用于表示裂缝的宽度，如果裂缝的宽度较小，通常认为在30μm以下时，混凝土内部的胶凝材料的水化产物会将这些微小的裂缝弥补，等于氯离子在完好混凝土中的扩散系数；如果裂缝的宽度在30到100之间时，由mDμmμm于裂缝宽度较大，胶凝材料的水化产物并不能将这些裂缝弥补，这给氯离子的扩散提供了机会和通道，但是部分未贯通裂缝依旧具有一定的堵塞氯离子扩散的能力；如果裂缝的宽度在100μm以上，在这种情况下，胶凝材料的水化产物不能完全弥补裂缝，氯离子的扩散通道畅通，相应的扩散系数和氯离子在水中的扩散0D系数保持相等。2.1.3混凝土的固化能力对于钢筋混凝土来说，内部存在的氯离子会尽可能的向更深处迁移，在氯离
西安建筑科技大学硕士学位论文13图2.2混凝土小梁内力图采用图2.2所示的加载方法作用于混凝土构件，其中部区域内剪应力通常较大同时正应力较校孙继成[41]和卞雷[42]通过测定弯曲荷载下混凝土内电通量值，得出在荷载水平较小（加荷比﹤0.3）的情况下，所产生的正应力对混凝土电通量影响并不显著，即不影响氯离子扩散系数，通过这种方法可以分析混凝土构建在剪应力的作用下，对混凝土中氯离子扩散系数的影响。为保证混凝土构件在加载过程中保持不开裂状态，在模拟分析前需确定混凝土小梁的开裂荷载值，参照邹斌[24]对小梁构件进行三分点加载试验后测得的开裂荷载平均值，将加载值Pu设置为5kN。当混凝土墙、板等结构构件所处的环境如果氯离子浓度较大，氯离子的扩散方向通常较为固定，一般是顺着墙和板的厚度方向，因此可以认为这种扩散行为是单向的[43]，本文假定氯离子为一维扩散，边界浓度恒定，考虑以上三点因素可得到修正后扩散方程：(2-4)2cr2CCDTx式(2-4)中：，为氯离子的表观反应速率。crtr0DfffD0D令bfcHc联立式(2-1)、(2-2)、(2-3)、(2-4)后可得
【参考文献】：
期刊论文
[1]氯盐干湿循环与碳化耦合作用下混凝土力学性能及微观结构研究[J]. 范红军. 新型建筑材料. 2020(05)
[2]氯盐侵蚀下约束混凝土力学性能试验研究[J]. 曹琛. 建筑结构. 2019(12)
[3]水胶比对掺粉煤灰超高性能混凝土施工与力学性能影响[J]. 李传习,聂洁,潘仁胜,石家宽,曾宇环. 硅酸盐通报. 2019(01)
[4]施工现场养护方式对混凝土抗压强度的影响研究[J]. 渠晔,唐新军,姜春萌. 粉煤灰综合利用. 2018(03)
[5]氯盐侵蚀后不同掺合料混凝土力学性能[J]. 朱炯,张连英,刘瑞雪,李雁,李兵. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2014(05)
[6]氯离子腐蚀环境下混凝土力学性能研究[J]. 张晓,闫涛. 金陵科技学院学报. 2012(01)
[7]服役混凝土在二元及多元因素耦合作用下耐久性研究综述[J]. 吴一非. 广州建筑. 2011(06)
[8]应力作用下混凝土的氯离子渗透性[J]. 孙继成,姚燕,王玲,吴浩. 低温建筑技术. 2011(03)
[9]氯离子在受荷混凝土内的传输研究进展[J]. 金伟良,延永东,王海龙. 硅酸盐学报. 2010(11)
[10]暴露时间和扩散深度对混凝土氯离子结合能力的影响[J]. 吴庆令,余红发,梁丽敏. 四川大学学报(工程科学版). 2010(03)
博士论文
[1]水泥稳定碎石早期微裂愈合特性及力学性能演化机理研究[D]. 张静.河北工业大学 2017
[2]冻融循环与氯盐侵蚀耦合作用下预应力混凝土构件劣化性能研究[D]. 陈妤.江苏大学 2011
[3]盐湖地区高性能混凝土的耐久性、机理与使用寿命预测方法[D]. 余红发.东南大学 2004
硕士论文
[1]混凝土抗硫酸盐侵蚀的耐久性研究[D]. 舒婷.东华理工大学 2018
[2]混凝土氯离子扩散理论修正模型及其数值模拟[D]. 刘飞.安徽理工大学 2018
[3]氯盐—硫酸盐侵蚀下混凝土的损伤劣化机理研究[D]. 刘其跃.中国矿业大学 2017
[4]不同应力状态下结构混凝土氯离子扩散特性研究[D]. 邹斌.浙江大学 2017
[5]单轴持续压荷载及矿物掺合料对混凝土氯离子渗透性的影响研究[D]. 汪明刚.大连理工大学 2011
[6]早期养护方式对混凝土力学性能和耐久性的影响[D]. 曾德强.重庆大学 2011
[7]海洋环境下混凝土结构中氯离子的侵入机理与分布发展[D]. 崔玲.青岛理工大学 2010
[8]混凝土氯离子侵蚀和碳化试验标准化研究[D]. 王传坤.浙江大学 2010
本文编号：3636778
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
西部盐湖氯离子侵蚀混凝土
西安建筑科技大学硕士学位论文11据进行统计分析，间接得到氯离子在裂缝内扩散的规律。本文统计了相关文献[32-36]中扩散系数与裂缝宽度间的关系，将文献中实验数据进行了归一化处理，通过数据拟合得到了离子在裂缝内扩散系数的表达式，如图2.1所示。图2.1裂缝宽度与扩散系数间的关系从图2.1可以清晰看出，离子扩散系数在裂缝宽度区间30μm―100μm内随裂缝宽度的增大呈明显增长趋势，而在其余区间则趋于平稳。由此可见，30μm和100μm是裂缝内离子扩散系数的边界值，对于裂化区离子扩散系数和裂缝宽度可以建立相应的函数关系，具体的表达式如式(2-2)所示：f0.77lnw2.4530w100(2-2)式（2-2）中：w用于表示裂缝的宽度，如果裂缝的宽度较小，通常认为在30μm以下时，混凝土内部的胶凝材料的水化产物会将这些微小的裂缝弥补，等于氯离子在完好混凝土中的扩散系数；如果裂缝的宽度在30到100之间时，由mDμmμm于裂缝宽度较大，胶凝材料的水化产物并不能将这些裂缝弥补，这给氯离子的扩散提供了机会和通道，但是部分未贯通裂缝依旧具有一定的堵塞氯离子扩散的能力；如果裂缝的宽度在100μm以上，在这种情况下，胶凝材料的水化产物不能完全弥补裂缝，氯离子的扩散通道畅通，相应的扩散系数和氯离子在水中的扩散0D系数保持相等。2.1.3混凝土的固化能力对于钢筋混凝土来说，内部存在的氯离子会尽可能的向更深处迁移，在氯离
西安建筑科技大学硕士学位论文13图2.2混凝土小梁内力图采用图2.2所示的加载方法作用于混凝土构件，其中部区域内剪应力通常较大同时正应力较校孙继成[41]和卞雷[42]通过测定弯曲荷载下混凝土内电通量值，得出在荷载水平较小（加荷比﹤0.3）的情况下，所产生的正应力对混凝土电通量影响并不显著，即不影响氯离子扩散系数，通过这种方法可以分析混凝土构建在剪应力的作用下，对混凝土中氯离子扩散系数的影响。为保证混凝土构件在加载过程中保持不开裂状态，在模拟分析前需确定混凝土小梁的开裂荷载值，参照邹斌[24]对小梁构件进行三分点加载试验后测得的开裂荷载平均值，将加载值Pu设置为5kN。当混凝土墙、板等结构构件所处的环境如果氯离子浓度较大，氯离子的扩散方向通常较为固定，一般是顺着墙和板的厚度方向，因此可以认为这种扩散行为是单向的[43]，本文假定氯离子为一维扩散，边界浓度恒定，考虑以上三点因素可得到修正后扩散方程：(2-4)2cr2CCDTx式(2-4)中：，为氯离子的表观反应速率。crtr0DfffD0D令bfcHc联立式(2-1)、(2-2)、(2-3)、(2-4)后可得
【参考文献】：
期刊论文
[1]氯盐干湿循环与碳化耦合作用下混凝土力学性能及微观结构研究[J]. 范红军. 新型建筑材料. 2020(05)
[2]氯盐侵蚀下约束混凝土力学性能试验研究[J]. 曹琛. 建筑结构. 2019(12)
[3]水胶比对掺粉煤灰超高性能混凝土施工与力学性能影响[J]. 李传习,聂洁,潘仁胜,石家宽,曾宇环. 硅酸盐通报. 2019(01)
[4]施工现场养护方式对混凝土抗压强度的影响研究[J]. 渠晔,唐新军,姜春萌. 粉煤灰综合利用. 2018(03)
[5]氯盐侵蚀后不同掺合料混凝土力学性能[J]. 朱炯,张连英,刘瑞雪,李雁,李兵. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2014(05)
[6]氯离子腐蚀环境下混凝土力学性能研究[J]. 张晓,闫涛. 金陵科技学院学报. 2012(01)
[7]服役混凝土在二元及多元因素耦合作用下耐久性研究综述[J]. 吴一非. 广州建筑. 2011(06)
[8]应力作用下混凝土的氯离子渗透性[J]. 孙继成,姚燕,王玲,吴浩. 低温建筑技术. 2011(03)
[9]氯离子在受荷混凝土内的传输研究进展[J]. 金伟良,延永东,王海龙. 硅酸盐学报. 2010(11)
[10]暴露时间和扩散深度对混凝土氯离子结合能力的影响[J]. 吴庆令,余红发,梁丽敏. 四川大学学报(工程科学版). 2010(03)
博士论文
[1]水泥稳定碎石早期微裂愈合特性及力学性能演化机理研究[D]. 张静.河北工业大学 2017
[2]冻融循环与氯盐侵蚀耦合作用下预应力混凝土构件劣化性能研究[D]. 陈妤.江苏大学 2011
[3]盐湖地区高性能混凝土的耐久性、机理与使用寿命预测方法[D]. 余红发.东南大学 2004
硕士论文
[1]混凝土抗硫酸盐侵蚀的耐久性研究[D]. 舒婷.东华理工大学 2018
[2]混凝土氯离子扩散理论修正模型及其数值模拟[D]. 刘飞.安徽理工大学 2018
[3]氯盐—硫酸盐侵蚀下混凝土的损伤劣化机理研究[D]. 刘其跃.中国矿业大学 2017
[4]不同应力状态下结构混凝土氯离子扩散特性研究[D]. 邹斌.浙江大学 2017
[5]单轴持续压荷载及矿物掺合料对混凝土氯离子渗透性的影响研究[D]. 汪明刚.大连理工大学 2011
[6]早期养护方式对混凝土力学性能和耐久性的影响[D]. 曾德强.重庆大学 2011
[7]海洋环境下混凝土结构中氯离子的侵入机理与分布发展[D]. 崔玲.青岛理工大学 2010
[8]混凝土氯离子侵蚀和碳化试验标准化研究[D]. 王传坤.浙江大学 2010
本文编号：3636778
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