海洋腐蚀与冻融环境下掺合料混凝土物理力学性能及损伤机理研究

发布时间：2020-01-22 14:17

【摘要】：海洋腐蚀与冻融环境给我国北方海港混凝土结构带来严重危害,该环境下混凝土物理力学性能及损伤机理研究是解决这类工程问题的基础。本文以掺合料混凝土为研究对象,在现场实测海洋环境的基础上,借助人工气候环境模拟试验室、快速冻融循环试验机等设备,通过对紫外光、温湿度、盐雾、冻融等环境因素设置,模拟海洋腐蚀与冻融环境,综合理论分析,试验研究、数值计算等方法与手段,系统开展了海洋腐蚀与冻融环境下掺合料混凝土物理力学性能、氯离子传输机理、细观形貌结构特征、损伤机理等研究。主要成果如下:(1)通过物理性能试验,得到了掺合料混凝土经过不同冻融循环作用后表观形貌、质量的变化情况,及其在海洋腐蚀与冻融环境下的氯离子侵蚀规律;建立了矿物掺合料掺量、种类、冻融次数及腐蚀时间与混凝土各物理性能之间的联系;得到了耦合环境作用对混凝土氯离子传输性能的叠加影响规律。(2)通过力学性能试验,得到了海洋腐蚀与冻融环境下混凝土抗压强度、弹性模量、动弹性模量随掺合料、冻融次数及腐蚀时间的变化规律;建立了矿物掺合料掺量、种类、冻融次数和腐蚀时间与混凝土力学性能参数之间的联系。(3)通过对试验数据进行分析,建立了考虑冻融影响因素的孔隙度、渗透率和氯离子扩散系数数学模型;基于多孔介质渗流力学,建立了考虑冻融、对流、扩散效应的腐蚀与冻融耦合环境下氯离子传输模型,揭示了海洋腐蚀与冻融环境下氯离子在混凝土中的传输机理。采用数值计算方法,以复掺矿物掺合料混凝土的材料参数为求解初始参数对氯离子传输模型进行了求解,得到了氯离子浓度分布、扩散速率等变化规律。(4)利用扫描电子显微镜和压汞仪测定了海洋腐蚀和冻融环境下混凝土的细观形貌及孔结构特征,得到了混凝土细观形貌以及孔结构特征等随矿物掺合料掺量、种类、冻融次数及腐蚀时间的变化规律。建立了混凝土细形貌观结构和宏观性能之间的联系。(5)基于损伤力学理论,构建了海洋腐蚀与冻融环境作用下混凝土损伤演化及本构模型,该模型能够较好地描述海洋腐蚀与冻融环境作用下混凝土的损伤演化特征,对腐蚀与冻融环境下混凝土的损伤机理进行了分析探讨。(6)依据海洋腐蚀与冻融环境作用下混凝土弹性模量及强度退化模型,采用数值计算计算方法,以混凝土高桩承台桩构件为例,分析了其损伤破坏过程,得到了混凝土桩的位移、变形和损伤破坏变化规律。本文研究成果在一定程度上丰富了海洋环境多因素作用下混凝土材料性能及损伤破坏研究领域的试验数据和理论成果,为解决海洋腐蚀与冻融环境下混凝土材料耐久性问题提供了重要依据。该论文有图115幅,表84个,参考文献211篇。
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博士学位论文潘子超[147]等，利用有限单元法对所建立的氯离子扩散方程进行了求解，方程中的计算参数以及有限元计算过程的稳定性进行了探讨。结果表明和混凝土构件中，氯离子的传输受对流-扩散作用的双重影响；在传输过，对流起主要作用；水分和氯离子的扩散系数比对氯离子传输过程影响-1 为文献中所采用的数值计算程序流程图。

图 1-2 混凝土数值计算模型图[149]Figure 1-2 Numerical model of concrete[149]综上所述，目前对于氯离子渗透扩散过程的数值计算计算主要是从求解方手。本文以此为基础，利用 COMSOL 数值计算软件，根据建立的理论模型混凝土中的氯离子传输过程进行仿真计算。探讨表面氯离子浓度和冻融对氯传输的影响，并对海洋腐蚀与冻融环境下钢筋混凝土构件的损伤破坏过程进数值计算，预测其使用寿命，为工程应用提供参考。.5 海洋腐蚀与冻融环境下混凝土细观形貌研究现状(Reseatatus on Mesoscopic Morphology of Concrete in Marine Corrosnd Freezing-Thawing Environment)混凝土材料细观结构演化导致宏观力学行为改变，该方面的研究一直是混材料学研究的热点。混凝土在多因素环境作用后的宏观力学性能及破裂形式内部细观结构特征密切相关。因此，研究多因素环境下的混凝土微细观结构规律，揭示混凝土微细观结构演化机理具有十分重要的现实意义。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU528
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本文编号：2571965