混凝土氯离子扩散理论修正模型及其数值模拟

发布时间：2020-08-07 00:16

【摘要】：钢筋混凝土结构是绝大多数建筑工程的主要结构形式,其耐久性和寿命受众多因素的影响,因此研究钢筋混凝土结构的耐久性和寿命具有很强的现实意义和社会需求。钢筋混凝土结构耐久性研究一直是学术界和工程界的重要课题内容,实现钢筋混凝土工程的高耐久性和长寿命也与国家提倡的节能减排和可持续发展十分契合。因钢筋的锈蚀而导致混凝土耐久性劣化的工程案例不胜枚举,氯离子侵蚀又是造成混凝土内部钢筋锈蚀的重要因素,在各国的沿海地区和盐渍区域的桥梁工程、海底隧道等混凝土结构破坏更是严重。论文在综合分析国内外的相关理论成果和研究试验基础上,采用理论分析、公式推导、数值模拟、数据分析等方法,对氯离子渗透混凝土破坏钢筋的过程进行了深入探讨和细致研究。其主要的研究内容如下:论文首先简述了国内外混凝土结构的破坏情况,并综述了国内外的混凝土氯离子侵蚀模型理论发展成果;然后又在Fick第二扩散定律基础上,考虑混凝土结构可能处在不同的氯盐侵蚀环境下,氯离子的迁移扩散会受到多种内外因素的影响,建立了考虑时间效应、氯离子结合能力、环境温度、应力状态和裂缝等综合因素的修正氯离子侵蚀理论模型。论文又结合了混凝土结构的相关理论和细观断裂模型,利用蒙特卡罗方法的随机性、骨料级配的选取等理论,通过MATLAB软件建立了混凝土的二维随机骨料模型,从而为第四章的氯离子侵蚀混凝土COMSOL数值模拟提供几何尺寸模型。考虑氯离子有效扩散系数随时间、温度等外在条件变化的复杂性,在选取模型参数后,使用COMSOL软件对氯离子侵蚀混凝土过程进行了数值模拟分析、对比,证实了有限元软件COMSOL模拟氯离子渗透混凝土过程的合理性和有效性。结合数值模拟数据和混凝土氯离子迁移机制,提出了预防氯离子侵入混凝土有效措施,为工程建设提供了理论基础,也为工程施工提供了便利。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【图文】：

水坝,渗透作用,冻融破坏,混凝土

图 1.1 混凝土水坝水的渗透作用Figure 1.1 The osmosis of water in concrete dam图 1.2 混凝土的冻融破坏Figure 1.2 The Freeze-thaw damage of concrete

冻融破坏,迁移机制,氯离子

3图 1.2 混凝土的冻融破坏Figure 1.2 The Freeze-thaw damage of concrete子侵入机理处于不同的氯盐环境，氯离子往结构内部的迁移机制也不一般会与水分子接触并混合在一块。当混凝土内部孔隙含有氯离子通过水的“载体作用”往钢筋表面迁移，此时发生而当混凝土的周围环境氯离子浓度高于结构内部的浓度时子也会往深处迁移，这样的迁移机制是浓度扩散，当然混在（如水）；若混凝土内部有离子等带电粒子的存在或其离子同样会迁移到钢筋附近，这是电化学迁移的作用；而

侵蚀作用,海水,氯离子

往混凝土内部更深处迁移也就更容易。混凝土结构所处环境不同，内部的氯离子浓度、含量变化也各不相度、空气湿度、水饱和度、养护龄期、钢筋分布、保护层厚度等很。李镜培[9]等指出埋置于土体中的桩基础，其桩－土界面处氯离子况与其在浸泡侵蚀条件下迁移扩散有很大差异。因为土体本身是一相结构，不同于氯盐溶液，土体还会约束桩基的变形开裂，氯离子情况会更加复杂。孙丛涛[10]等研究冻融环境的混凝土中氯离子的扩表明冻融损伤会使氯离子扩散系数增大，混凝土内部氯离子的迁移。柳磊[11]等研究混凝土结构在疲劳荷载和氯盐侵蚀的作用下，其内散行为。研究结果表明疲劳应力水平低于 0.4 时，对氯离子扩散没应力水平高于 0.5 时，氯离子的扩散进程加快。所以在特定的氯盐土结构内部氯离子的迁移状况有其特有的规律，且是由多种迁移机。在沿海地区，桥梁等建筑物会受到海水的冲刷，氯离子侵入混凝构破坏也更严重，如图 1.3[12]。

【参考文献】