持载及裂缝对混凝土中水分和氯离子传输性能的影响
发布时间：2021-04-13 13:44
海岸及近海混凝土结构在实际服役过程中,不可避免地承受着各种荷载和环境因素的共同作用。在二者耦合作用下,混凝土内部侵蚀性介质的传输过程是影响钢筋混凝土结构力学性能退化及耐久性失效的重要因素。通常,干湿循环作用区域是混凝土劣化、钢筋锈蚀最为严重的部位,这表明水分是造成混凝土性能劣化的主要原因和侵蚀性介质（如氯离子）迁移进入混凝土内部的主要载体。荷载作用又会造成混凝土不同程度的损伤或开裂,裂缝相互贯通将形成大量的物质迁移通道,加快了水分、氧气及可溶性侵蚀性介质的传输速度,缩短了混凝土结构的使用寿命。因此,研究荷载作用下损伤（或开裂）混凝土内物质传输机理和分布规律具有重要的理论和实践意义。基于以上考虑,本文开展了持载作用下及开裂混凝土内水分和氯离子传输性能研究,分析了荷载水平和裂缝宽度对物质传输过程的影响规律,具体开展的工作及主要结论如下:（1）基于连通器原理,设计了一套荷载作用下混凝土吸水实时测量装置,开展了持载作用对混凝土毛细吸水性能影响规律的试验研究,建立了加载方式（拉、压）、应力水平（0～50%）与吸水率的定量关系。结果表明,在一定低应力水平范围内,32小时持压荷载作用下混凝土累积吸水...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１混凝土结构的耐久性问题??Ｆｉｇ．?１．１?Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ?ｒｅｌａｔｅｄ?ｐｒｏｂｌｅｍ?ｏｆ?ｃｏｎｃｒｅｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ??
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量变化波动微小或者不变化，可认为混凝土孔隙饱和度己达到恒定值，氯离子依靠浓度??梯度作用以扩散行为向前缓慢传输，因此，可将混凝土保护层区域分为对流区和扩散区，??如图１．８所示。总体来说，不同的环境作用对应不同传输机理之间的耦合，相同环境下??结构不同深度处传输的主导方式也不同（如图１．４所示）［＆９］，所以混凝土中任意深度处??氯离子含量可采用如下函数表示??Ｃ（ｘ，ｔ）?＝?Ｆ（Ｃｉ，ｄ，＾，Ｔ，ｈ，Ｍ）?（１．６）??式中：Ｃｓ为环境条件的边界浓度；０为相对含水量，也就是混凝土的饱和度；Ａ为混凝土??的结合作用；〇为混凝土的电势；ｒ和分别表示温度与湿度的影响；ｍ代表混凝土材??料性能特征。??ｉ?Ｌ??对流区?扩散区??水含量＜?＋???＞??禮紐??■＞１．?，?：?ｄ?：－?：?，??°?１７??图１．８干湿交替下混凝土表层水分含量及氯离子浓度分布??Ｆｉｇ．?１．８?Ｗａｔｅｒ?ｃｏｎｔｅｎｔ?ａｎｄ?ｃｈｌｏｒｉｄｅ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ａｔ?ｔｈｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ??ｃｏｎｃｒｅｔｅ?ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ?ｔｏ?ｄｒｙｉｎｇ－ｗｅｔｔｉｎｇ?ｃｙｃｌｅ??－８－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]低应力水平下混凝土中氯离子扩散行为多尺度分析方法[J]. 金浏,张仁波,杜修力. 工程力学. 2017(03)
[2]短期持压荷载与混凝土内水分传输的耦合过程[J]. 鲍玖文,王立成,程宝娟. 硅酸盐学报. 2016(08)
[3]干湿交替下开裂混凝土中水分传输的细观数值分析[J]. 王立成,鲍玖文. 水利学报. 2016(08)
[4]力学荷载对混凝土中氯离子渗透扩散行为影响述评[J]. 杜修力,金浏,张仁波. 建筑结构学报. 2016(01)
[5]损伤混凝土毛细吸水性能试验研究和水分分布预测分析[J]. 王立成,鲍玖文,李淑红. 大连理工大学学报. 2015(06)
[6]基于等温吸附的水泥基孔隙材料水分传输过程[J]. 张东东,庞晓贇,李克非. 硅酸盐学报. 2015(08)
[7]含裂纹网络水泥基材料的渗透性[J]. 李乐,庞晓贇,李克非. 硅酸盐学报. 2015(08)
[8]外加电压下氯离子在水泥基材料中的迁移特性及相互作用的研究进展[J]. 何宗旭,史才军,胡翔,张家科. 硅酸盐学报. 2015(08)
[9]压荷载持续作用状态对混凝土中氯离子输运规律的影响[J]. 王海龙,张晓龙,俞秋佳,孙晓燕. 水利学报. 2015(08)
[10]荷载作用下饱和水泥浆体中氯离子扩散性能研究[J]. 金浏,杜修力,张仁波. 工程力学. 2015(06)
博士论文
[1]细观混凝土分析模型与方法研究[D]. 金浏.北京工业大学 2014
[2]人工模拟和自然氯盐环境下混凝土氯盐侵蚀相似性研究[D]. 刘鹏.中南大学 2013
[3]应力及干湿循环作用下氯离子在混凝土中的渗透性研究[D]. 孙继成.中国建筑材料科学研究总院 2013
[4]干湿交替环境下混凝土的氯离子侵蚀与耐久性防护[D]. 曹卫群.西安建筑科技大学 2013
[5]交变荷载与硫酸盐腐蚀作用下水泥混凝土疲劳损伤机制[D]. 关博文.长安大学 2012
[6]混凝土中氯盐的传输机理及钢筋锈胀模型[D]. 付传清.浙江大学 2012
[7]表层混凝土氯离子扩散性能及其测试方法研究[D]. 吴立朋.清华大学 2012
[8]氯离子在损伤及开裂混凝土内的输运机理及作用效应[D]. 延永东.浙江大学 2011
[9]力学荷载及环境复合因素作用下混凝土结构劣化机理研究[D]. 万小梅.西安建筑科技大学 2011
[10]基于分形理论的低渗油藏若干输运特性研究[D]. 蔡建超.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]内养护自密实混凝土物理力学性能与物质传输规律试验研究[D]. 杨赛利.大连理工大学 2017
[2]养护条件对混凝土毛细吸水性能影响规律的试验研究[D]. 程宝娟.大连理工大学 2016
[3]混凝土中物质传输过程的细观数值模拟研究[D]. 鲍玖文.大连理工大学 2014
[4]混凝土裂缝对氯离子传输及水分影响深度的研究[D]. 叶海隆.浙江大学 2013
[5]混凝土内氯离子传输模型及其数值研究[D]. 吴静新.哈尔滨工业大学 2012
[6]混凝土中毛细吸水过程的理论及试验研究[D]. 李淑红.大连理工大学 2011
[7]基于细观层次的钢筋混凝土构件力学性能的数值方法研究[D]. 邢立坤.大连理工大学 2011
[8]钢筋混凝土力学性能的细观数值模拟研究[D]. 侯宇星.大连理工大学 2010
[9]干湿循环与荷载耦合作用下氯离子侵蚀混凝土模型研究[D]. 彭智.浙江大学 2010
本文编号：3135407
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：186 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１混凝土结构的耐久性问题??Ｆｉｇ．?１．１?Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ?ｒｅｌａｔｅｄ?ｐｒｏｂｌｅｍ?ｏｆ?ｃｏｎｃｒｅｔｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ??
??如图１．７所示，由单根理想毛细管吸水模型分析可知，根据杨－拉普拉斯??（Ｙｏｕｎｇ－Ｌａｐｌａｃｅ）方程用双曲率模型，所以毛细吸力与气－液交界面上几何形状可建立??关系表达式为??（１．３）??式中：八和乃分别为气相与液相的压力；八－乃为毛细吸力；ｒｓ为液相的表面张力；４、??办为研究区域交界面上的两个主曲率半径；０为接触角；ｒ为毛细管半径。??对于多孔介质材料而言，毛细吸水过程通过采用扩展的Ｄａｒｃｙ定律来表示［２３，２５］??９?＝尺（０）６（０）＝－乃（？）——?（１．４）??ｄｘ：??式中：＾为流体速率；？为体积含水量；玢？）水力传导率；尺为毛细吸力；￡＞（０）为水力??扩散系数。??—一”??１?１?Ｙ?；??图１．７单根理想毛细管吸水模型??Ｆｉｇ．?１．７?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｓｉｎｇｌｅ?ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ?ｃａｐｉｌｌａｒｙ??（３）完全饱和状态??在较高湿度条件下，混凝土孔隙内将产生毛细冷凝作用，将水蒸气凝结成水分填充??孔隙，从而使孔隙处于饱和状态，出现液相水的缓慢流动。当存在一定压力梯度作用时，??液相水将在压力梯度下产生渗透流动，水分迁移速率显著提高，此时可采用水分渗透方??程来描述水分迁移过程，即??ｑ＾Ｋ—＾ｋ—?（１．５）??Ｌ?ｆｉＬ??－７－?
量变化波动微小或者不变化，可认为混凝土孔隙饱和度己达到恒定值，氯离子依靠浓度??梯度作用以扩散行为向前缓慢传输，因此，可将混凝土保护层区域分为对流区和扩散区，??如图１．８所示。总体来说，不同的环境作用对应不同传输机理之间的耦合，相同环境下??结构不同深度处传输的主导方式也不同（如图１．４所示）［＆９］，所以混凝土中任意深度处??氯离子含量可采用如下函数表示??Ｃ（ｘ，ｔ）?＝?Ｆ（Ｃｉ，ｄ，＾，Ｔ，ｈ，Ｍ）?（１．６）??式中：Ｃｓ为环境条件的边界浓度；０为相对含水量，也就是混凝土的饱和度；Ａ为混凝土??的结合作用；〇为混凝土的电势；ｒ和分别表示温度与湿度的影响；ｍ代表混凝土材??料性能特征。??ｉ?Ｌ??对流区?扩散区??水含量＜?＋???＞??禮紐??■＞１．?，?：?ｄ?：－?：?，??°?１７??图１．８干湿交替下混凝土表层水分含量及氯离子浓度分布??Ｆｉｇ．?１．８?Ｗａｔｅｒ?ｃｏｎｔｅｎｔ?ａｎｄ?ｃｈｌｏｒｉｄｅ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ａｔ?ｔｈｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ??ｃｏｎｃｒｅｔｅ?ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ?ｔｏ?ｄｒｙｉｎｇ－ｗｅｔｔｉｎｇ?ｃｙｃｌｅ??－８－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]低应力水平下混凝土中氯离子扩散行为多尺度分析方法[J]. 金浏,张仁波,杜修力. 工程力学. 2017(03)
[2]短期持压荷载与混凝土内水分传输的耦合过程[J]. 鲍玖文,王立成,程宝娟. 硅酸盐学报. 2016(08)
[3]干湿交替下开裂混凝土中水分传输的细观数值分析[J]. 王立成,鲍玖文. 水利学报. 2016(08)
[4]力学荷载对混凝土中氯离子渗透扩散行为影响述评[J]. 杜修力,金浏,张仁波. 建筑结构学报. 2016(01)
[5]损伤混凝土毛细吸水性能试验研究和水分分布预测分析[J]. 王立成,鲍玖文,李淑红. 大连理工大学学报. 2015(06)
[6]基于等温吸附的水泥基孔隙材料水分传输过程[J]. 张东东,庞晓贇,李克非. 硅酸盐学报. 2015(08)
[7]含裂纹网络水泥基材料的渗透性[J]. 李乐,庞晓贇,李克非. 硅酸盐学报. 2015(08)
[8]外加电压下氯离子在水泥基材料中的迁移特性及相互作用的研究进展[J]. 何宗旭,史才军,胡翔,张家科. 硅酸盐学报. 2015(08)
[9]压荷载持续作用状态对混凝土中氯离子输运规律的影响[J]. 王海龙,张晓龙,俞秋佳,孙晓燕. 水利学报. 2015(08)
[10]荷载作用下饱和水泥浆体中氯离子扩散性能研究[J]. 金浏,杜修力,张仁波. 工程力学. 2015(06)
博士论文
[1]细观混凝土分析模型与方法研究[D]. 金浏.北京工业大学 2014
[2]人工模拟和自然氯盐环境下混凝土氯盐侵蚀相似性研究[D]. 刘鹏.中南大学 2013
[3]应力及干湿循环作用下氯离子在混凝土中的渗透性研究[D]. 孙继成.中国建筑材料科学研究总院 2013
[4]干湿交替环境下混凝土的氯离子侵蚀与耐久性防护[D]. 曹卫群.西安建筑科技大学 2013
[5]交变荷载与硫酸盐腐蚀作用下水泥混凝土疲劳损伤机制[D]. 关博文.长安大学 2012
[6]混凝土中氯盐的传输机理及钢筋锈胀模型[D]. 付传清.浙江大学 2012
[7]表层混凝土氯离子扩散性能及其测试方法研究[D]. 吴立朋.清华大学 2012
[8]氯离子在损伤及开裂混凝土内的输运机理及作用效应[D]. 延永东.浙江大学 2011
[9]力学荷载及环境复合因素作用下混凝土结构劣化机理研究[D]. 万小梅.西安建筑科技大学 2011
[10]基于分形理论的低渗油藏若干输运特性研究[D]. 蔡建超.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]内养护自密实混凝土物理力学性能与物质传输规律试验研究[D]. 杨赛利.大连理工大学 2017
[2]养护条件对混凝土毛细吸水性能影响规律的试验研究[D]. 程宝娟.大连理工大学 2016
[3]混凝土中物质传输过程的细观数值模拟研究[D]. 鲍玖文.大连理工大学 2014
[4]混凝土裂缝对氯离子传输及水分影响深度的研究[D]. 叶海隆.浙江大学 2013
[5]混凝土内氯离子传输模型及其数值研究[D]. 吴静新.哈尔滨工业大学 2012
[6]混凝土中毛细吸水过程的理论及试验研究[D]. 李淑红.大连理工大学 2011
[7]基于细观层次的钢筋混凝土构件力学性能的数值方法研究[D]. 邢立坤.大连理工大学 2011
[8]钢筋混凝土力学性能的细观数值模拟研究[D]. 侯宇星.大连理工大学 2010
[9]干湿循环与荷载耦合作用下氯离子侵蚀混凝土模型研究[D]. 彭智.浙江大学 2010
本文编号：3135407
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