硅烷浸渍混凝土性能研究及寿命预测模拟分析

发布时间：2020-08-15 07:56

【摘要】：钢筋混凝土结构由于具有良好的耐久性能,目前广泛应用于各类工程构筑物中。然而混凝土作为一种多孔性材料,渗透性高,尤其是在海洋环境下,海水对混凝土结构物的入侵能够带入大量有害物质特别是氯离子,导致混凝土结构内部钢筋发生锈蚀,显著缩短混凝土结构的实际使用寿命,从而造成资源的严重浪费。同时,随着现代构筑物对混凝土性能要求的不断提高,混凝土耐久性不足的问题也越来越严重。因此,如何有效提高混凝土结构的耐久性问题,延长构筑物的使用寿命已经成为一个重大课题。水侵蚀是混凝土结构耐久性降低的重要原因,混凝土构筑物的破坏大部分都与水的入侵有关,只要能够有效阻止外界水分进入钢筋混凝土结构内部,混凝土结构的大部分病害问题都可以得到解决。而硅烷作为一种高渗透型防水材料,在20世纪80年代就开始被应用于混凝土结构的防护。与其他混凝土结构防护涂层相比,硅烷处理混凝土结构表面施工简单、使用年限长,对混凝土结构的防护作用更为长久。本文主要研究了硅烷浸渍对混凝土结构的防护作用效果,分别测试了两种硅烷材料对不同类型混凝土的吸水率、浸渍深度、抗氯离子渗透性(电通量、氯离子扩散系数)、抗碳化性能、抗盐冻性能的影响。实验所用混凝土类型包括三个强度等级普通硅酸盐水泥混凝土(C35、C40、C45)和C35强度等级复合水泥混凝土。在实验基础上,通过Comsol Multiphysics软件对基于氯离子侵蚀的混凝土结构使用寿命影响因素进行了数值模拟分析,采用正交试验分析方法模拟分析了硅烷浸渍深度、混凝土保护层厚度、混凝土扩散系数、外界氯离子初始浓度四个因素对混凝土内部钢筋表面氯离子最终浓度的影响大小,并进行了单因素分析。研究结果表明：硅烷浸渍对混凝土吸水率的降低幅度可以达到将近90%；硅烷浸渍深度大概在5-10mm之间。混凝土强度等级越低,硅烷浸渍深度越大,硅烷浸渍对混凝土吸水率的降低效果越好。硅烷浸渍对普通硅酸盐水泥混凝土作用效果更明显。硅烷浸渍能够有效提高混凝土的抗氯离子渗透性。硅烷对混凝土的电通量值和氯离子扩散系数的降低幅度基本上在20%-40%之间,且硅烷对复合水泥混凝土的抗氯离子渗透性能提升作用更明显。硅烷浸渍对混凝土的抗碳化性能作用不明显,硅烷浸渍前后混凝土的28d碳化深度相差不大。硅烷浸渍能够明显提升混凝土的抗盐冻性能。混凝土强度等级越高,硅烷浸渍作用效果越明显。未硅烷浸渍混凝土试件经过28次盐冻循环后的盐冻面砂浆层严重剥落,硅烷浸渍后混凝土试件的盐冻面只有少部分脱落,基本保持完好。硅烷浸渍能够明显降低混凝土盐冻循环后的单位面积质量损失,经过28次盐冻循坏后的降低百分比可以达到90%以上,对相对动弹性模量损失影响不明显。数值模拟分析结果表明,混凝土结构表面氯离子初始浓度对混凝土结构使用寿命影响最大,其次是混凝土保护层厚度、硅烷浸渍深度,混凝土自身扩散系数影响最小。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528

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本文编号：2793834