氯盐环境下混凝土耐久性分析与定量设计

发布时间：2018-05-08 13:37

  本文选题：混凝土结构 + 氯盐环境　； 参考：《广西大学》2016年博士论文

【摘要】：氯盐环境下混凝土结构常由于氯盐侵蚀导致耐久性破坏,其主要原因之一是由于混凝土结构和材料在设计阶段对耐久性考虑不足。鉴于此,本文着重研究混凝土结构中氯离子扩散和分布规律,据此开展混凝土耐久性定量设计,实现了氯盐环境下混凝土耐久性设计在结构和材料两个层面上的统一。本文的主要工作和研究成果如下：(1)建立了不同几何外形条件下混凝土中氯离子扩散的解析解。建立了圆形截面和圆管截面混凝土构件氯离子扩散和浓度分布的解析解。推导建立了非正交扩散的三维氯离子扩散规律和分布的解析解。推导了多因素修正模型的一维扩散积分法解析解,并通过类比法导出了圆形构件中氯离子二维和三维浓度分布的多因素解析解,建立了正交和非正交扩散条件下氯离子二维和三维浓度分布的多因素解析解。进一步地,通过插值分析建立了非正交扩散条件下氯离子二维和三维浓度分布的简化近似求解方法。揭示了圆形截面部位和钝角区域部位比直角部位具有更优的耐久性,并可以有效降低混凝土结构配合比设计和施工的难度,同时提高经济性。(2)提出了海洋混凝土结构的耐久性控制区域的确定方法和理论。通过积分法推导了氯离子在混凝土中的扩散深度公式,并进一步分析了氯离子扩散深度的意义,建立了耐久性控制区域理论及确定方法,解决了确定大体积复杂结构混凝土耐久性定量设计计算模型的问题,并通过算例分析验证了耐久性控制区模型具有更高的计算精度和效率。(3)提出了氯盐环境下混凝土结构耐久性定量设计方法。基于耐久性控制区理论和建立的不同几何外型混凝土的结构耐久性计算模型,选取混凝土保护层厚度、龄期衰减系数和抗氯盐侵蚀性能(混凝土电通量或氯离子扩散系数)等参数作为混凝土结构耐久性设计参数,提出了耐久性设计参数限值的确定方法和步骤。研究表明,由于现行的混凝土结构耐久性设计规范所选取的设计参数中没有选取龄期衰减系数,且缺少定量计算模型,导致在部分情况下不能满足混凝土结构预定的服役寿命要求或混凝土制备要求；部分情况下规范较为严格导致混凝土制备较为困难或成本较高。本方法通过合理选取耐久性设计参数并依据定量计算模型确定设计参数限值,克服了现行设计规范存在的缺陷和不足。(4)建立混凝土抗氯盐侵蚀性能(氯离子扩散系数和电通量)的多因素模型。收集文献数据,通过分析混凝土配合比参数如水胶比、粉煤灰掺量、矿渣掺量等对混凝土抗氯盐侵蚀性能的影响,建立了混凝土抗氯盐侵蚀性能的多因素模型。基于正交设计和均匀设计方法,制备了20组混凝土试件并测试其抗氯盐侵蚀性能,通过统计分析和试验数据验证了该模型的合理性,并基于试验数据进一步建立了氯离子扩散系数与电通量之间的关系模型。(5)提出了一种基于强度和耐久性指标的混凝土配合比设计方法。选择混凝土强度、氯离子扩散系数及其龄期衰减系数作为混凝土强度和耐久性指标参数,根据预定的强度指标和耐久性能指标的取值,通过求解代数方程组得到混凝土水胶比和矿物掺合料掺量,建立基于强度和耐久性要求的混凝土配合比定量设计方法。研究表明,根据该方法制备得到的混凝土能同时满足预定的混凝土强度和耐久性能指标的要求,有效克服了传统配合比设计理论的缺陷。
[Abstract]:In this paper , the analytical solution of chloride ion diffusion and three - dimensional concentration distribution in concrete structures is studied by means of interpolation analysis .
Based on the orthogonal design and uniform design method , 20 sets of concrete specimens were prepared and the relationship model between chloride ion diffusion coefficient and electric flux was established .

【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
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本文编号：1861622