碳化、冻融、荷载耦合作用下混凝土氯离子侵蚀试验研究

发布时间：2020-05-08 19:23

【摘要】：在冻融损伤、碳化、氯离子侵蚀等因素作用下,钢筋混凝土结构耐久性问题日益严重,其中,氯盐侵蚀是导致钢筋锈蚀重要因素。因此,本文以混凝土中氯离子侵蚀为主线,研究碳化、荷载、冻融损伤、及其耦合作用对氯离子扩散的影响。主要研究内容如下:(1)将混凝土假定为由骨料和砂浆组成的两相复合材料,分别设计球形、椭球形骨料随机投放算法,并利用MATLAB编制相应程序,从而实现了细观层次三维随机混凝土几何模型的生成。基于MATLAB平台研制了mat2scr 2017程序,将MATLAB中图形文件数据读入SCR脚本文件中,实现了MATLAB图形向CAD图形的转换,极大地提搞了随机混凝土模型的通用性。将MATLAB和COMSOL软件结合,对混凝土几何模型进行有限元网格剖分。研究结果表明:建立的随机骨料模型骨料含量可达到较高水平,骨料粒径、投放位置满足随机性要求;椭球形随机骨料投放算法简单高效,并保证了椭球自身倾角的随机性;模型适用于任意级配混凝土的生成,对连续级配混凝土骨料逐级随机投放,保证了各级配骨料体积率;对随机混凝土进行网格剖分取得较好的效果,满足有限元分析的需要。(2)基于Fick第二定律,在已有研究的基础上,推导出综合考虑混凝土对氯离子结合效应、氯离子扩散时间依赖性、表面氯离子浓度、离子静电场作用、温度、混凝土内部相对湿度影响的氯离子扩散方程。(3)设计混凝土碳化、冻融循环试验,对不同碳化龄期、不同冻融循环次数、不同荷载水平的混凝土试件进行氯离子侵蚀试验研究。建立碳化作用、荷载作用、及碳化冻融荷载耦合作用对氯离子扩散系数修正模型并确定了其中参数,所建立的数值模型计算结果与试验结果吻合较好。(4)基于宏观氯离子侵蚀数值模型和已经建立的混凝土三维细观模型,从细观层次探究饱水混凝土中氯离子传输规律。研究结果表明:混凝土试件同一深度处氯离子含量不同,骨料对氯离子传输具有阻碍作用,骨料改变了氯离子在混凝土内部的传输路径,氯离子分布在骨料周围有绕流现象。
【图文】：

50mm×150mm×150mm单粒级配球形随机骨料几何模型

骨料,连续级配,几何模型,球形

(a)等轴测 (b)俯视图 2.2 150mm×150mm×150mm 单粒级配球形随机骨料几何模型根据公路桥涵施工技术规范[69]规定的粗集料级配范围，生成边长为 150mm 混凝方体标准试件，粗骨料体积率为 45%，其级配见表 2.1 所示。表 2.1 粗骨料级配级配情况/mm 26.5~31.5 19~26.5 16~19 9.5~16 4.75~9.5 2.36~4.75各级配段骨料含量/% 5 30 30 20 15 0骨料体积率/% 2.25 13.5 13.5 9 6.75 0
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】