不同机制下混凝土内SO 4 2- 传输—劣化机理研究
发布时间：2021-03-02 04:18
硫酸盐侵蚀导致混凝土结构的承载力降低,表面出现脱皮、裂纹、钢筋裸露的现象随处可见,从而严重影响到混凝土结构的安全性、适用性和耐久性。因此,本文针对不同机制下受硫酸盐腐蚀的混凝土,采用试验、理论推导和数值模拟的方式对硫酸根离子在混凝土内部的传输劣化进行深入研究,建立混凝土内硫酸根离子传输-劣化模型。在饱和混凝土内硫酸根离子传输-劣化机理研究中,首先,通过深入研究混凝土受硫酸盐腐蚀的化学反应机理,建立出混凝土受硫酸盐侵蚀的两阶段化学反应方程式。其次,在混凝土简化的细观模型的基础上,通过应用Fuller分布和Torquato分布函数理论推导出界面过渡区体积分数计算公式,通过化学动力学理论、离子扩散理论推导得到考虑骨料粒径、界面过渡区、化学反应速率的混凝土内硫酸根离子传输数学模型。最后,在传输模型的基础上,从化学角度,根据混凝土腐蚀机理,提出了新的混凝土受硫酸盐侵蚀的腐蚀层厚度计算方法,并且根据实验数据对比验证了计算方法的合理性和正确性,同时通过膨胀理论分析得到此计算方法对于工程应用偏于安全。在非饱和混凝土内硫酸根离子传输-劣化机理研究中,通过水分传输试验和理论推导,得到水分传输的毛细吸收系数...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
反应产物对孔隙填充示意图
图 3-1 混凝土三相球简化模型ure 3-1 Three-phase sphere simplified computational model o渡区（ITZ）的细观结构和对 SO42-传输-劣化区（ITZ）分为三个步骤生成，第一步，浇筑好的于砂浆的水灰比，导致其孔结构较大；第二步，水钙等物质，由于表面的水灰比大很多，这些粗骨料体，因此产生比水泥砂浆本体更多的毛孔孔隙结构于相同情况下水泥砂浆的强度；第三步，水化时和次生钙矾石、氢氧化钙晶体逐渐填充水化产物界面过渡区的内部填充度，故此提高界面过渡区的产生过程可以发现，界面过渡区的孔隙率和强度均而增加了 SO42-传输速率，这些对混凝土抗硫酸盐区位于骨料周围，其厚度为微米级别，数值为 η泥砂浆的三倍左右[96-100]。影响界面过渡区的特性
图 3-2 有限元模型示意图Figure 3-2 Schematic diagram of finite element model在进行模型试验验证时，首先要通过实验条件进行有效扩散系数 的将相关参数输入到模型中，进行有限元分析，获得硫酸根离子随侵蚀深分布图，通过对比实验数据，可以确保模型的正确性。通过以下步骤，进行模型计算过程： 1：通过实验数据，计算界面过渡区的体积分数（ ）； 2：通过水化度、孔隙率和体积分数（ ）计算硫酸根离子分别在不同扩散系数； 3：通过细观混凝土扩散系数模型计算硫酸根离子有效扩散系数； 4：将化学反应项、扩散系数和边界条件输入有限元模型进行求解。通过上述计算步骤进行计算，与本课题组李再婷[111]的实测数据进行比模型参数如表 3-3 和表 3-4。课题组李再婷的试验为采用全浸泡的方式比为 0.4、0.5、0.6 的边长为 100mm 的立方体混凝土试块浸泡于 5%
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴压与硫酸盐耦合作用下混凝土强度劣化机理[J]. 逯静洲,田立宗,童立强,刘莹,朱孔峰. 建筑材料学报. 2018(03)
[2]半浸泡干湿循环下混凝土硫酸盐腐蚀性能研究[J]. 刘晋艳,巩天真,李强. 新型建筑材料. 2017(04)
[3]硫酸盐侵蚀下混凝土梁的开裂强度分析模型[J]. 张清清,徐锋,刘伟庆,王曙光,刘鑫. 混凝土. 2017(01)
[4]硫酸盐侵蚀损伤劣化基桩竖向承载特性[J]. 李镜培,李险峰,李林,张琰. 上海交通大学学报. 2016(11)
[5]基于改进的Tixier模型的受硫酸盐侵蚀混凝土排污管道耐久性分析[J]. 程旭东,孙连方,范燕平,李潇南,徐峰. 混凝土. 2016(06)
[6]静力弯曲荷载作用下地下结构混凝土硫酸盐侵蚀试验研究[J]. 龚道阳,徐锋,刘伟庆,王曙光,刘金龙. 混凝土. 2016(02)
[7]基于腐蚀层厚度的混凝土硫酸盐腐蚀速率基准模型的建立[J]. 杜健民,焦瑞敏,韩晓丽,姬永生. 混凝土. 2014(05)
[8]硫酸盐腐蚀钢筋混凝土板受弯力学性能的退化规律[J]. 周效国,汪俊华. 混凝土与水泥制品. 2012(10)
[9]粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀性能(英文)[J]. 李观书. 硅酸盐学报. 2012(01)
[10]中国商品混凝土发展现状及预测[J]. 过培君. 混凝土世界. 2011(12)
博士论文
[1]海洋环境氯离子在持压混凝土中传输行为的多尺度研究[D]. 徐俊.中国矿业大学 2018
[2]应力作用下混凝土中的氯盐传输及基于可靠度的寿命预测[D]. 曹银.中国建筑材料科学研究总院 2016
[3]复杂环境下混凝土硫酸盐侵蚀微—宏观劣化规律研究[D]. 高润东.清华大学 2010
硕士论文
[1]考虑骨料形状的混凝土细观模型研究[D]. 许叶帅.东南大学 2017
[2]混杂纤维混凝土抗硫酸盐和氯盐侵蚀性能的试验研究[D]. 黄国栋.安徽理工大学 2010
[3]硫酸盐侵蚀环境下的混凝土扩散反应规律研究及数值模拟[D]. 万旭荣.南京理工大学 2010
[4]水泥—石灰石粉胶凝材料在硫酸盐和氯盐共同作用下的腐蚀破坏研究[D]. 王建华.中南大学 2009
[5]硫酸盐侵蚀下混凝土的耐久性分析[D]. 汤海昌.南京理工大学 2008
[6]混凝土硫酸盐侵蚀抑制措施及其机理研究[D]. 高立强.西南交通大学 2008
[7]水泥基材料低温抗硫酸盐侵蚀性能研究[D]. 楼梁伟.重庆大学 2008
本文编号：3058587
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
反应产物对孔隙填充示意图
图 3-1 混凝土三相球简化模型ure 3-1 Three-phase sphere simplified computational model o渡区（ITZ）的细观结构和对 SO42-传输-劣化区（ITZ）分为三个步骤生成，第一步，浇筑好的于砂浆的水灰比，导致其孔结构较大；第二步，水钙等物质，由于表面的水灰比大很多，这些粗骨料体，因此产生比水泥砂浆本体更多的毛孔孔隙结构于相同情况下水泥砂浆的强度；第三步，水化时和次生钙矾石、氢氧化钙晶体逐渐填充水化产物界面过渡区的内部填充度，故此提高界面过渡区的产生过程可以发现，界面过渡区的孔隙率和强度均而增加了 SO42-传输速率，这些对混凝土抗硫酸盐区位于骨料周围，其厚度为微米级别，数值为 η泥砂浆的三倍左右[96-100]。影响界面过渡区的特性
图 3-2 有限元模型示意图Figure 3-2 Schematic diagram of finite element model在进行模型试验验证时，首先要通过实验条件进行有效扩散系数 的将相关参数输入到模型中，进行有限元分析，获得硫酸根离子随侵蚀深分布图，通过对比实验数据，可以确保模型的正确性。通过以下步骤，进行模型计算过程： 1：通过实验数据，计算界面过渡区的体积分数（ ）； 2：通过水化度、孔隙率和体积分数（ ）计算硫酸根离子分别在不同扩散系数； 3：通过细观混凝土扩散系数模型计算硫酸根离子有效扩散系数； 4：将化学反应项、扩散系数和边界条件输入有限元模型进行求解。通过上述计算步骤进行计算，与本课题组李再婷[111]的实测数据进行比模型参数如表 3-3 和表 3-4。课题组李再婷的试验为采用全浸泡的方式比为 0.4、0.5、0.6 的边长为 100mm 的立方体混凝土试块浸泡于 5%
【参考文献】：
期刊论文
[1]轴压与硫酸盐耦合作用下混凝土强度劣化机理[J]. 逯静洲,田立宗,童立强,刘莹,朱孔峰. 建筑材料学报. 2018(03)
[2]半浸泡干湿循环下混凝土硫酸盐腐蚀性能研究[J]. 刘晋艳,巩天真,李强. 新型建筑材料. 2017(04)
[3]硫酸盐侵蚀下混凝土梁的开裂强度分析模型[J]. 张清清,徐锋,刘伟庆,王曙光,刘鑫. 混凝土. 2017(01)
[4]硫酸盐侵蚀损伤劣化基桩竖向承载特性[J]. 李镜培,李险峰,李林,张琰. 上海交通大学学报. 2016(11)
[5]基于改进的Tixier模型的受硫酸盐侵蚀混凝土排污管道耐久性分析[J]. 程旭东,孙连方,范燕平,李潇南,徐峰. 混凝土. 2016(06)
[6]静力弯曲荷载作用下地下结构混凝土硫酸盐侵蚀试验研究[J]. 龚道阳,徐锋,刘伟庆,王曙光,刘金龙. 混凝土. 2016(02)
[7]基于腐蚀层厚度的混凝土硫酸盐腐蚀速率基准模型的建立[J]. 杜健民,焦瑞敏,韩晓丽,姬永生. 混凝土. 2014(05)
[8]硫酸盐腐蚀钢筋混凝土板受弯力学性能的退化规律[J]. 周效国,汪俊华. 混凝土与水泥制品. 2012(10)
[9]粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀性能(英文)[J]. 李观书. 硅酸盐学报. 2012(01)
[10]中国商品混凝土发展现状及预测[J]. 过培君. 混凝土世界. 2011(12)
博士论文
[1]海洋环境氯离子在持压混凝土中传输行为的多尺度研究[D]. 徐俊.中国矿业大学 2018
[2]应力作用下混凝土中的氯盐传输及基于可靠度的寿命预测[D]. 曹银.中国建筑材料科学研究总院 2016
[3]复杂环境下混凝土硫酸盐侵蚀微—宏观劣化规律研究[D]. 高润东.清华大学 2010
硕士论文
[1]考虑骨料形状的混凝土细观模型研究[D]. 许叶帅.东南大学 2017
[2]混杂纤维混凝土抗硫酸盐和氯盐侵蚀性能的试验研究[D]. 黄国栋.安徽理工大学 2010
[3]硫酸盐侵蚀环境下的混凝土扩散反应规律研究及数值模拟[D]. 万旭荣.南京理工大学 2010
[4]水泥—石灰石粉胶凝材料在硫酸盐和氯盐共同作用下的腐蚀破坏研究[D]. 王建华.中南大学 2009
[5]硫酸盐侵蚀下混凝土的耐久性分析[D]. 汤海昌.南京理工大学 2008
[6]混凝土硫酸盐侵蚀抑制措施及其机理研究[D]. 高立强.西南交通大学 2008
[7]水泥基材料低温抗硫酸盐侵蚀性能研究[D]. 楼梁伟.重庆大学 2008
本文编号：3058587
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