荷载干湿交替作用下氯离子在混凝土中的传输性能研究

发布时间：2017-05-28 06:09

  本文关键词：荷载干湿交替作用下氯离子在混凝土中的传输性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：弯曲荷载同干湿循环耦合作用下氯离子在混凝土中的传输性能研究是海洋环境混凝土结构耐久性研究的重要课题。本文采用自然浸泡法,建立了弯曲荷载同环境因素耦合作用下的氯离子侵蚀试验方法,模拟氯离子在水下区及干湿循环区域的混凝土中传输的过程。通过对弯曲荷载同干湿循环耦合作用下水胶比、养护龄期、矿渣掺量和应力比等因素对表观扩散系数的影响及表观扩散系数和表面氯离子浓度时变规律的研究,建立多因素作用下氯离子在混凝土中的传输模型。本文取得的主要研究结论和创新性成果包括以下几个方面：(1)弯曲荷载加载方法的选择及弯曲荷载同干湿循环耦合作用试验测试方法的建立。综合考虑各种已有弯曲荷载加载装置及加载方法的优缺点,选择适合于干湿循环试验的持续加载的加载装置。并建立弯曲荷载同干湿循环耦合作用下氯离子传输试验的测试方法及试验制度。(2)浸泡及干湿循环条件下氯离子在混凝土中的传输规律研究。研究了浸泡及干湿循环两种条件下氯离子在混凝土中的传输规律。结果表明,浸泡及干湿循环条件下氯离子表观扩散系数都会随着水胶比的增大而增大,干湿循环作用加大了水胶比对混凝土表观扩散系数的影响。氯离子表观扩散系数都会随着矿渣掺量的增多而呈先减小后增大的趋势。掺加矿渣的混凝土的表观扩散系数要小于未掺加矿渣的混凝土。表观扩散系数同矿渣掺量的关系符合二次多项式的形式。氯离子表观扩散系数会随着养护龄期的增加而减小。表观扩散系数同养护龄期的关系符合幂函数的形式。建立了在浸泡及干湿循环条件下水胶比、矿渣掺量和养护龄期等因素对混凝土中氯离子表观扩散系数的影响规律模型。浸泡及干湿循环条件下,表观扩散系数随着试验时间的增加而减小。表观扩散系数的比值会随着试验时间的增加而增大。根据试验数据建立了表观扩散系数的比值同试验时间的关系。根据前述水胶比、矿渣掺量、养护龄期及干湿循环作用等因素对表观扩散系数的影响规律,建立了表观扩散系数的综合性影响因素模型。并确定了模型参数的取值。(3)表观扩散系数和表面氯离子浓度的时变规律模型。对表观扩散系数和表面氯离子浓度的时变规律进行了系统研究。研究了浸泡及干湿循环条件下表观扩散系数的时间依赖性及其影响因素。结果表明,浸泡及干湿循环条件下表观扩散系数都会随着暴露时间的增加呈减小的趋势,其同暴露时间的关系符合幂函数的形式。表观扩散系数的时间依赖性系数会随着水胶比的增加而增大。同水胶比的关系可以用线性函数的形式来描述。时间依赖性系数会随着矿渣掺量的增加而增大。其关系基本符合线性函数规律。表观扩散系数的时间依赖性模型未考虑养护龄期的影响,难以直接建立表观扩散系数的时间依赖性系数同养护龄期之间的联系。通过将表观扩散系数看作是暴露时间内即时扩散系数的积分平均值,利用表观扩散系数的时间依赖性系数将表观扩散系数转化为即时扩散系数,进而建立了养护龄期同即时扩散系数时间依赖性常数的关系。得到即时扩散系数时间依赖性常数同养护龄期之间呈平方根关系。根据前述水胶比、矿渣掺量、养护龄期及干湿循环作用等因素对表观扩散系数时间依赖性系数的影响规律,建立了表观扩散系数时间依赖性关系的综合性模型。并分析了表观扩散系数和即时扩散系数的时间依赖性的相互关系,对表观扩散系数和即时扩散系数的时间依赖性模型如何引入氯离子扩散模型进行了研究。表面氯离子浓度会随着暴露时间的增加而增长,增长速度逐渐减缓,达到一定的时间后趋于稳定。浸泡条件下表面氯离子浓度的时变规律模型符合平方根模型的形式。平方根模型中模型系数同水胶比的关系满足线性规律,同养护龄期的关系基本符合幂函数的形式。干湿循环条件下,表面氯离子浓度的时变规律可以用带初值的平方根模型来描述。(4)浸泡及干湿循环条件下,持续荷载对氯离子在混凝土中传输的影响对持续荷载同浸泡及环境因素耦合作用下,氯离子在混凝土中的传输规律进行了系统研究。结果表明,持续荷载的作用并未改变水胶比、矿渣掺量和养护龄期对表观扩散系数的影响规律,但持续荷载刚千湿循环的耦合作用加大了其对表观扩散系数的影响。在浸泡及干湿循环条件下氯离子表观扩散系数都会随着应力比的增大而增大。表观扩敞系数同应力比及应力之间的关系可以用二次多项式来表示。建立了浸泡及干湿循环条件下氯离子表观扩散系数同应力比或应力值之间的关系模型。在持续荷载作用下,浸泡及干湿循环两种条件表观扩散系数的比值随便时间的变化规律与未施加持续荷载时两者的比值相同,表观扩散系数的比值同暴露时间的关系都符合指数函数的形式。建立了表观扩散系数比值同暴露时间的关系。(5)考虑持续荷载及环境因素耦合作用的氯离子传输模型基于Fick第二定律建立氯离子在混凝土中的传输模型。分析了损伤劣化因素、氯离子结合能力、温湿度及氯离子扩散系数的时间依赖性等因素对模型的影响。建立考虑持续荷载和干湿循环作用的多因素氯离子传输模型。根据前述试验总结的干湿循环、持续荷载等因素对氯离子扩散系数的影响规律及水胶比、养护龄期和矿渣掺量等材料参数在干湿循环同持续荷载作用下对氯离子扩散系数及其时间依赖性的影响规律,将水胶比、养护龄期、矿渣掺量、干湿循环和持续荷载等因素引入氯离子传输模型中。并讨论了模型参数在干湿循环和持续荷载单独及耦合作用情况下的取值。研究了水胶比、养护龄期、持续荷载和干湿循环等模型参数对氯离子传输模型的影响。并根据现场暴露试验数据对模型进行验证。
【关键词】：混凝土 氯离子 干湿循环 弯曲荷载 表观扩散系数 时变规律 表面氯离子浓度 传输模型
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-31
• 1.1 研究背景13-16
• 1.2 国内外研究现状16-29
• 1.2.1 氯离子导致钢筋锈蚀的机理16-17
• 1.2.2 氯离子在混凝土中的传输机理17-19
• 1.2.3 基于氯离子扩散作用的传输模型的研究19-21
• 1.2.4 扩散系数的时间依赖性21-23
• 1.2.5 表面氯离子浓度的时变规律模型23-26
• 1.2.6 持续荷载同氯盐耦合作用下混凝土的损伤劣化模型26-29
• 1.3 目前研究工作存在的问题29-30
• 1.4 本文的研究内容30-31
• 第二章 海工混凝土的制备与试验方法31-41
• 2.1 试验原材料和配合比设计31-33
• 2.1.1 硅酸盐水泥31-32
• 2.1.2 磨细矿渣32
• 2.1.3 粗细骨料32
• 2.1.4 外加剂和拌合用水32-33
• 2.2 试件尺寸、配合比设计及养护制度33-34
• 2.2.1 混凝土的配合比设计33-34
• 2.2.2 试件的成型与养护制度34
• 2.3 干湿循环-弯曲荷载耦合作用下混凝土中氯离子侵蚀试验方法34-40
• 2.3.1 加载装置的设计34-38
• 2.3.2 荷载率的选取38-39
• 2.3.3 氯离子侵蚀试验方法39-40
• 2.3.4 氯离子浓度的测试方法40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 浸泡及干湿循环条件下表观扩散系数的影响因素41-67
• 3.1 扩散方程的理论基础41-43
• 3.2 氯离子在混凝土中的扩散规律及表观扩散系数的影响因素分析43-63
• 3.2.1 浸泡条件下氯离子在混凝土中的扩散规律43-51
• 3.2.2 干湿循环条件下氯离子在混凝土中的扩散规律51-59
• 3.2.3 浸泡及干湿循环条件下氯离子表观扩散系数的相互关系59-63
• 3.3 表观扩散系数的影响因素模型63-65
• 3.3.1 与混凝土材料相关的材料参数k_m及表观扩散系数参考值D_(ref)64-65
• 3.3.2 考虑混凝土暴露环境的环境劣化参数k_e65
• 3.4 本章小结65-67
• 第四章 表观扩散系数和表面氯离子浓度的时变规律67-93
• 4.1 氯离子表观扩散系数的时间依赖性67-86
• 4.1.1 氯离子表观扩散系数的时间依赖性问题的背景67-68
• 4.1.2 氯离子表观扩散系数的时间依赖性常数68-69
• 4.1.3 氯离子表观扩散系数的时间依赖性常数的影响因素分析69-79
• 4.1.4 氯离子表观扩散系数的时间依赖性模型79
• 4.1.5 考虑时间依赖性常数的氯离子传输模型79-84
• 4.1.6 时间依赖性模型的验证84-86
• 4.2 表面氯离子浓度的时变模型86-92
• 4.2.1 浸泡条件下表面氯离子浓度的时变规律87-90
• 4.2.2 干湿循环条件下表面氯离子浓度的时变规律90-92
• 4.3 本章小结92-93
• 第五章 持续荷载对氯离子在混凝土中传输的影响93-123
• 5.1 持续荷载作用的试验结果与分析93-121
• 5.1.1 浸泡条件下,持续荷载对氯离子在混凝土中的扩散的影响93-101
• 5.1.2 浸泡条件下,加载与未加载情况表观扩散系数对比101-106
• 5.1.3 干湿循环条件下,持续荷载对氯离子在混凝土中的扩散的影响106-114
• 5.1.4 干湿循环条件下,加载与未加载情况混凝土的表观扩散系数对比114-121
• 5.2 本章小结121-123
• 第六章 考虑持续荷载及干湿循环作用的氯离子传输模型123-141
• 6.1 考虑持续荷载和干湿循环作用的氯离子传输模型的建立123-135
• 6.1.1 传输模型的基本形式124
• 6.1.2 表观扩散系数的影响因素124-127
• 6.1.3 表面氯离子浓度的影响因素127-129
• 6.1.4 考虑荷载和干湿循环作用传输模型的建立129-130
• 6.1.5 模型参数的取值依据130-135
• 6.2 考虑持续荷载和干湿循环作用的氯离子传输模型的影响因素分析135-139
• 6.2.1 水胶比对氯离子在混凝土中传输的影响135-136
• 6.2.2 养护龄期对氯离子在混凝土中传输的影响136-137
• 6.2.3 持续荷载对氯离子在混凝土中传输的影响137-138
• 6.2.4 干湿循环作用对氯离子杂混凝土中传输的影响138-139
• 6.3 考虑持续荷载和干湿循环耦合作用的氯离子传输模型的验证139-140
• 6.4 本章小结140-141
• 第七章 总结与展望141-147
• 7.1 全文总结141-144
• 7.1.1 持续荷载加载方法的选择及持续荷载与干湿循环耦合作用试验测试方法的建立141
• 7.1.2 浸泡及干湿循环条件下氯离子在混凝土中的传输规律研究141-142
• 7.1.3 表观扩散系数和表面氯离子浓度的时变规律模型142-143
• 7.1.4 浸泡及干湿循环条件下,持续荷载对氯离子在混凝土中传输的影响143-144
• 7.1.5 考虑持续荷载及干湿循环作用的氯离子传输模型144
• 7.2 创新点144
• 7.3 研究展望144-147
• 参考文献147-155
• 作者简介155-157
• 致谢157

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