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《东南大学》 2015年
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荷载干湿交替作用下氯离子在混凝土中的传输性能研究

宋鲁光  
【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。
【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

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