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《中南大学》 2013年
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人工模拟和自然氯盐环境下混凝土氯盐侵蚀相似性研究

刘鹏  
【摘要】:摘要:氯离子引起钢筋锈蚀是导致氯盐环境中钢筋混凝土结构耐久性退化的主因;建立人工模拟和自然氯盐环境中混凝土氯盐侵蚀的相似关系,对准确地预测氯盐环境中混凝土结构的使用寿命和评估其耐久性具有重要意义。若要建立人工模拟和自然氯盐环境中混凝土氯盐侵蚀的相似关系,前提条件则是先确立适宜的人工模拟环境试验制度以保证两种环境中混凝土氯盐侵蚀过程和机理的相似;而确立人工模拟环境试验制度的核心工作则是解决模拟环境参数(如温度、湿度、润湿时间、循环时间和风速等)取值依据和范围问题。然而,现有研究在试验制度和依据方面尚未达成共识,研究成果难以定量对比。本文在总结已有研究的基础上,提出了基于混凝土内部微环境响应相似的人工模拟环境试验制度的设计方法;基于该试验制度和混凝土氯盐侵蚀相似准则模型,构筑了人工模拟和自然环境中混凝土氯盐侵蚀相似关系。研究内容如下: (1)基于混凝土内部微环境层次理念,建立了分段形式的自然环境温/湿度作用谱和混凝土内微环境温/湿度响应谱模型。摒除了将自然环境直接等效为混凝土内微环境观念的不足,分析了环境因素作用和混凝土内部微环境响应间的异同,探讨了湿度采用相对湿度与水汽密度表达形式间的关联和适用范围。研究结果表明:混凝土内微环境与自然环境间的异同主要表现为波动周期相等、相位滞后和峰值衰减等方面,不可将自然环境简单地视为混凝土内部微环境;采用水汽密度表达形式可更好地描述自然环境湿度变化规律和表征混凝土内部微环境湿度特征。 (2)通过探讨人工模拟环境中混凝土内部微环境温度响应,建立了混凝土内部微环境温度响应模型,并提出了求解模型数值解的新方法。分析表明:因环境作用机制的不同使得人工模拟环境中混凝土内微环境响应规律有别于自然环境,人工模拟环境中混凝土内微环境响应实测结果与理论模型曲线吻合较佳。 (3)建立了含温度和风速参数的混凝土水分传输表面因子模型,并采用数值模拟法探讨了风速对混凝土内湿度分布状态的影响。数值模拟结果表明:若风速和临界干燥时间超过定值(风速约为3.0m/s,临界干燥时间约为13h),则可将模拟环境湿度等效为混凝土与环境间的界面湿度;这是因混凝土内部、混凝土表层和外界环境间的水分传输量达到平衡态造成的。 (4)提出了基于混凝土内部微环境响应相似的人工模拟环境试验制度的设计方法。通过分析混凝土内部微环境响应规律和边界条件,确立了人工模拟环境试验参数(如温度、湿度、润湿时间、干燥时间、循环风速和氯盐溶液浓度等)取值依据和范围,解决了现有研究中人工模拟试验制度参数取值依据不充分的难题。基于混凝土表层内水分传输模型,分析了混凝土水灰比、混凝土初始饱和度和湿度梯度对干湿平衡时间比和水分影响深度的影响;还提出了采用BET等温吸附曲线求解混凝土内水分特征曲线的新途径。结果表明:混凝土干湿平衡时间比和水分影响深度是确立人工模拟试验制度的重要指标。 (5)推导了人工模拟和自然氯盐环境混凝土氯盐侵蚀相似准则模型和相似关系,并为实际工程测试数据所验证。通过建立混凝土氯离子扩散系数和表层氯离子对流区深度模型,利用人工模拟试验制度和研究方法评估了氯盐环境中典型混凝土结构的耐久性。结果表明:混凝土表层的氯离子浓度与高程和距海距离间的关系均符合S曲线,人工模拟和自然环境中混凝土氯盐侵蚀间的差异主要表现为混凝土表层氯离子含量、氯离子对流区深度和扩散系数等方面;特定的人工模拟环境试验和自然环境中混凝土氯盐侵蚀的相似率为定值。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TU375

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【参考文献】
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