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《西安建筑科技大学》 2008年
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一般大气环境多因素作用混凝土中性化性能研究

牛建刚  
【摘要】: 处于一般大气环境中的混凝土结构种类繁多,数量巨大。工业化的进程,导致全球大气污染日趋严重,环境中CO_2浓度的加大以及酸雨范围的扩大,使混凝土的中性化问题越来越受关注。混凝土中性化是钢筋锈蚀的前提条件,一般大气环境下混凝土中性化和钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性的主要研究内容。此外,混凝土结构总处于承载状态下,结构的应力状态会对混凝土的耐久性产生影响。研究受荷状态下粉煤灰混凝土在酸雨和碳化共同作用时的中性化性能,为进一步研究混凝土中钢筋的锈蚀与混凝土结构的寿命预测奠定了基础,对混凝土结构的耐久性设计及其评估具有重要的意义。 论文选取一般大气环境下影响混凝土结构耐久性的力学因素(弯曲荷载)和环境因素(CO_2和酸雨)组合,设计了多因素耐久性试验方案和具体实施方法,通过试验研究了单一、双重和多重影响因素作用下粉煤灰混凝土的中性化性能,揭示了它们的作用机理和性能退化规律,最终建立了一般大气环境粉煤灰混凝土结构中性化深度预测模型。主要研究内容如下: 从扩散传质角度分析了气态的CO_2和液态的酸雨与混凝土发生中性化反应的过程,揭示了混凝土碳化和混凝土遭受酸雨侵蚀中性化的机理。在对全国酸雨成分调查和分析的基础上,提出了试验室模拟酸雨溶液的配制方法以及采用浸烘循环制度加速酸雨侵蚀的试验方法。分析了国内外耐久性试验加载装置的优缺点,确定了适合于多因素耐久性试验的加载方式,为开展多因素作用下混凝土中性化试验研究,以及建立粉煤灰混凝土中性化深度预测模型奠定了基础。 开展了粉煤灰混凝土快速碳化试验,研究了各种因素(水胶比、粉煤灰掺量、浇筑面)对粉煤灰混凝土碳化规律的影响以及CO_2二维扩散作用对构件角区碳化深度的影响;进行了粉煤灰混凝土酸雨侵蚀模拟试验,采用混凝土表层溶蚀、质量变化、力学性能降低和中性化深度等评价指标研究了粉煤灰混凝土的酸雨侵蚀规律,分析了不同酸雨侵蚀影响因素对评价指标的影响。结果表明,酸雨不仅使混凝土表面出现剥蚀、骨料外露,还使混凝土质量减小、强度降低、中性化深度加大。 首次考虑酸雨和CO_2的共同作用,在分析混凝土酸雨侵蚀机理、碳化机理以及二者共同作用特点的基础上,设计了酸雨和碳化共同作用试验模式,通过一般大气环境中酸雨侵蚀和碳化共同作用粉煤灰混凝土的耐久性试验,研究了粉煤灰混凝土在酸雨侵蚀和碳化共同作用下的性能退化规律,分析了二者之间的耦合效应,得出了混凝土酸雨侵蚀和碳化共同作用的机理。 考虑应力状态对混凝土耐久性的影响,研究了一般大气环境承载混凝土在不同侵蚀介质作用下的耐久性能,通过承载混凝土试件的快速碳化试验、酸雨侵蚀试验、酸雨和碳化共同作用循环试验,分析了弯曲荷载水平对粉煤灰混凝土侵蚀规律及中性化的影响,提出了混凝土中性化弯曲应力影响系数的计算公式。 分析了影响粉煤灰混凝土碳化的主要因素,在粉煤灰混凝土碳化机理的基础上进行了粉煤灰混凝土碳化模型的推导,建立了粉煤灰混凝土的碳化深度预测模型。通过对混凝土水化过程、碳化机理的深入分析,提出了模型参数——完全碳化时单位体积混凝土吸收二氧化碳的量m_0的计算方法,并给出了工程中常用粉煤灰混凝土的简化实用公式;基于气体在混凝土中扩散机理的分析,给出了另一个重要的模型参数——二氧化碳在混凝土中有效扩散系数D_e的计算公式。 从传质学理论入手,首次建立了酸雨侵蚀混凝土中性化理论模型,研究了模型中各参数的取值,从材料因素和环境因素两方面确立了酸雨侵蚀粉煤灰混凝土有效扩散系数D_A的计算公式。以混凝土碳化作用为主,首次建立了一般大气环境下考虑酸雨作用和荷载影响的粉煤灰混凝土中性化深度预测模型。通过模型计算值和试验结果的比较验证了中性化深度预测模型,计算值与试验结果吻合较好,该模型为一般大气环境下粉煤灰混凝土结构的寿命预测提供了科学依据。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TU528

【引证文献】
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8 余红发;盐湖地区高性能混凝土的耐久性、机理与使用寿命预测方法[D];东南大学;2004年
9 何世钦;氯离子环境下钢筋混凝土构件耐久性能试验研究[D];大连理工大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 董敬勋;持续荷载对粉煤灰混凝土冻融性能的影响[D];北京交通大学;2011年
2 刘万里;弯曲荷载与环境共同作用下粉煤灰混凝土碳化规律的研究[D];西安建筑科技大学;2008年
3 唐进;大掺量矿物掺合料混凝土抗酸雨侵蚀性能研究[D];中南大学;2009年
4 周胜兵;环境因素与弯曲荷载对混凝土抗腐蚀性能影响的试验研究[D];浙江工业大学;2011年
5 乐建元;粉煤灰混凝土碳化深度预测模型[D];武汉理工大学;2008年
6 张二猛;弯曲荷载及杂散电流与腐蚀介质复合作用下地铁混凝土的抗侵蚀性能[D];华南理工大学;2011年
7 刘旭东;京沪高速铁路桥梁混凝土聚脲防护技术的应用研究[D];青岛理工大学;2010年
8 赵全胜;大掺量粉煤灰混凝土在工程中的应用研究[D];河北工业大学;2002年
9 张晶;钢管粉煤灰混凝土轴心受压构件徐变性能研究[D];北京交通大学;2011年
10 王书云;粉煤灰混凝土配合比研究[D];山东大学;2005年
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