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氯盐扩散及诱发的混凝土保护层锈胀开裂行为细观数值研究

张仁波  
【摘要】:在氯盐环境下,氯离子会侵入或渗透到钢筋混凝土结构内部,引起钢筋锈蚀膨胀,对周围混凝土产生挤压,从而引起混凝土保护层开裂。保护层一旦开裂,会加速有害介质的侵入,从而加速混凝土保护层的锈裂过程,导致混凝土结构耐久性失效。因而,对氯离子扩散行为及混凝土保护层锈裂行为进行研究具有重要的科学意义。混凝土是一种典型的复合材料,其物理及力学特性由其微/细观组成决定,因此需要从其微/细观角度来把握混凝土材料的宏观物理力学性质。本文就是从微/细观多尺度角度出发,研究混凝土中的氯离子扩散行为及其诱发的保护层开裂破坏行为。具体来说,论文的工作分为以下两个部分:1.氯离子在混凝土中扩散行为模拟1)基于弹性力学及质量(物质)扩散理论,建立了荷载作用下混凝土中氯离子扩散行为分析的微/细观多尺度理论分析模型与方法,探讨了混凝土配比组成与内部结构、外部荷载作用对氯离子扩散行为的影响。2)结合混凝土材料微/细观尺度下的物理和力学特性,建立了开裂混凝土中氯离子扩散行为模拟的细观数值模型,模拟了氯离子在开裂混凝土的传输扩散行为,揭示了裂缝宽度和深度的影响规律。2.钢筋锈胀致混凝土保护层开裂行为模拟1)依据氯离子扩散行为的分析结果,发展了混凝土角部区域中钢筋的非均匀锈蚀膨胀模式,建立了钢筋锈蚀膨胀致保护层混凝土开裂破坏行为模拟的细观力学分析模型;模拟并对比了不同锈蚀模式下混凝土保护层的开裂行为,揭示了锈蚀分布模式及混凝土非均质性的影响规律。2)基于细观尺度力学模型,模拟了两根相邻钢筋同时非均匀锈蚀膨胀引发的混凝土保护层开裂破坏行为,分析了混凝土保护层厚度、钢筋直径和钢筋间距等因素的影响机制。


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