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氯离子环境下钢筋混凝土构件耐久性能试验研究

何世钦  
【摘要】:混凝土结构耐久性问题是当今世界普遍关注的问题。由于结构耐久性不足导致钢筋混凝土结构达不到预定的服役年限,提前失效,特别是沿海及近海地区和除冰盐环境下的钢筋混凝土结构,由于混凝土发生冻融破坏,氯离子侵蚀,导致钢筋锈蚀,使结构发生早期损坏,丧失了结构的耐久性能,已成为实际工程中的重要问题。本文结合辽宁省科学技术基金项目(001077)“海洋环境下钢筋混凝土结构的抗力衰减模型和可靠度”,主要进行了以下研究工作: 1.进行了弯曲持续荷载作用下混凝土在氯化钠溶液中长期浸泡的试验,研究了持续弯曲荷载作用对氯离子在混凝土中渗透扩散性能的影响。荷载作用对氯离子的渗透扩散有一定的影响。当作用荷载较大时,加快了氯离子在混凝土中的扩散速度,增加了混凝土中氯离子的含量。基于Fick第二扩散定律计算了弯曲荷载作用下的氯离子扩散系数和随时间变化的扩散系数。 2.进行了混凝土经过不同冻融循环后又在盐水中长期浸泡的试验,研究了冻融循环作用对氯离子在混凝土中的渗透扩散影响,并分析了冻融循环作用的机理。冻融循环作用引起混凝土内部微裂缝及缺陷的进一步发展,混凝土中产生损伤,加快了氯离子的渗透扩散。氯离子扩散系数随着冻融循环次数的增加而增加。基于Fick第二扩散定律计算了冻融循环作用下的氯离子扩散系数和随时间变化的扩散系数。 3.除冰盐环境中发生混凝土冻融破坏和钢筋锈蚀。采用梁式粘结试件,分别进行了冻融循环、钢筋腐蚀、冻融循环后钢筋腐蚀情形下的钢筋与混凝土粘结性能的试验研究。结果表明,随冻融循环次数的增加,粘结强度和粘结刚度都有极大的降低,粘结机理也发生了很大的改变。钢筋锈蚀后,在锈蚀程度较小时,粘结强度有一定程度的提高;锈胀开裂后,粘结强度降低。钢筋锈蚀后极限荷载下相应的滑移有很大的减小,构件延性降低。冻融腐蚀后粘结性能进一步劣化。 4.针对实际结构中,结构构件在承受荷载作用的同时钢筋发生腐蚀,进行了试验室模拟。通过持续荷载作用、预加载后卸载钢筋混凝土梁的加速腐蚀试验,研究了荷载作用对钢筋混凝土构件在使用阶段和承载力极限状态时的性能研究。使用阶段的研究包括钢筋锈蚀率、挠度、纵向裂缝发展等;承载力极限状态的试验包括剩余承载力和挠度。结果表明,持续荷载对钢筋锈蚀的发展、挠度的增长等有很大影响,在进行钢筋混凝土结构使用寿命评估时,应该同时考虑使用荷载和环境的共同作用。 5.钢筋与混凝土粘结滑移本构模型是钢筋混凝土结构研究的基本问题之一。在试验结果的基础上,给出了混凝土冻融循环后、钢筋锈蚀后、冻融循环腐蚀后的钢筋与混凝土的粘结强度退化规律,建立了相应的粘结滑移本构关系。 6.建立锈蚀钢筋混凝土构件承载力降低模型对结构构件使用寿命和耐久性评 大连理工大学博士学位论文 估十分重要,在试验研究结果的基础上,研究了在使用阶段钢筋混凝土构件挠度随 钢筋锈蚀的发展规律,受弯构件剩余承载力与钢筋锈损程度的经验关系。 关键词:钢筋混凝土,耐久性,氯离子,氯离子扩散系数,钢筋锈蚀,锈蚀率,冻 融循环,粘结强度,粘结滑移,使用荷载,挠度,剩余承载力,剩余使用寿命


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