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冲刷与荷载作用下纳米混凝土内氯离子扩散特性研究

于磊  
【摘要】:纳米混凝土因其优异的耐久性能而得到国内外众多研究者的关注,有望应用于近海工程等恶劣环境下服役的工程结构。目前关于纳米混凝土耐久性的研究主要集中于环境单因素作用下的性能改善。而混凝土结构一般都处在环境与荷载耦合作用下,各种因素相互影响和促进导致混凝土性能下降更为严重。因此,本论文考虑近海工程结构实际服役环境,研究纳米混凝土在冲刷和荷载耦合作用下的氯离子扩散特征,对促进纳米混凝土的应用和保障混凝土结构的安全服役具有重要意义。本论文主要研究内容包括以下方面: 1)研究了冲刷与氯离子侵蚀耦合作用下纳米混凝土的性能。通过理论分析确定了冲刷与氯离子侵蚀加速实验的相似比参数并利用自制设备进行了实验。得到了冲刷作用下氯离子在普通混凝土和纳米混凝土中的扩散分布特征,分析了冲刷对氯离子扩散加速的影响机理;得到了氯离子侵蚀对冲刷磨蚀速度的影响并分析了其机理。发展了冲刷作用下氯离子扩散模拟方法,探讨了纳米混凝土抵抗冲刷与氯离子侵蚀耦合加速破坏作用的优势机理。 2)纳米混凝土与普通混凝土相比,具有界面区密实、荷载微裂缝细化的优势。针对上述纳米混凝土特点,研究了骨料级配、界面区厚度和微裂缝状态对氯离子扩散的影响特性,进一步分析研究了纳米混凝土抗氯离子侵蚀能力提高的机理,并得到了基于抗氯离子侵蚀能力要求的骨料级配确定方法。 3)实验研究了普通混凝土和纳米混凝土在弯折荷载下的氯离子扩散特性。得到了混凝土梁内不同受力区的氯离子分布特征,并分析对比了纳米混凝土在荷载作用下抵抗氯离子侵蚀能力的提高特性与机理。 4)基于FICK第二定律和蒙特卡罗法生成随机骨料,利用ANSYS进行了混凝土内氯离子扩散的数值模拟,对氯离子扩散系数进行了数值计算并与试验对比,同时模拟研究了扩散时间、界面特性、骨料粒径以及裂缝和冲刷作用等因素对氯离子扩散的影响规律,并与实验结果进行了对比分析。


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