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荷载对混凝土氯离子扩散性能和钢筋初锈时间的影响

王梁英  
【摘要】:混凝土结构的应用日益广泛,其中的耐久性问题也日益增多,专家对混凝土结构的耐久性研究更加重视。氯离子侵蚀对混凝土结构的耐久性具有重大影响,氯离子侵入混凝土中将导致钢筋锈蚀,钢筋锈蚀则进一步影响混凝土结构性能导致混凝土保护层胀裂或剥落,最终造成混凝土结构发生耐久性破坏。混凝土结构的使用都是处于荷载与环境共同作用下的,荷载作用对混凝土中氯离子扩散性能的影响不容忽视。 本文以Fick第二定律和Monte Carlo方法为基础,以既有工程及室内模拟试验数据为依据,对荷载作用下混凝土氯离子的扩散系数及混凝土中钢筋初锈时间进行理论研究。主要进行以下工作: 1、以现有研究为基础,从理论上对混凝土氯离子扩散理论模型的适用性进行研究,分析了考虑对流区影响下的氯离子扩散模型,并以试验测试的混凝土中氯离子浓度为依据,对考虑对流区后的Fick第二定律的解析解进行验证。 2、混凝土结构在使用过程中都是处于荷载作用之下的,以Fick第二定律和扩散方程为基础,推导了不同荷载水平下氯离子扩散系数恒定时的计算比值λ的计算公式,并结合试验数据验证其合理性。 3、在Thomas模型的基础上,推导了氯离子扩散系数随时间变化时的氯离子扩散系数计算比值公式,并结合试验数据进行验证。以腐蚀时间为40d的扩散系数为基础,对腐蚀80d、120d、160d和200d的扩散系数进行计算比值计算,验证其合理性。结论表明,混凝土扩散系数比值λ较好地反映了荷载水平对扩散性能的影响。 4、在Fick第二定律的基础上,考虑荷载作用对扩散方程的边界条件的影响,分析氯离子表面浓度或对流区与扩散区的界面浓度与荷载水平之间的关系,推导了此边界条件下的氯离子扩散新方程,并根据试验数据验证了其合理性。 5、混凝土中钢筋锈蚀是导致结构破坏的直接原因,腐蚀时间、混凝土保护层厚度、荷载作用等对钢筋初锈时间都有明显影响。以试验数据为依据,基于Monte Carlo模拟方法逐一对腐蚀时间、保护层厚度、荷载作用三个主要因素对钢筋初锈时间的影响进行分析。结论表明,弯曲荷载作用的影响更大。


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