荷載干濕交替作用下氯離子在混凝土中的傳輸性能研究.pdf

1、彎曲荷載同干濕循環(huán)耦合作用下氯離子在混凝土中的傳輸性能研究是海洋環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的重要課題。本文采用自然浸泡法，建立了彎曲荷載同環(huán)境因素耦合作用下的氯離子侵蝕試驗(yàn)方法，模擬氯離子在水下區(qū)及干濕循環(huán)區(qū)域的混凝土中傳輸?shù)倪^程。通過對彎曲荷載同干濕循環(huán)耦合作用下水膠比、養(yǎng)護(hù)齡期、礦渣摻量和應(yīng)力比等因素對表觀擴(kuò)散系數(shù)的影響及表觀擴(kuò)散系數(shù)和表面氯離子濃度時變規(guī)律的研究，建立多因素作用下氯離子在混凝土中的傳輸模型。本文取得的主要研究結(jié)論和創(chuàng)

2、新性成果包括以下幾個方面:
　　(1)彎曲荷載加載方法的選擇及彎曲荷載同干濕循環(huán)耦合作用試驗(yàn)測試方法的建立。
　　綜合考慮各種已有彎曲荷載加載裝置及加載方法的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇適合于干濕循環(huán)試驗(yàn)的持續(xù)加載的加載裝置。并建立彎曲荷載同干濕循環(huán)耦合作用下氯離子傳輸試驗(yàn)的測試方法及試驗(yàn)制度。
　　(2)浸泡及干濕循環(huán)條件下氯離子在混凝土中的傳輸規(guī)律研究。
　　研究了浸泡及干濕循環(huán)兩種條件下氯離子在混凝土中的傳輸規(guī)律。結(jié)果表明

3、，浸泡及干濕循環(huán)條件下氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)都會隨著水膠比的增大而增大，干濕循環(huán)作用加大了水膠比對混凝土表觀擴(kuò)散系數(shù)的影響。氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)都會隨著礦渣摻量的增多而呈先減小后增大的趨勢。摻加礦渣的混凝土的表觀擴(kuò)散系數(shù)要小于未摻加礦渣的混凝土。表觀擴(kuò)散系數(shù)同礦渣摻量的關(guān)系符合二次多項(xiàng)式的形式。氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)會隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加而減小。表觀擴(kuò)散系數(shù)同養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系符合冪函數(shù)的形式。建立了在浸泡及干濕循環(huán)條件下水膠比、礦渣摻量和養(yǎng)護(hù)齡期等因

4、素對混凝土中氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)的影響規(guī)律模型。浸泡及干濕循環(huán)條件下，表觀擴(kuò)散系數(shù)隨著試驗(yàn)時間的增加而減小。表觀擴(kuò)散系數(shù)的比值會隨著試驗(yàn)時間的增加而增大。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了表觀擴(kuò)散系數(shù)的比值同試驗(yàn)時間的關(guān)系。根據(jù)前述水膠比、礦渣摻量、養(yǎng)護(hù)齡期及干濕循環(huán)作用等因素對表觀擴(kuò)散系數(shù)的影響規(guī)律，建立了表觀擴(kuò)散系數(shù)的綜合性影響因素模型。并確定了模型參數(shù)的取值。
　　(3)表觀擴(kuò)散系數(shù)和表面氯離子濃度的時變規(guī)律模型。
　　對表觀擴(kuò)散系數(shù)和

5、表面氯離子濃度的時變規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究了浸泡及干濕循環(huán)條件下表觀擴(kuò)散系數(shù)的時間依賴性及其影響因素。結(jié)果表明，浸泡及干濕循環(huán)條件下表觀擴(kuò)散系數(shù)都會隨著暴露時間的增加呈減小的趨勢，其同暴露時間的關(guān)系符合冪函數(shù)的形式。表觀擴(kuò)散系數(shù)的時間依賴性系數(shù)會隨著水膠比的增加而增大。同水膠比的關(guān)系可以用線性函數(shù)的形式來描述。時間依賴性系數(shù)會隨著礦渣摻量的增加而增大。其關(guān)系基本符合線性函數(shù)規(guī)律。表觀擴(kuò)散系數(shù)的時間依賴性模型未考慮養(yǎng)護(hù)齡期的影響，難以直

6、接建立表觀擴(kuò)散系數(shù)的時間依賴性系數(shù)同養(yǎng)護(hù)齡期之間的聯(lián)系。通過將表觀擴(kuò)散系數(shù)看作是暴露時間內(nèi)即時擴(kuò)散系數(shù)的積分平均值，利用表觀擴(kuò)散系數(shù)的時間依賴性系數(shù)將表觀擴(kuò)散系數(shù)轉(zhuǎn)化為即時擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)而建立了養(yǎng)護(hù)齡期同即時擴(kuò)散系數(shù)時間依賴性常數(shù)的關(guān)系。得到即時擴(kuò)散系數(shù)時間依賴性常數(shù)同養(yǎng)護(hù)齡期之間呈平方根關(guān)系。根據(jù)前述水膠比、礦渣摻量、養(yǎng)護(hù)齡期及干濕循環(huán)作用等因素對表觀擴(kuò)散系數(shù)時間依賴性系數(shù)的影響規(guī)律，建立了表觀擴(kuò)散系數(shù)時間依賴性關(guān)系的綜合性模型。并分析

7、了表觀擴(kuò)散系數(shù)和即時擴(kuò)散系數(shù)的時間依賴性的相互關(guān)系，對表觀擴(kuò)散系數(shù)和即時擴(kuò)散系數(shù)的時間依賴性模型如何引入氯離子擴(kuò)散模型進(jìn)行了研究。
　　表面氯離子濃度會隨著暴露時間的增加而增長，增長速度逐漸減緩，達(dá)到一定的時間后趨于穩(wěn)定。浸泡條件下表面氯離子濃度的時變規(guī)律模型符合平方根模型的形式。平方根模型中模型系數(shù)同水膠比的關(guān)系滿足線性規(guī)律，同養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系基本符合冪函數(shù)的形式。干濕循環(huán)條件下，表面氯離子濃度的時變規(guī)律可以用帶初值的平方根模型來

8、描述。
　　(4)浸泡及干濕循環(huán)條件下，持續(xù)荷載對氯離子在混凝土中傳輸?shù)挠绊?br>　　對持續(xù)荷載同浸泡及環(huán)境因素耦合作用下，氯離子在混凝土中的傳輸規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明，持續(xù)荷載的作用并未改變水膠比、礦渣摻量和養(yǎng)護(hù)齡期對表觀擴(kuò)散系數(shù)的影響規(guī)律，但持續(xù)荷載同干濕循環(huán)的耦合作用加大了其對表觀擴(kuò)散系數(shù)的影響。在浸泡及干濕循環(huán)條件下氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)都會隨著應(yīng)力比的增大而增大。表觀擴(kuò)散系數(shù)同應(yīng)力比及應(yīng)力之間的關(guān)系可以用二次多項(xiàng)式來

9、表示。建立了浸泡及干濕循環(huán)條件下氯離子表觀擴(kuò)散系數(shù)同應(yīng)力比或應(yīng)力值之間的關(guān)系模型。在持續(xù)荷載作用下，浸泡及干濕循環(huán)兩種條件表觀擴(kuò)散系數(shù)的比值隨便時間的變化規(guī)律與未施加持續(xù)荷載時兩者的比值相同，表觀擴(kuò)散系數(shù)的比值同暴露時間的關(guān)系都符合指數(shù)函數(shù)的形式。建立了表觀擴(kuò)散系數(shù)比值同暴露時間的關(guān)系。
　　(5)考慮持續(xù)荷載及環(huán)境因素耦合作用的氯離子傳輸模型
　　基于Fick第二定律建立氯離子在混凝土中的傳輸模型。分析了損傷劣化因素、氯離

10、子結(jié)合能力、溫濕度及氯離子擴(kuò)散系數(shù)的時間依賴性等因素對模型的影響。建立考慮持續(xù)荷載和干濕循環(huán)作用的多因素氯離子傳輸模型。根據(jù)前述試驗(yàn)總結(jié)的干濕循環(huán)、持續(xù)荷載等因素對氯離子擴(kuò)散系數(shù)的影響規(guī)律及水膠比、養(yǎng)護(hù)齡期和礦渣摻量等材料參數(shù)在干濕循環(huán)同持續(xù)荷載作用下對氯離子擴(kuò)散系數(shù)及其時間依賴性的影響規(guī)律，將水膠比、養(yǎng)護(hù)齡期、礦渣摻量、干濕循環(huán)和持續(xù)荷載等因素引入氯離子傳輸模型中。并討論了模型參數(shù)在干濕循環(huán)和持續(xù)荷載單獨(dú)及耦合作用情況下的取值。研究了