人工模擬和自然氯鹽環(huán)境下混凝土氯鹽侵蝕相似性研究.pdf

1、氯離子引起鋼筋銹蝕是導(dǎo)致氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性退化的主因;建立人工模擬和自然氯鹽環(huán)境中混凝土氯鹽侵蝕的相似關(guān)系，對(duì)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)氯鹽環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命和評(píng)估其耐久性具有重要意義。若要建立人工模擬和自然氯鹽環(huán)境中混凝土氯鹽侵蝕的相似關(guān)系，前提條件則是先確立適宜的人工模擬環(huán)境試驗(yàn)制度以保證兩種環(huán)境中混凝土氯鹽侵蝕過(guò)程和機(jī)理的相似;而確立人工模擬環(huán)境試驗(yàn)制度的核心工作則是解決模擬環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度、潤(rùn)濕時(shí)間、循環(huán)時(shí)間和風(fēng)速等）

2、取值依據(jù)和范圍問(wèn)題。然而，現(xiàn)有研究在試驗(yàn)制度和依據(jù)方面尚未達(dá)成共識(shí)，研究成果難以定量對(duì)比。本文在總結(jié)已有研究的基礎(chǔ)上，提出了基于混凝土內(nèi)部微環(huán)境響應(yīng)相似的人工模擬環(huán)境試驗(yàn)制度的設(shè)計(jì)方法;基于該試驗(yàn)制度和混凝土氯鹽侵蝕相似準(zhǔn)則模型，構(gòu)筑了人工模擬和自然環(huán)境中混凝土氯鹽侵蝕相似關(guān)系。研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)基于混凝土內(nèi)部微環(huán)境層次理念，建立了分段形式的自然環(huán)境溫/濕度作用譜和混凝土內(nèi)微環(huán)境溫/濕度響應(yīng)譜模型。摒除了將自然環(huán)境直接等效

3、為混凝土內(nèi)微環(huán)境觀念的不足，分析了環(huán)境因素作用和混凝土內(nèi)部微環(huán)境響應(yīng)間的異同，探討了濕度采用相對(duì)濕度與水汽密度表達(dá)形式間的關(guān)聯(lián)和適用范圍。研究結(jié)果表明:混凝土內(nèi)微環(huán)境與自然環(huán)境間的異同主要表現(xiàn)為波動(dòng)周期相等、相位滯后和峰值衰減等方面，不可將自然環(huán)境簡(jiǎn)單地視為混凝土內(nèi)部微環(huán)境;采用水汽密度表達(dá)形式可更好地描述自然環(huán)境濕度變化規(guī)律和表征混凝土內(nèi)部微環(huán)境濕度特征。
　　(2)通過(guò)探討人工模擬環(huán)境中混凝土內(nèi)部微環(huán)境溫度響應(yīng)，建立了混凝土內(nèi)

4、部微環(huán)境溫度響應(yīng)模型，并提出了求解模型數(shù)值解的新方法。分析表明:因環(huán)境作用機(jī)制的不同使得人工模擬環(huán)境中混凝土內(nèi)微環(huán)境響應(yīng)規(guī)律有別于自然環(huán)境，人工模擬環(huán)境中混凝土內(nèi)微環(huán)境響應(yīng)實(shí)測(cè)結(jié)果與理論模型曲線(xiàn)吻合較佳。
　　(3)建立了含溫度和風(fēng)速參數(shù)的混凝土水分傳輸表面因子模型，并采用數(shù)值模擬法探討了風(fēng)速對(duì)混凝土內(nèi)濕度分布狀態(tài)的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明:若風(fēng)速和臨界干燥時(shí)間超過(guò)定值（風(fēng)速約為3.0 m/s，臨界干燥時(shí)間約為13 h），則可將模擬

5、環(huán)境濕度等效為混凝土與環(huán)境間的界面濕度;這是因混凝土內(nèi)部、混凝土表層和外界環(huán)境間的水分傳輸量達(dá)到平衡態(tài)造成的。
　　(4)提出了基于混凝土內(nèi)部微環(huán)境響應(yīng)相似的人工模擬環(huán)境試驗(yàn)制度的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)分析混凝土內(nèi)部微環(huán)境響應(yīng)規(guī)律和邊界條件，確立了人工模擬環(huán)境試驗(yàn)參數(shù)（如溫度、濕度、潤(rùn)濕時(shí)間、干燥時(shí)間、循環(huán)風(fēng)速和氯鹽溶液濃度等）取值依據(jù)和范圍，解決了現(xiàn)有研究中人工模擬試驗(yàn)制度參數(shù)取值依據(jù)不充分的難題?；诨炷帘韺觾?nèi)水分傳輸模型，分析了混

6、凝土水灰比、混凝土初始飽和度和濕度梯度對(duì)干濕平衡時(shí)間比和水分影響深度的影響;還提出了采用BET等溫吸附曲線(xiàn)求解混凝土內(nèi)水分特征曲線(xiàn)的新途徑。結(jié)果表明:混凝土干濕平衡時(shí)間比和水分影響深度是確立人工模擬試驗(yàn)制度的重要指標(biāo)。
　　(5)推導(dǎo)了人工模擬和自然氯鹽環(huán)境混凝土氯鹽侵蝕相似準(zhǔn)則模型和相似關(guān)系，并為實(shí)際工程測(cè)試數(shù)據(jù)所驗(yàn)證。通過(guò)建立混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)和表層氯離子對(duì)流區(qū)深度模型，利用人工模擬試驗(yàn)制度和研究方法評(píng)估了氯鹽環(huán)境中典型混凝