酸雨環(huán)境下既有混凝土橋梁耐久性評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題是當(dāng)前學(xué)術(shù)界和工程界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，其中鋼筋銹蝕是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能降低的最主要因素，而混凝土中性化是引起鋼筋銹蝕的主要誘因之一，碳化及酸雨侵蝕則是導(dǎo)致混凝土中性化的主要原因。既有橋梁混凝土的中性化涉及到橋位環(huán)境、荷載等多因素作用，同時(shí)也與結(jié)構(gòu)的諸多因素如材料和構(gòu)造等密切相關(guān)，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)問(wèn)題。隨著人類(lèi)活動(dòng)的加劇，工業(yè)化進(jìn)程的加快，橋位環(huán)境也變得日益復(fù)雜，如二氧化碳濃度的升高，高頻率與低酸度酸雨的侵蝕等都給

2、混凝土耐久性帶來(lái)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。因此，如何研究持荷狀態(tài)下混凝土結(jié)構(gòu)在碳化和酸雨共同作用的中性化性能及其規(guī)律，評(píng)價(jià)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性能，預(yù)測(cè)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的剩余壽命，為今后混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)與維修等提供理論指導(dǎo)具有重要的意義。
　　論文選取影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性-混凝土中性化的環(huán)境因素（CO2和酸雨）和力學(xué)因素（彎曲荷載、軸心受壓荷載）組合，設(shè)計(jì)了單一因素和多因素作用下混凝土試件中性化試驗(yàn)方法，通過(guò)理論分析、試驗(yàn)研

3、究和數(shù)值模擬等方法分析了多因素作用下混凝土構(gòu)件的中性化性能，揭示了混凝土中性化機(jī)理及其規(guī)律，最終建立了多因素作用下混凝土中性化深度統(tǒng)一預(yù)測(cè)模型，并對(duì)混凝土橋梁耐久性評(píng)價(jià)方法和壽命預(yù)測(cè)進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)多因素作用下混凝土中性化試驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究
　　根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容和腐蝕環(huán)境，采用碳化箱快速碳化、模擬酸雨池浸泡與晾干循環(huán)腐蝕制度，設(shè)計(jì)了單獨(dú)碳化、單獨(dú)酸雨侵蝕、碳化-荷載、酸雨侵蝕-荷載、碳化-酸雨侵蝕-荷載共同

4、作用混凝土構(gòu)件的中性化試驗(yàn)方法，并優(yōu)化了試驗(yàn)操作流程，從而確保試驗(yàn)順利進(jìn)行。
　　針對(duì)混凝土構(gòu)件中性化試驗(yàn)環(huán)境的腐蝕性和多變性、試驗(yàn)設(shè)備容量的限制、混凝土的徐變及加載桿件的松弛等影響，對(duì)持荷試件加載裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究。通過(guò)自平衡加載裝置對(duì)緊固件施加扭矩來(lái)控制持荷試件的應(yīng)力水平（彎曲應(yīng)力、軸心壓應(yīng)力），并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同材質(zhì)及環(huán)境下的扭矩系數(shù)、混凝土的徐變和緊固件的應(yīng)力松弛，以此獲得應(yīng)力和扭矩的衰減規(guī)律，為試件應(yīng)力補(bǔ)償提供理論依據(jù)。<

5、br>　　(2)多因素作用下混凝土結(jié)構(gòu)中性化試驗(yàn)研究
　　試驗(yàn)重點(diǎn)研究了碳化、酸雨和應(yīng)力因素中單一、雙重和多重環(huán)境因素下混凝土構(gòu)件的中性化深度及其發(fā)展規(guī)律，同時(shí)對(duì)防護(hù)涂裝后混凝土構(gòu)件中性化深度也進(jìn)行了相應(yīng)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:試驗(yàn)驗(yàn)證了混凝土構(gòu)件的碳化（或酸雨腐蝕）及應(yīng)力作用下的碳化（或中性化）規(guī)律，即無(wú)論酸雨、碳化等單一因素或雙重因素作用，混凝土中性化深度值與時(shí)間平方根呈正比關(guān)系;拉應(yīng)力可促進(jìn)混凝土中性化，而壓應(yīng)力抑制其中性化

6、，應(yīng)力與混凝土中性化深度值之間呈近似線(xiàn)性關(guān)系。試驗(yàn)也得出了多因素作用下混凝土構(gòu)件中性化規(guī)律，即碳化和酸雨存在耦合現(xiàn)象，酸雨在某種程度上抑制碳化作用，酸雨和碳化耦合系數(shù)小于1，混凝土中性化各因素影響程度由低到高依次為酸雨侵蝕、先酸雨侵蝕后碳化、碳化、先碳化后酸雨侵蝕、碳化和酸雨侵蝕疊加;防護(hù)涂裝對(duì)混凝土的中性化有明顯的抑制作用。
　　(3)多因素作用下混凝土構(gòu)件腐蝕機(jī)理與數(shù)值模擬分析
　　對(duì)混凝土碳化、酸雨侵蝕和荷載作用下單一

7、因素、雙重因素及多重因素作用下的腐蝕機(jī)理分別進(jìn)行了分析與研究。依據(jù)擴(kuò)散理論、質(zhì)量守恒定律和有限元數(shù)值模擬，對(duì)上述因素作用下的混凝土中性化進(jìn)行了數(shù)值模擬和有限元分析，研究了混凝土構(gòu)件中性化區(qū)域的物質(zhì)含量分布、pH值和中性化深度。數(shù)值模擬和有限元分析結(jié)果表明:在混凝土中性化過(guò)程中，完全碳化區(qū)內(nèi)的CO2濃度曲線(xiàn)近似呈直線(xiàn)下降，部分碳化區(qū)內(nèi)呈非線(xiàn)性下降，整體曲線(xiàn)呈指數(shù)分布，而H+和SO42-呈非線(xiàn)性下降分布;混凝土內(nèi)部Ca(OH)2含量和pH值

8、是連續(xù)變化的，存在部分中性化區(qū)?；炷敛糠痔蓟瘏^(qū)域的范圍，是由混凝土中碳化反應(yīng)物質(zhì)變化的范圍決定的，而不僅僅是pH值?；炷敛糠痔蓟瘏^(qū)的長(zhǎng)度大于pH值變化區(qū)域的長(zhǎng)度;應(yīng)力、酸雨與碳化存在耦合效應(yīng)，酸雨腐蝕初期抑制碳化進(jìn)行。經(jīng)本文和有關(guān)文獻(xiàn)試驗(yàn)驗(yàn)證，混凝土中性化深度的數(shù)值模擬具有一定的可信度，可為今后混凝土構(gòu)件的耐久性研究提供一條思路。
　　(4)建立多因素作用下混凝土構(gòu)件中性化深度統(tǒng)一預(yù)測(cè)模型
　　在試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)

9、上，結(jié)合已有混凝土構(gòu)件中性化深度理論模型，首先建立碳化基本模型和酸雨侵蝕基本模型，然后通過(guò)碳化和酸雨侵蝕共同作用下的混凝土中性化規(guī)律，建立碳化和酸雨耦合作用下混凝土中性化基本模型;最后重點(diǎn)考慮應(yīng)力因素，并參照大量文獻(xiàn)，根據(jù)影響混凝土構(gòu)件中性化的各因素（材料因子、環(huán)境因子、施工因子等）對(duì)基本模型進(jìn)行了修正，最終建立多因素作用下混凝土構(gòu)件中性化深度統(tǒng)一預(yù)測(cè)模型，經(jīng)驗(yàn)證，統(tǒng)一預(yù)測(cè)模型具有一定的可信度，具有實(shí)用價(jià)值。
　　(5)混凝土橋梁

10、耐久性評(píng)價(jià)方法研究
　　針對(duì)影響混凝土橋梁耐久性-混凝土構(gòu)件中性化的各因素，運(yùn)用層次分析法和模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究。從混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)、施工、環(huán)境因素以及養(yǎng)護(hù)管理等方面對(duì)其進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，建立了評(píng)價(jià)模型及評(píng)價(jià)方法，從而為今后的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性評(píng)估、維修與加固對(duì)策乃至設(shè)計(jì)與施工等提供理論指導(dǎo)。
　　基于混凝土構(gòu)件中性化深度的概率分布模型、可靠度指標(biāo)以及試驗(yàn)與實(shí)際環(huán)境相似關(guān)系對(duì)混凝土