海底隧道混凝土結構耐久性研究.pdf

1、本文從海底隧道環(huán)境特點及結構特征出發(fā)，針對海底隧道承受水壓、服役環(huán)境氯離子含量高的特點，全面分析了水分和氯離子的遷移機理。采用試驗研究與理論分析相結合的方法，圍繞氯離子環(huán)境下海底隧道內(nèi)外側(cè)的水分、氯離子遷移方式和壽命預測進行系統(tǒng)地研究。鑒于海底隧道結構建設費用高、維修困難且維修費用高，為確保其100年的設計使用壽命及其使用功能的正常發(fā)揮，亟需開展海底隧道耐久性以及服役壽命的研究。該研究對海底隧道結構耐久性的研究工作有一定的參考意義。

2、r>　　 本文進行的研究工作及取得的成果主要有：
　　 (1)根據(jù)試驗方案，自制壓力控制裝置，研究壓力水頭下水分和氯離子在混凝土中的遷移特性。分析了壓力大小、加壓時間、強度等級、水膠比、氯離子擴散系數(shù)、飽和程度和溶液濃度等因素對水分和氯離子遷移的影響。并通過試驗測定了不同水膠比混凝土中的氯離子擴散系數(shù)以及水分飽和度。得到氯離子擴散系數(shù)隨水膠比的增大而增大，且當水膠比在0.3～0.38范圍時擴散系數(shù)增長幅度較大。
　　

3、(2)基于Darcy定律考慮壓力作用的理論方程以及襯砌混凝土中水壓力隨位置變化模型，引入相對滲透率(飽和程度)Kr，建立混凝土內(nèi)各位置處壓力、流速隨時間變化的理論模型。流速隨時間變化總是會先出現(xiàn)峰值，后下降并趨于平穩(wěn)。混凝土淺層的流速總是大于深處。理論分析中也表明壓力對水分流速有促進作用。強度等級低、水膠比大或者飽和程度大的混凝土中流速較大。
　　 (3)對流速模型進行積分運算得到水分滲透深度理論模型。對各種試驗條件下的水分滲透

4、深度進行理論分析，并同時與試驗值進行比較。理論值與試驗值能很好地吻合。滲透深度隨時間的增加總是變大，且在后期的增加幅度小于前期。壓力對水分滲透深度有促進作用，強度等級與水分滲透深度呈反比，而水膠比則與滲透深度呈正比。各種因素的討論過程中，理論值與試驗值都能很好地吻合。
　　 (4)結合得出的水分流速模型，建立考慮壓力影響下的壓力滲透和擴散耦合作用的氯離子遷移理論模型，并與試驗值進行對比。理論值與試驗值有很好的一致性。自由氯離子濃

5、度值在混凝土淺層高于深處，且淺層氯離子濃度隨距離的下降幅度較大，在深處趨于平緩。壓力促進了氯離子向深處遷移。強度等級與氯離子濃度呈反比。飽和程度大的混凝土中氯離子含量較高。擴散系數(shù)大的混凝土中氯離子濃度也高。環(huán)境氯離子濃度的提高、加壓時間的延長均使混凝土中各層的氯離子含量有不同程度的提高。
　　 (5)以相對濕度h為主要參數(shù)，結合水分擴散非線性方程，建立隧道內(nèi)側(cè)氯離子擴散和對流耦合作用下的遷移方程，并考慮氯離子結合能力和碳化的影

6、響。用Crank-Nicolson有限差分法和Matlab編程分析。分析結果表明，隨著水分的不斷遷移，每個位置處的相對濕度會呈現(xiàn)出隨時間增加的現(xiàn)象，最后趨于穩(wěn)定，但穩(wěn)定后的濕度值不可能等于環(huán)境濕度。各位置處的氯離子濃度隨時間積累，淺處的氯離子濃度總是高于深處的。同樣混凝土抗壓強度越高，阻礙了水分和氯離子的遷移，使其積累量減少。環(huán)境濕度能大幅度地影響離子輸運，且環(huán)境濕度越大該位置處所積累的氯離子濃度也越大。
　　 (6)將海底隧道