氯鹽環(huán)境下混凝土耐久性分析與定量設(shè)計.pdf

1、氯鹽環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)常由于氯鹽侵蝕導(dǎo)致耐久性破壞，其主要原因之一是由于混凝土結(jié)構(gòu)和材料在設(shè)計階段對耐久性考慮不足。鑒于此，本文著重研究混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子擴(kuò)散和分布規(guī)律，據(jù)此開展混凝土耐久性定量設(shè)計，實現(xiàn)了氯鹽環(huán)境下混凝土耐久性設(shè)計在結(jié)構(gòu)和材料兩個層面上的統(tǒng)一。
　　本文的主要工作和研究成果如下:
　　(1)建立了不同幾何外形條件下混凝土中氯離子擴(kuò)散的解析解。建立了圓形截面和圓管截面混凝土構(gòu)件氯離子擴(kuò)散和濃度分布的解析解。推導(dǎo)

2、建立了非正交擴(kuò)散的三維氯離子擴(kuò)散規(guī)律和分布的解析解。推導(dǎo)了多因素修正模型的一維擴(kuò)散積分法解析解，并通過類比法導(dǎo)出了圓形構(gòu)件中氯離子二維和三維濃度分布的多因素解析解，建立了正交和非正交擴(kuò)散條件下氯離子二維和三維濃度分布的多因素解析解。進(jìn)一步地，通過插值分析建立了非正交擴(kuò)散條件下氯離子二維和三維濃度分布的簡化近似求解方法。揭示了圓形截面部位和鈍角區(qū)域部位比直角部位具有更優(yōu)的耐久性，并可以有效降低混凝土結(jié)構(gòu)配合比設(shè)計和施工的難度，同時提高經(jīng)濟(jì)

3、性。
　　(2)提出了海洋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性控制區(qū)域的確定方法和理論。通過積分法推導(dǎo)了氯離子在混凝土中的擴(kuò)散深度公式，并進(jìn)一步分析了氯離子擴(kuò)散深度的意義，建立了耐久性控制區(qū)域理論及確定方法，解決了確定大體積復(fù)雜結(jié)構(gòu)混凝土耐久性定量設(shè)計計算模型的問題，并通過算例分析驗證了耐久性控制區(qū)模型具有更高的計算精度和效率。
　　(3)提出了氯鹽環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性定量設(shè)計方法?；谀途眯钥刂茀^(qū)理論和建立的不同幾何外型混凝土的結(jié)構(gòu)耐久性

4、計算模型，選取混凝土保護(hù)層厚度、齡期衰減系數(shù)和抗氯鹽侵蝕性能（混凝土電通量或氯離子擴(kuò)散系數(shù)）等參數(shù)作為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計參數(shù)，提出了耐久性設(shè)計參數(shù)限值的確定方法和步驟。研究表明，由于現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范所選取的設(shè)計參數(shù)中沒有選取齡期衰減系數(shù)，且缺少定量計算模型，導(dǎo)致在部分情況下不能滿足混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)定的服役壽命要求或混凝土制備要求;部分情況下規(guī)范較為嚴(yán)格導(dǎo)致混凝土制備較為困難或成本較高。本方法通過合理選取耐久性設(shè)計參數(shù)并依據(jù)定

5、量計算模型確定設(shè)計參數(shù)限值，克服了現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范存在的缺陷和不足。
　　(4)建立混凝土抗氯鹽侵蝕性能（氯離子擴(kuò)散系數(shù)和電通量）的多因素模型。收集文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，通過分析混凝土配合比參數(shù)如水膠比、粉煤灰摻量、礦渣摻量等對混凝土抗氯鹽侵蝕性能的影響，建立了混凝土抗氯鹽侵蝕性能的多因素模型?；谡辉O(shè)計和均勻設(shè)計方法，制備了20組混凝土試件并測試其抗氯鹽侵蝕性能，通過統(tǒng)計分析和試驗數(shù)據(jù)驗證了該模型的合理性，并基于試驗數(shù)據(jù)進(jìn)一步建立了氯離子擴(kuò)散

6、系數(shù)與電通量之間的關(guān)系模型。
　　(5)提出了一種基于強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)的混凝土配合比設(shè)計方法。選擇混凝土強(qiáng)度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)及其齡期衰減系數(shù)作為混凝土強(qiáng)度和耐久性指標(biāo)參數(shù)，根據(jù)預(yù)定的強(qiáng)度指標(biāo)和耐久性能指標(biāo)的取值，通過求解代數(shù)方程組得到混凝土水膠比和礦物摻合料摻量，建立基于強(qiáng)度和耐久性要求的混凝土配合比定量設(shè)計方法。研究表明，根據(jù)該方法制備得到的混凝土能同時滿足預(yù)定的混凝土強(qiáng)度和耐久性能指標(biāo)的要求，有效克服了傳統(tǒng)配合比設(shè)計理論的缺陷