混凝土結(jié)構(gòu)碳化和氯鹽侵蝕耦合的精細(xì)化分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、混凝土碳化和氯離子侵蝕是混凝土耐久性研究的兩個重點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。二氧化碳進(jìn)入到混凝土中與混凝土中的水化物發(fā)生中和反應(yīng)降低混凝土pH值，當(dāng)混凝土的pH值小于9時，鋼筋表面的鈍化膜將逐漸被破壞。氯離子侵入到混凝土內(nèi)部，當(dāng)混凝土孔隙液中的氯離子濃度達(dá)到閥值時，即使混凝土pH值大于11.5氯離子也能破壞鋼筋表面鈍化膜。同時，氯離子的穿透能力很強(qiáng)，能夠穿過氧化膜與鋼筋反應(yīng)，形成坑蝕現(xiàn)象。關(guān)于混凝土碳化和氯離子侵蝕耦合侵蝕作用，目前并沒有一致的研究結(jié)

2、論，大都從試驗(yàn)角度直接或間接的說明他們相互耦合的作用。已有的試驗(yàn)研究表明，混凝土碳化和氯離子侵蝕耦合作用下要比單一侵蝕的破壞作用更大。本文從數(shù)值模擬的角度出發(fā)，根據(jù)前人的試驗(yàn)和相關(guān)理論，基于商業(yè)軟件ABAQUS二次開發(fā)和自行開發(fā)編寫MATLAB有限元代碼兩個方面去預(yù)測混凝土碳化和氯離子侵蝕的深度，并與相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行對比驗(yàn)證。本文的主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　(1)從混凝土中各組成成分的碳化反應(yīng)化學(xué)動力平衡出發(fā)，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)過程中的

3、質(zhì)量平衡，建立各組成成分碳化過程二維偏微分方程組，并將各組成成分形成的偏微分方程組應(yīng)用MATLAB編寫二維有限元代碼求解。同時，引入混凝土多尺度微觀模型（“數(shù)值混凝土”模型），實(shí)現(xiàn)考慮骨料尺度效應(yīng)的混凝土碳化過程中多種物質(zhì)耦合反應(yīng)作用。
　　(2)對商業(yè)軟件ABAQUS進(jìn)行二次開發(fā)，利用其子程序接口UMATHT，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳進(jìn)入混凝土內(nèi)部進(jìn)行碳化反應(yīng)時的擴(kuò)散反應(yīng)過程模擬，并得到了較好的預(yù)測結(jié)果。同時也完成了應(yīng)用PYTHON在AB

4、AQUS中建立“數(shù)值混凝土”模型的代碼和算法。
　　(3)在參考以往學(xué)者進(jìn)行的大量試驗(yàn)和擬合的相關(guān)公式的基礎(chǔ)上，建立了單一氯離子侵蝕混凝土的數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用MATLAB編寫有限元代碼進(jìn)行求解。同時，進(jìn)行了一維氯離子侵蝕的驗(yàn)證性試驗(yàn)，試驗(yàn)測了不同水灰比試塊在氯離子溶液中浸泡60天后自由氯離子、吸附氯離子和總的氯離子濃度隨不同深度的變化曲線，以及不同水灰比下的pH值隨侵蝕深度的變化曲線。最后，在修正氯離子侵蝕模型的基礎(chǔ)上引入了碳化影響