干濕交替環(huán)境下混凝土的氯離子侵蝕與耐久性防護.pdf

1、氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕,是導(dǎo)致海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性破壞的主要原因。浪濺區(qū)、潮汐區(qū)的混凝土因遭受干濕交替作用下的氯離子侵蝕,耐久性劣化情況更為嚴重。首先,針對干濕交替環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的氯離子侵蝕,對氯離子在混凝土結(jié)構(gòu)中的傳輸機理進行了系統(tǒng)分析,構(gòu)建了氯離子的對流—擴散傳輸模型,并通過干濕交替循環(huán)試驗進行驗證。然后,利用線性極化法進行了鋼筋銹蝕狀態(tài)的檢測,測定了干濕交替環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)臨界氯離子濃度值。接下來,考慮收縮和荷載作用,深

2、入探討了損傷混凝土中的氯離子傳輸規(guī)律,建議使用硅烷或工程用水泥基復(fù)合材料(ECC)作為混凝土結(jié)構(gòu)表層防護材料。最后,基于可靠度理論提出了滿足目標可靠指標的耐久性概率設(shè)計方法,為干濕交替環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計提供參考依據(jù)。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)干濕交替環(huán)境下混凝土的氯離子傳輸機理
　　氯離子主要通過毛細吸收和擴散等方式對混凝土造成侵蝕。首先,根據(jù)干濕交替環(huán)境下混凝土的工程實際情況,建立了氯離子的對流—擴散傳輸

3、模型,并且采用有限差分格式進行了方程求解,進行了氯離子干濕交替侵蝕混凝土的試驗。試驗中所測定的氯離子含量分布與數(shù)值模擬的結(jié)果吻合。這表明,對流—擴散傳輸模型較好反映出了干濕交替環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的氯離子傳輸規(guī)律。數(shù)值模擬和試驗結(jié)果都說明干燥—潤濕時間比是氯離子峰值和滲透深度的關(guān)鍵影響因素,隨著干燥—潤濕時間比例增加,氯離子峰值呈現(xiàn)出增大的趨勢,滲透深度也在變大。
　　(2)干濕交替環(huán)境下的臨界氯離子濃度
　　氯離子臨界濃度是影

4、響海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命的一個關(guān)鍵參數(shù)。制備了四種不同水膠比的混凝土試件,使用5％的NaCl溶液,在60%的相對濕度下,進行了干濕循環(huán)試驗。試驗中,依據(jù)鋼筋腐蝕電流密度對銹蝕狀況進行定時檢測,測定了銹蝕發(fā)生時混凝土不同深度處的氯離子含量。最后,確定了具有90%保證率的干濕交替環(huán)境下不同混凝土的臨界氯離子濃度值?？紤]碳化程度進行氯離子含量的測定和臨界氯離子濃度值的統(tǒng)計分析,使得試驗更接近工程實際,提高了試驗結(jié)果的科學(xué)性和適用性,也為

5、進一步進行干濕交替環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的試驗研究提供了參考。
　　(3)表層防護后混凝土中的氯離子傳輸
　　由混凝土的外部荷載、早期收縮而產(chǎn)生的裂縫,為氯離子的滲入提供了便利通道,加速了鋼筋銹蝕,降低了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能。通過混凝土加載和約束收縮條件下的氯離子侵蝕試驗,研究了損傷混凝土中的氯離子傳輸規(guī)律?；炷林新入x子擴散系數(shù)隨拉應(yīng)力的增加而增加,70%應(yīng)力水平后急劇增大;氯離子侵蝕量隨混凝土裂縫寬度增加而增加;在同樣加載和約

6、束收縮條件下,經(jīng)硅烷或ECC表面防護的混凝土比普通混凝土具有更好的抗侵蝕性能。
　　(4)表層防護后混凝土的耐久性設(shè)計
　　依據(jù)氯離子對流—擴散傳輸模型的數(shù)值模擬與試驗測得的臨界氯離子濃度值,基于可靠度理論,考慮荷載和早期收縮產(chǎn)生的損傷因素,提供了具體的概率計算方法,以解決干濕交替環(huán)境下混凝土表層防護的耐久性設(shè)計問題。對于采用硅烷或ECC作為表面防護材料的混凝土結(jié)構(gòu),以氯離子擴散系數(shù)和保護層厚度作為主要設(shè)計參數(shù),對混凝土結(jié)構(gòu)