海洋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)氯離子腐蝕耐久性研究.pdf

1、本文對混凝土電阻率、電通量、鋼筋銹裂損傷以及氯離子侵蝕進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)合氯離子擴(kuò)散理論、工程模糊集理論和生存分析理論，建立了海洋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋銹蝕模型和耐久性壽命預(yù)測、統(tǒng)計(jì)評估分析。主要研究工作包括：
　　 (1)利用RESI四電極混凝土電阻率測試儀，對兩種濕度環(huán)境下的不同類型混凝土電阻率進(jìn)行了測試研究。通過改變配制混凝土的材料因素，對養(yǎng)護(hù)28天的4種單方混凝土水泥用量、3種水膠比、4種粉煤灰摻量、3種磨細(xì)礦渣摻量以及4

2、種硅灰摻量的混凝土試件進(jìn)行了詳細(xì)分組測量。結(jié)果表明，各種材料因素對混凝土電阻率均有不同程度的影響。其中，以水膠比和摻入礦物摻合料對混凝土電阻率影響比較明顯。水膠比越小、摻合料的摻量越大，則混凝土電阻率也越大；在3種礦物摻合料中，以硅灰對混凝土電阻率的影響最為顯著。少量的硅灰能夠明顯提高混凝土的電阻率，而粉煤灰和磨細(xì)礦渣卻需要較高比例的摻量才能提高混凝土電阻率。通過該試驗(yàn)所測的混凝土電阻率大小變化情況為研究混凝土中氯離子擴(kuò)散速度提供了試驗(yàn)

3、參考依據(jù)。
　　 (2)通過電化學(xué)加速鋼筋銹蝕試驗(yàn)，對7組共42個(gè)(包括3種水膠比、3種保護(hù)層厚度、3種鋼筋直徑以反摻入40％粉煤灰、1％瓦克有機(jī)硅粉等材料因素)鋼筋混凝土試件的鋼筋銹裂損傷形態(tài)進(jìn)行了研究，分析了鋼筋銹蝕后混凝土保護(hù)層的裂縫開展規(guī)律。結(jié)果表明，材料因素對鋼筋混凝土裂縫初裂時(shí)間、發(fā)展速度以及裂縫開展形態(tài)都有一定影響。水膠比越小，裂縫出現(xiàn)得越早；保護(hù)層厚度越大，裂縫開展越慢；鋼筋直徑越小，裂縫出現(xiàn)得越早。然后按照不同

4、的表面裂縫寬度(即0.2mm、0.4mm、0.7mm、1.Omm和1.5mm)分別從各組中破型一個(gè)試件，利用鋼筋除銹方法確定鋼筋銹蝕率，最后得出裂縫寬度與鋼筋銹蝕率之間的擬合曲線模型。
　　 (3)對不同水膠比以及摻入粉煤灰、硅灰的混凝土進(jìn)行了電通量和氯離子擴(kuò)散特性試驗(yàn)，分析了水膠比、粉煤灰和硅灰等礦物摻合料對海洋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抵抗氯離子侵蝕的耐久性能的影響。試驗(yàn)表明，摻加適當(dāng)?shù)姆勖夯液凸杌液罂梢悦黠@降低混凝土試件的電通量，能改

5、善混凝土結(jié)構(gòu)抗氯離子侵蝕的耐久性能。同時(shí)，建立了水膠比與電通量、氯離子擴(kuò)散系數(shù)之間的擬合模型，并對不同材料特性的混凝土耐久性壽命進(jìn)行了預(yù)測。
　　 (4)采用改進(jìn)的Fick第二擴(kuò)散定律來描述混凝土內(nèi)氯離子的擴(kuò)散過程，對混凝土內(nèi)鋼筋開始銹蝕的時(shí)間乃進(jìn)行了預(yù)測。再根據(jù)氯高子侵蝕雙向滲透性導(dǎo)致鋼筋沿著其長度方向和垂直于長度方向的銹蝕速度不同步的特點(diǎn)，建立了氯離子引起鋼筋銹蝕變化的點(diǎn)腐蝕模型-橢球模型。算例表明，該模型充分考慮了氯離子擴(kuò)

6、散系數(shù)衰減值m的影響作用，比其他腐蝕模型更適合氯離子侵蝕下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。它的建立對海工混凝土結(jié)構(gòu)從鋼筋開始發(fā)生銹蝕到功能明顯退化所需時(shí)間Tc+Td的確定具有指導(dǎo)意義。
　　 (5)利用生存分析中的生存函數(shù)乘積限估計(jì)方法分析海洋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久壽命，結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的特點(diǎn)，將模糊綜合評判法融入其中，研究耐久性評判等級和隸屬度對海工混凝土結(jié)構(gòu)耐久壽命估計(jì)的貢獻(xiàn)，建立了刪失示性函數(shù)模糊特征值的計(jì)算公式，得到使混凝土結(jié)構(gòu)