海洋環(huán)境鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的耐久性與壽命預(yù)測(cè).pdf

1、當(dāng)今世界各國(guó)均面臨著海工混凝土耐久性不良的嚴(yán)重問題，政府不得不付出大量的“人力物力財(cái)力”來維護(hù)或加固工程，造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，因此研究海洋環(huán)境銹蝕混凝土構(gòu)件的耐久性評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)方法，具有重要的社會(huì)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文以海洋區(qū)域環(huán)境下腐蝕混凝土和銹蝕混凝土構(gòu)件為研究對(duì)象，通過對(duì)我國(guó)沿海地區(qū)的海工混凝土實(shí)地調(diào)查分析和耐久性試驗(yàn)研究，重點(diǎn)探討海洋浪濺區(qū)、水下區(qū)、潮汐區(qū)和鹽霧區(qū)等混凝土耐久性損傷失效過程及其規(guī)律，深入分析海工混凝土的損傷劣

2、化過程與劣化機(jī)理，包括氯離子擴(kuò)散規(guī)律，混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量變化、混凝土損傷劣化等規(guī)律，混凝土在海水腐蝕、干濕循環(huán)等作用下的耐久性評(píng)估，最終建立海洋環(huán)境下銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件的耐久性預(yù)測(cè)模型，研究成果可為海洋混凝土結(jié)構(gòu)工程的安全性和耐久性評(píng)估提供較重要的依據(jù)，為最終實(shí)現(xiàn)海工混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。本文的主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下：
　　 第一章綜述了海工混凝土耐久性與使用壽命預(yù)測(cè)方法的研究意義和國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)以及研究進(jìn)展，指出

3、了當(dāng)前研究中存在的問題，在此基礎(chǔ)上確定了本文的研究方案和研究?jī)?nèi)容。
　　 第二章首先針對(duì)氯離子對(duì)海工混凝土結(jié)構(gòu)的危害，分析了海工混凝土或海工混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)南北方沿海地區(qū)的耐久性和服役壽命，然后探索了海工混凝土中鋼筋銹蝕的基本條件，機(jī)理及其影響因素；最后探討了海工混凝土在大氣區(qū)、水下區(qū)、鹽霧區(qū)、潮汐區(qū)與浪濺區(qū)的劣化機(jī)制；從而為建立與使用環(huán)境相適應(yīng)的海工混凝土使用壽命預(yù)測(cè)模型奠定了基礎(chǔ)。
　　 第三章初步優(yōu)選了幾種摻加礦物

4、摻合料混凝土的配合比，試驗(yàn)研究了普通混凝土、高性能混凝土、礦物摻合料混凝土等的制備方法和基本性能。為了研究混凝土材料和鋼筋混凝土構(gòu)件在海洋水下區(qū)、潮汐區(qū)、浪濺區(qū)、大氣區(qū)以及浪濺區(qū)等海洋區(qū)域環(huán)境中的耐久性異同，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了海工混凝土耐久性的現(xiàn)場(chǎng)暴露試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，包括：(1)混凝土材料在海洋環(huán)境中的暴露試驗(yàn)及室內(nèi)常溫海水浸泡的腐蝕試驗(yàn)；(2)鋼筋混凝土構(gòu)件海洋環(huán)境中的暴露試驗(yàn)及室內(nèi)模擬海洋環(huán)境的加速試驗(yàn)。
　　 第四章模擬海洋

5、水下區(qū)、潮汐區(qū)、鹽霧區(qū)和鹽霧碳化區(qū)，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了混凝土材料與鋼筋混凝土構(gòu)件的腐蝕損傷對(duì)比試驗(yàn)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)海洋環(huán)境鋼筋混凝土構(gòu)件的非破損檢測(cè)和對(duì)比分析，測(cè)定了混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量和質(zhì)量損失率，同時(shí)觀測(cè)了試件的外觀剝落表征情況，研究了海工混凝土的損傷規(guī)律與劣化特性；最后探討了混凝土材料和混凝土構(gòu)件的損傷對(duì)比。
　　 第五章主要在現(xiàn)場(chǎng)暴露試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分別測(cè)定了混凝土試件不同深度的總氯離子濃度和自由氯離子濃度，深入

6、研究了普通混凝土、高性能混凝土、摻礦物摻合料混凝土在海洋大氣區(qū)、水下區(qū)、潮汐區(qū)和浪濺區(qū)等海洋區(qū)域環(huán)境中混凝土的Cl-擴(kuò)散規(guī)律，然后針對(duì)不同海洋區(qū)域環(huán)境和不同混凝土種類，探討了海工混凝土的氯離子擴(kuò)散特性。
　　 第六章以銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件為研究對(duì)象，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)海洋區(qū)域環(huán)境自然暴露法和實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕法，對(duì)銹蝕后鋼筋混凝土構(gòu)件的彎曲承載能力試驗(yàn)結(jié)果和破壞形態(tài)進(jìn)行了詳盡的分析與探討；同時(shí)建立了基于海洋區(qū)域環(huán)境的鋼筋銹蝕率的分析模型，討論了

7、礦物摻合料摻量及混凝土強(qiáng)度對(duì)鋼筋銹蝕率的影響，給出了鋼筋銹蝕率與鋼筋表面氯離子含量的關(guān)系；最后綜合考慮鋼筋銹蝕率對(duì)混凝土構(gòu)件中鋼筋性能和鋼筋與混凝土粘結(jié)性能的影響，在現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范基礎(chǔ)上提出了銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件的抗彎承載力評(píng)估模型，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果表明本文提出的銹蝕鋼筋混凝土構(gòu)件的承載力計(jì)算評(píng)估模型與試驗(yàn)結(jié)果有很好的一致性，證明本文建立的評(píng)估模型具有較高的使用價(jià)值，可以將該模型應(yīng)用于實(shí)際海洋混凝土結(jié)構(gòu)工程中。
　　

8、 第七章基于改進(jìn)的Tuutti模型，分析了海工混凝土結(jié)構(gòu)的破壞過程與使用壽命的定義，研究了基于氯離子侵入的銹蝕海工混凝土構(gòu)件的2個(gè)階段的使用壽命預(yù)測(cè)方法，兩者相加即為最終的使用壽命。(1)第一階段：考慮混凝土在海洋Cl-環(huán)境使用過程中氯離子擴(kuò)散系數(shù)及其時(shí)間依賴性，氯離子結(jié)合能力、臨界氯離子濃度、混凝土內(nèi)部初始氯離子濃度和混凝土氯離子擴(kuò)散性能的劣化效應(yīng)系數(shù)的影響，本文引用了改進(jìn)的壽命計(jì)算模型評(píng)估第一階段壽命。(2)第二階段：假定壽命為鋼

9、筋銹蝕率達(dá)到5％經(jīng)歷的時(shí)間，這期間因鋼筋銹蝕而導(dǎo)致抗彎承載能力下降，致使銹蝕鋼筋混凝土的抗彎承載力小于彎矩設(shè)計(jì)值而失效。當(dāng)鋼筋銹蝕率超過5％時(shí)，混凝土與鋼筋的粘結(jié)力大幅度減少，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性失效，即為海工混凝土第二階段的耐久性壽命終結(jié)標(biāo)志。最后根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，初步提出了基于可靠度理論的銹蝕海工混凝土壽命預(yù)測(cè)模型，并指出可靠度模型的有效性與問題。結(jié)果表明，無論是在海洋潮汐區(qū)、浪濺區(qū)還是水下區(qū)中，F(xiàn)20C70混凝土構(gòu)件