混凝土硫酸鹽侵蝕的二維非均勻模型及耐久性分析.pdf

1、硫酸鹽侵蝕是引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷破壞的重要因素之一，侵蝕至混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的硫酸根離子可以與水化鋁酸鈣等水泥水化產(chǎn)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成鈣釩石等膨脹性物質(zhì)，當(dāng)膨脹應(yīng)變和應(yīng)力超過了混凝土結(jié)構(gòu)的極限抗拉強度，膨脹性裂縫隨之產(chǎn)生，并隨著侵蝕周期的延長而不斷發(fā)展，最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性失效。本文主要從試驗研究和數(shù)值模擬研究兩方面共同探究了硫酸鹽侵蝕混凝土的擴(kuò)散-反應(yīng)行為，并進(jìn)行了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)耐久性分析及服役壽命預(yù)測。主要研究內(nèi)容包括:

2、　　(1)提出了硫酸鹽二維侵蝕的試驗方法，并開展了相應(yīng)的硫酸鹽二維侵蝕的試驗研究，試驗中通過開展侵蝕后混凝土中硫酸鹽的濃度測試和MTS力學(xué)測試分別獲得了硫酸根離子侵入量及受硫酸鹽侵蝕后的試塊應(yīng)力-應(yīng)變等數(shù)據(jù)，并分析了膠凝材料的組份、養(yǎng)護(hù)時間以及粗骨料對硫酸鹽侵蝕的影響規(guī)律。從硫酸根離子侵入量以及抗壓強度值來看，研究表明:在12周的侵蝕周期內(nèi)，HS型試塊具有最佳的抗硫酸根離子侵入能力;而GU型水泥制成的試件在硫酸鹽侵蝕環(huán)境中擁有最佳的力學(xué)

3、性能;同時，粗骨料的存在會阻礙硫酸根離子的傳輸，導(dǎo)致硫酸根離子在骨料前方的聚集;
　　(2)研究建立了混凝土硫酸鹽侵蝕的二維均勻擴(kuò)散-反應(yīng)模型和二維非均勻擴(kuò)散-反應(yīng)模型，并推導(dǎo)了相應(yīng)的有限差分格式。通過將模型計算結(jié)構(gòu)與硫酸鹽侵蝕試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗證了模型的合理性與可行性。隨后，基于所提出的混凝土硫酸鹽侵蝕的二維均勻和非均勻模型，分別研究了侵蝕維度、擴(kuò)散系數(shù)、初始鋁酸鈣含量、環(huán)境濃度、化學(xué)反應(yīng)常數(shù)和粗骨料粒徑、投放位置、形狀、含量

4、等對硫酸鹽侵蝕混凝土結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，研究表明:相較于一維侵蝕，二維侵蝕明顯加劇了混凝土遭受硫酸鹽侵蝕的程度;與均勻模型相比，非均勻模型中考慮了粗骨料對擴(kuò)散-反應(yīng)過程的影響，可以更合理地描述混凝土的硫酸鹽侵蝕過程;在非均勻模型中，粗骨料的粒徑和所處位置可以對硫酸鹽侵蝕的擴(kuò)散-反應(yīng)行為產(chǎn)生顯著影響;
　　(3)提出了硫酸鹽環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析方法，建立了硫酸鹽環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析的極限狀態(tài)方程及相應(yīng)的服役壽命計算模型，并開