环境因素与弯曲荷载对混凝土抗腐蚀性能影响的试验研究

论文摘要

耐久性是混凝土结构设计时的主要问题之一,而氯离子侵蚀和碳化是影响混凝土结构耐久性不足的重要因素。碳化及氯离子侵入,致使混凝土中钢筋表面的保护膜破坏,引起钢筋锈蚀,从而降低混凝土构件的承载能力,缩短其使用寿命。本文以某强感潮河口下游区的水工混凝土工程为背景,在已有的研究基础上,实现了混凝土及构件在不同环境因素与弯曲荷载条件下的腐蚀试验；分析了人工气候环境条件下受载混凝土的自由氯离子浓度的分布规律和扩散性能、混凝土碳化深度、二氧化碳对混凝土中自由氯离子浓度分布的影响；对比研究了人工气候环境、人工气候环境与碳化共同作用及标准养护条件等三种条件下混凝土的扩散性能。根据混凝土及构件的腐蚀试验和结论分析,本文研究得到的主要结论如下：（1）弯曲荷载对构件受拉区混凝土的氯离子浓度分布和扩散系数的影响明显；腐蚀混凝土中均出现了与自然环境下相似的侵蚀特性,即存在明显的氯离子对流区,对流区厚度均为4-8mm。（2）水灰比、腐蚀和养护时间也是影响混凝土中自由氯离子浓度分布的重要因素。但养护时间的影响不及水灰比和腐蚀时间明显。（3）弯曲荷载水平较低时,混凝土氯离子扩散性能受荷载水平的影响不是很明显;弯曲荷载水平增大到一定程度时,影响就比较明显。当弯曲荷载水平为30%Fmax～45%Fmax时,受拉区混凝土氯离子扩散系数为无荷载作用时的2-3倍。（4）在人工气候环境与碳化共同作用下,弯曲荷载水平和水灰比是影响混凝土构件碳化深度的主要因素。无论是受拉区还是受压区,水灰比越大,碳化深度就越深；受压区碳化深度随荷载水平提高而增大,受压区则相反。弯曲荷载作用下,混凝土的碳化深度可表示为荷载水平η（%）和无荷载时碳化深度D0的函数。（5）NEL法的试验结论验证了氯离子扩散系数随标准养护时间的延长而逐渐减小的规律。标准养护环境下,250d后,混凝土氯离子扩散系数减小的趋势变缓；氯离子扩散系数与时间关系的模型中,经验常数m与水灰比之间存在较好的线性关系；推定的30a时的混凝土的扩散系数分别为参考期的16%-35%。（6）根据试验结论,推定30a时,标准养护环境下NEL法的混凝土扩散系数是人工气候环境下、氯盐与碳化共同作用条件下的50%左右；在人工气候环境条件下,CO2对混凝土扩散性能的影响不明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究的工程背景与意义
• 1.2.1 混凝土结构耐久性研究的工程背景与意义
• 1.2.2 环境因素与荷载作用对混凝土构件耐久性影响的研究意义
• 1.3 国内外研究现状分析
• 1.3.1 混凝土氯离子侵蚀扩散研究
• 1.3.2 混凝土构件碳化的研究
• 1.3.3 弯曲荷载对混凝土碳化及氯离子侵蚀的影响
• 1.3.4 环境因素与时间对氯离子侵蚀的影响
• 1.3.5 研究现状存在的主要问题
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 人工气候环境荷载作用的混凝土构件氯盐腐蚀试验
• 2.1 前言
• 2.2 荷载与氯盐共同作用下混凝土构件试验设计
• 2.2.1 试验模拟的工程背景
• 2.2.2 试验设备及设计模拟参数
• 2.2.3 原材料及配合比
• 2.2.4 试验构件制作与试验方案
• 2.2.5 混凝土中自由氯离子浓度测试方法
• 2.3 荷载水平对混凝土中自由氯离子浓度分布的影响分析
• 2.3.1 弯曲荷载作用对受压区混凝上氯离子浓度分布影响
• 土氯离子浓度分布影响'>2.3.2 弯曲荷载作用对受拉区混凝_土氯离子浓度分布影响
• 2.4 其它因素对混凝土中氯离子浓度分布的影响分析
• 2.4.1 水灰比对混凝土构件中氯离子浓度分布的影响
• 2.4.2 腐蚀时间对构件混凝土中氯离子浓度分布的影响
• 2.4.3 养护时间对混凝土构件中氯离子浓度分布的影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 人工气候环境及弯曲荷载对混凝土氯离子扩散性能的影响
• 3.1 前言
• 3.2 混凝土氯离子扩散性能及参数的分析方法
• 3.3 弯曲荷载对构件混凝土氯离子扩散参数的影响分析
• 3.3.1 弯曲荷载对受拉区混凝士扩散参数的影响
• 3.3.2 弯曲荷载作用对受压区混凝士扩散的影响
• 3.4 其它因素对构件混凝土扩散性能的影响分析
• 3.4.1 养护和腐蚀时间对混凝土扩散性能的影响
• 3.4.2 水灰比对混凝土扩散性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 荷载与二氧化碳及氯盐共同作用对混凝土影响侵蚀
• 4.1 前言
• 4.2 二氧化碳与氯盐对混凝上构件共同侵蚀试验设计
• 4.2.1 混凝土的原材料与配合比
• 4.2.2 混凝土构件制作及加载设计
• 4.2.3 混凝土构件腐蚀试验方案
• 4.3 试验结果
• 4.3.1 混凝土自由氯离子浓度的分布
• 4.3.2 混凝土碳化深度的分布
• 4.4 氧化碳与氯盐共同作用对混凝土氯离子扩散性能的影响
• 4.5 荷载作用对混凝土碳化性能的影响分析
• 4.5.1 荷载水平对受压区混凝土碳化深度的影响
• 4.5.2 荷载水平对受拉区混凝土碳化深度的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 混凝土氯离子扩散性能随时间与环境因素的关系
• 5.1 前言
• 5.2 NEL法试验原材料和方法
• 5.2.1 混凝上的原材料及配合比
• 5.2.2 试件制作及试验方案
• 5.3 NEL法试验结果及分析
• 5.3.1 NEL法的试验结果
• 5.3.2 NEL法测试的混凝土扩散系数与时间的关系
• 5.4 人工气候条件下混凝土氯离子扩散性能与时间的关系
• 5.4.1 人工气候环境条件下混凝土氯离子扩散性能与时间的关系
• 5.4.2 人工气候条件与碳化作用对氯离子扩散性能与时间关系的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文