冻融循环和氯离子侵蚀复合作用下混凝土耐久性分析

论文摘要

冻融作用和氯离子侵蚀是混凝土耐久性中具有代表性的问题。寒冷地区的海工建筑物,由于特殊的环境原因经常遭受冻融和氯离子侵蚀的双重作用。在混凝土冻融作用的研究方面,国内外学者通过理论、实验研究取得了较多的成果。与此同时,氯离子对混凝土中锈蚀钢筋的影响也被广泛关注。然而,对于冻融循环和氯离子侵蚀复合作用下的混凝土耐久性问题则相对研究较少。本文推导了多因素作用下,氯离子在混凝土中的扩散方程。这些因素包括：氯离子与混凝土的结合能力,氯离子扩散系数与时间的关系以及混凝土中微裂缝对氯离子扩散的影响等等。与以往的扩散方程不同,该方程考虑了冻融作用对混凝土劣化的影响。实施了混凝土经历不同冻融循环和不同浓度氯离子侵蚀的耐久性实验,确定了冻融循环次数和氯离子浓度在复合作用时对混凝土的耐久性影响。通过实验和理论分析,建立了混凝土在冻融与氯离子共同作用下的本构方程并应用ABAQUS有限元软件进行了力学性能模拟分析。本文的研究成果显示,当混凝土材料遭受冻融循环与氯离子侵蚀共同作用时,由于混凝土中氯离子含量的差异,混凝土产生分层劣化的现象。本文建立的混凝土本构关系更加适合分析寒冷地区海洋环境中混凝土的耐久性问题,为在复合作用下混凝土耐久性的机理研究提供了一定的依据和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 混凝土的冻融破坏
• 1.2.2 氯离子对混凝土的侵蚀
• 1.2.3 冻融循环和氯离子侵蚀复合作用下混凝土耐久性问题
• 1.3 论文的主要工作
• 第2章 冻融条件下氯离子在混凝土中的扩散方程
• 2.1 引言
• 2.2 冻融作用对混凝土孔结构的影响
• 2.2.1 混凝土孔结构的研究方法简介
• 2.2.2 混凝土孔隙的分类
• 2.2.3 混凝土孔隙特征的观测方法
• 2.2.4 冻融作用对混凝土孔结构的影响
• 2.2.5 混凝土孔隙率与冻融循环的关系
• 2.3 氯离子扩散系数与冻融作用之间的关系
• 2.3.1 氯离子扩散系数
• 2.3.2 确定氯离子扩散系数的方法
• 2.3.3 氯离子扩散系数与混凝土孔隙率之间的关系
• 2.3.4 冻融作用对氯离子扩散系数的影响
• 2.4 氯离子扩散方程的演化
• 2.4.1 Fick第二扩散定律
• 2.4.2 氯离子扩散模型的研究
• 2.4.3 冻融条件下的氯离子扩散模型
• 2.5 计算与分析
• 2.5.1 氯离子侵蚀实验
• 2.5.2 计算分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 冻融和氯离子侵蚀对混凝土力学性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 试验设计
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 试验选材及材料特性
• 3.2.3 试件的制备
• 3.2.4 试验设备
• 3.2.5 试验方法
• 3.2.6 试验结果及讨论
• 3.3 弹性模量随冻融循环次数与氯离子浓度变化关系
• 3.4 本章小结
• 第4章 混凝土的本构关系及有限元模拟
• 4.1 混凝土材料的本构概述
• 4.2 混凝土材料的本构关系
• 4.2.1 混凝土线弹性本构关系
• 4.2.2 混凝土的弹塑性本构理论
• 4.3 混凝土在冻融和氯离子侵蚀条件下的弹性本构关系
• 4.4 混凝土构件的数值模拟分析
• 4.4.1 ABAQUS总体介绍
• 4.4.2 ABAQUS的主要模块
• 4.4.3 ABAQUS分析步骤
• 4.4.4 有限元分析中的设置
• 4.4.5 分析结果
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果
• 致谢