混凝土內(nèi)氯離子傳輸模型及其數(shù)值研究.pdf

1、氯鹽侵蝕環(huán)境下的鋼筋混凝土耐久性問(wèn)題備受當(dāng)今領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者重視。氯離子作為氯鹽侵蝕環(huán)境下造成鋼筋銹蝕、保護(hù)層脫落等耐久性問(wèn)題的關(guān)鍵因素,研究其在混凝土內(nèi)的傳輸過(guò)程、傳輸機(jī)理,建立相應(yīng)環(huán)境下的傳輸模型對(duì)鋼筋混凝土的耐久性至關(guān)重要。因此,本文以混凝土內(nèi)氯離子傳輸機(jī)理為基礎(chǔ),建立了飽水狀態(tài)和干濕交替狀態(tài)下的氯離子傳輸模型,用以分析處于海洋環(huán)境水下區(qū)和潮汐區(qū)(包括浪濺區(qū))的混凝土內(nèi)氯離子傳輸過(guò)程。還特別研究了氯鹽侵蝕與荷載耦合作用下的氯離子傳輸過(guò)程

2、,建立了相應(yīng)的耦合傳輸模型。同時(shí),從細(xì)微觀角度研究了界面過(guò)渡區(qū)、微裂縫分布對(duì)氯離子傳輸?shù)挠绊?力圖深入挖掘混凝土中的氯離子傳輸機(jī)理。主要內(nèi)容如下:
　　(1)首先從電化學(xué)的角度分析了包括對(duì)流、擴(kuò)散、毛細(xì)作用、電遷移等混凝土中氯離子主要傳輸方式的驅(qū)動(dòng)力、傳輸機(jī)理以及描述方程。基于不同海洋環(huán)境下混凝土中氯離子遷移過(guò)程表現(xiàn)出的以上一種或幾種傳輸方式的復(fù)雜耦合,建立了用于描述不同海洋環(huán)境下的氯離子傳輸模型。
　　(2)根據(jù)海洋環(huán)境水

3、下區(qū)的氯離子侵入機(jī)理,完善了以濃度梯度作用下的非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程為核心的氯離子傳輸模型。綜合考慮溫度、齡期、飽和度、損傷等因素對(duì)氯離子擴(kuò)散過(guò)程的影響,通過(guò)對(duì)模型的分析計(jì)算以及與試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比,得到令人滿意的吻合結(jié)果。利用實(shí)驗(yàn)室條件下以及現(xiàn)場(chǎng)暴露環(huán)境下的氯離子飽水侵入實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文改進(jìn)的飽水狀態(tài)下的氯離子傳輸模型的適用性。結(jié)果表明模擬結(jié)果更接近實(shí)驗(yàn)值,計(jì)算精度更高。
　　(3)基于海洋環(huán)境潮汐區(qū)和浪濺區(qū)混凝土中的氯離子傳輸機(jī)理,建

4、立了干濕交替環(huán)境下氯離子的毛細(xì)吸收-濃度擴(kuò)散傳輸模型。以飽和度s為耦合變量,通過(guò)孔隙溶液整體遷移場(chǎng)與氯離子毛細(xì)-擴(kuò)散場(chǎng)描述此類環(huán)境下的氯離子傳輸過(guò)程。利用COMSOL有限元軟件實(shí)現(xiàn)了模型的求解計(jì)算,分析了干濕交替環(huán)境下的氯離子侵入機(jī)制,得到與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好的計(jì)算結(jié)果。同時(shí)對(duì)影響該模型的兩個(gè)重要參數(shù):孔隙初始飽和度和干濕交替時(shí)間比例進(jìn)行敏感性分析,研究了其對(duì)氯離子傳輸?shù)挠绊憽?br>　　(4)鑒于海洋環(huán)境下混凝土受到荷載與氯鹽侵蝕的共同

5、作用,本文以體積應(yīng)變和孔隙率作為荷載作用與氯離子傳輸之間的耦合變量,建立了荷載與氯鹽侵蝕耦合作用下的氯離子傳輸理論模型。根據(jù)該模型實(shí)現(xiàn)了素混凝土梁受彎作用下的氯離子侵入過(guò)程的模擬,計(jì)算得到不同荷載水平下的氯離子分布情況,并且得到了與試驗(yàn)測(cè)定值吻合良好的模擬結(jié)果。
　　(5)通過(guò)對(duì)混凝土細(xì)微觀結(jié)構(gòu),特別是界面過(guò)渡區(qū)性質(zhì)的分析,研究了混凝土材料中的氯離子傳輸性質(zhì)。同時(shí),從細(xì)觀角度研究了微裂縫的密度、長(zhǎng)度、微裂縫取向與氯離子傳輸性質(zhì)的關(guān)