盐冻环境下混凝土构件耐久性及寿命预测研究

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钢筋混凝土结构耐久性失效,会导致巨大的经济损失,影响社会经济发展。盐冻损伤对混凝土材料产生的不可逆累积损伤,会加快环境中腐蚀介质的渗透与扩散,加速混凝土中钢筋锈蚀与混凝土保护层锈胀开裂,影响混凝土结构的正常使用。研究盐冻环境下混凝土耐久性,对新建混凝土结构工程耐久性设计和在役混凝土结构工程的耐久性评定及维护具有重要的理论意义和工程价值。本文以除冰盐环境与寒冷地区海洋环境中的钢筋混凝土结构为研究对象,研究盐冻损伤对混凝土耐久性的影响,预测盐冻环境混凝土结构耐久性使用寿命,主要研究内容如下:(1)通过以3.5%NaCl溶液为冻融介质的粉煤灰混凝土快速盐冻试验,研究了盐冻循环作用对混凝土损伤的影响规律,分析了钢筋对混凝土盐冻损伤变化的影响。研究了受盐冻粉煤灰混凝土的静弹性模量变化规律,建立了混凝土静弹性模量与盐冻损伤度的关系模型,为盐冻环境钢筋混凝土构件耐久性研究及承载性能评价奠定了基础。(2)开展了受盐冻钢筋混凝土构件氯离子扩散规律的试验研究,基于冻融作用对粉煤灰混凝土表层结构的影响,研究了盐冻损伤对混凝土中自由氯离子扩散过程的影响规律,建立了氯离子扩散系数与盐冻损伤度的关系模型。基于Fick第二定律,考虑盐冻损伤对混凝土中氯离子扩散的影响,建立了盐冻环境混凝土中氯离子扩散模型,并对建立的氯离子扩散模型进行了工程验证。通过分析钢筋对混凝土中氯离子扩散的阻滞效应,提出了盐冻环境混凝土中钢筋表面氯离子浓度计算方法。(3)通过分析盐冻环境混凝土中钢筋锈蚀过程控制,考虑盐冻损伤对混凝土中氯离子扩散及钢筋锈蚀的影响,建立了盐冻环境混凝土保护层锈胀开裂前钢筋锈蚀速率预测模型,分析了各因素对混凝土保护层锈胀开裂前钢筋锈蚀速率的影响规律,并对该预测模型进行了工程验证。(4)基于盐冻环境混凝土保护层锈胀开裂加速试验研究,分析了混凝土盐冻损伤程度、混凝土保护层厚度与钢筋直径比值等因素对混凝土锈胀开裂形态、开裂时的钢筋锈蚀率的影响。建立了盐冻环境混凝土保护层锈胀开裂时钢筋锈蚀率模型,为盐冻环境下混凝土结构耐久性寿命预测提供了理论依据。(5)开展了盐冻环境锈蚀钢筋混凝土结构耐久性寿命预测研究。通过分析混凝土冻融循环寿命与冻融循环疲劳作用的关系,得出混凝土冻融损伤寿命的概率分布特征,提出了实际冻融环境混凝土耐久性寿命预测方法。通过分析混凝土中钢筋初始锈蚀条件、保护层锈胀开裂条件,基于可靠性理论提出了盐冻环境中混凝土结构钢筋初始锈蚀寿命预测方法与混凝土保护层锈胀开裂寿命预测方法,为混凝土结构耐久性设计提供了参考。
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