水泥基材料中氯离子传输试验研究与细观数值模拟

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氯离子侵蚀是造成钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的主要原因,尤其在我国西北盐湖地区及东南沿海地区,钢筋锈蚀的问题普遍存在,因而造成钢筋混凝土结构承载能力及耐久性下降。因此,研究氯离子在混凝土内的渗透和侵蚀规律具有重要的工程价值和理论意义。本文以水泥浆、砂浆和混凝土三种水泥基材料为研究对象,通过理论分析、试验研究和数值模拟等手段,研究了三类试件在饱水状态和干湿交替状态下氯离子的渗透和侵蚀规律。在此基础上,通过对带裂缝砂浆试件的氯离子传输试验和数值模拟,分析裂缝对氯离子传输规律的影响。主要研究内容如下:(1)总结混凝土中氯离子主要的传输方式如对流、扩散、毛细作用和电迁移的驱动力、传输机理和描述方程。分析不同环境下的氯离子传输过程,确定氯离子和水分扩散系数的影响因素,并对各因素的参数进行确定。在此基础上,建立饱水状态和干湿交替状态的氯离子传输理论模型。(2)进行水泥浆、砂浆和混凝土三种材料的氯离子侵蚀试验。采用纯浸泡法和干湿交替法,通过对不同批次的试件进行抗压测试和氯离子浓度的测定,研究不同侵蚀时间时,水泥浆、砂浆和混凝土三种材料试件的强度变化、氯离子浓度分布和断面的侵蚀比例。(3)建立随机凸多边形骨料几何模型,并将该模型导入COMSOL软件进行细观模拟,分析各参数对氯离子传输规律的影响。将数值模拟与试验结果进行对比,验证数值模型的可行性,其次是对理论模型中的干燥—湿润时间比和干燥过程中的浅层混凝土的饱和度进行参数敏感性分析。最后是分析在不同粗骨料体积分数、界面过渡区厚度litz和界面过渡区扩散系数Ditz时的氯离子浓度分布。(4)通过试验研究裂缝对氯离子传输规律的影响,试验时采用硝酸银显色法测定氯离子的传输深度。研究时考虑了水灰比、裂缝宽度和裂缝间距等参数对氯离子传输规律的影响,得出了相应的结论。(5)建立带裂缝的数值模型,模拟分析不同影响因素如裂缝宽度、裂缝深度、时间和不同的裂缝间距对氯离子传输规律的影响。并将数值分析结果与试验研究结果进行对比论证。
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