【摘 要】
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一般环境是钢筋混凝土结构最为常见的服役环境。在大气与水分共同作用下,混凝土中物质迁移随环境作用不同而具有不同的机理。因此,无法用单一模型来表征钢筋混凝土结构的劣化过程,且目前对一般环境下钢筋混凝土结构耐久性设计的全寿期维护策略与材料选择缺乏深入研究。理解对应于一般环境不同环境作用的混凝土劣化机理,并建立相应的劣化动力学模型,是建立一般环境下混凝土耐久性设计的性能指标体系的重要前提,也是进行基于全寿
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一般环境是钢筋混凝土结构最为常见的服役环境。在大气与水分共同作用下,混凝土中物质迁移随环境作用不同而具有不同的机理。因此,无法用单一模型来表征钢筋混凝土结构的劣化过程,且目前对一般环境下钢筋混凝土结构耐久性设计的全寿期维护策略与材料选择缺乏深入研究。理解对应于一般环境不同环境作用的混凝土劣化机理,并建立相应的劣化动力学模型,是建立一般环境下混凝土耐久性设计的性能指标体系的重要前提,也是进行基于全寿期的混凝土耐久性设计的基础。本文研究了一般环境下导致混凝土中性化的两种机制,分别为大气中CO2的碳化作用导致的碱消耗和干湿交替作用导致的碱性物质向外迁移;提出了对应的混凝土中性化模型,其中针对碳化作用修正了现有碳化模型,针对干湿交替作用提出了基于水分传输的干湿交替中性化模型,进而建立了同时考虑保护层混凝土中性化和内部钢筋锈蚀的一般环境下的钢筋混凝土耐久性模型;通过加速碳化试验、气体渗透性试验、等温脱吸附试验等,对混凝土中性化参数进行了试验研究,并基于试验数据建立了耐久性模型中性能指标扩散系数、吸水率和气体渗透系数之间的回归关系;利用耐久性模型计算了一般环境下针对各种工况的性能指标限值,并进一步转换为可进行原位测量的气渗指标限值;利用耐久性模型进行了基于全寿期的经济与环境成本耐久性设计指标研究,从经济和环境两个维度对比了各种工况下的免维护和有限维护策略的优劣,以及最优材料配合比选择。通过上述研究,得到以下结论:(1)一般环境下,CO2的碳化作用与干湿交替下的碱性物质迁移作用都导致了混凝土中性化,但是二者机制不同,需要分别建立中性化模型,控制碳化作用的混凝土主要性能指标是CO2扩散系数,控制干湿交替作用的主要性能指标是吸水率;(2)根据现有规范对环境作用等级的划分,使用提出的模型获得了不同设计使用年限下耐久性设计参数限值要求,并进一步转换为可进行现场检测的气渗系数限值要求;(3)从全寿期的经济成本和环境成本两个维度综合来看,最优维护策略与设计使用年限要求有关。且不同的设计使用年限、环境作用等级、耐久性极限状态对应的维护策略最优材料选择不同,可通过综合评价指数进行全寿期耐久性设计中的材料配合比优化,使其满足经济与环境成本综合最优。
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