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多因素耦合作用下混凝土性能劣化的评价及研究

作　者: 王阵地
导　师: 王玲
学　校: 中国建筑材料科学研究总院
专　业: 材料学
关键词: 多因素耦合钢筋混凝土质量损失动弹性模量电化学应变
分类号: TU528
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

国内外学者对单一因素下钢筋混凝土耐久性能的劣化机理进行了大量的研究,而实际上,钢筋混凝土的劣化是一个物理、化学、电化学和机械作用相互耦合的过程,单一因素的耐久性研究很难全面反映服役混凝土性能的退化本质。近年来,针对多因素耦合作用的研究工作正在被重视和逐步开展,并取得了一些初步的进展。本文研究目的是通过模拟实际工程中钢筋混凝土遭受的多重因素,探索多因素耦合作用下钢筋混凝土的性能退化规律、评价方法和测试设备,为建立寿命预测模型积累数据。通过测量多因素耦合作用下钢筋混凝土基体的质量损失、动弹性模量、超声波特征参数、钢筋的自腐蚀电位和极化曲线、钢筋应变和混凝土应变等参数的变化,研究了钢渣矿渣钢筋混凝土在(冻融循环+氯盐侵蚀)双因素、(冻融循环+氯盐侵蚀+外加弯曲荷载)三因素和(冻融循环+氯盐侵蚀+外加弯曲荷载+迷流腐蚀)四因素作用下的性能退化规律;考察了在多因素耦合作用下混凝土中钢筋的锈蚀几率与腐蚀状况;分析了钢筋混凝土中钢筋和混凝土基体的应变变化规律,取得的主要结果有:(1)无论在双因素还是三因素作用下,氯盐的存在增加了试件的饱水度和渗透性,冻融时导致严重的表面剥蚀,是混凝土加速破坏的主要原因,动弹性模量和质量损失的结果表明,剥蚀导致的质量损失对混凝土性能的劣化比动弹性模量更敏感;在三因素作用下,外加弯曲荷载对钢筋混凝土性能劣化有加速作用,外加荷载越大,试件所能承受的盐冻融循环次数越少。(2)在四因素作用下,钢筋的锈蚀产物与钢筋相比产生的体积膨胀而导致的顺筋开裂是混凝土破坏的主要原因,外加应力和盐冻造成的表面剥蚀处于次要地位。超声波特征参数的结果表明,混凝土在经过破坏因素作用后,超声波形由尖锐变为平坦,声时增大,声速降低,波幅降低,周期变长。结合测区的划分,超声波可定性判断混凝土的劣化状态。(3)钢筋自腐蚀电位和极化曲线的测试结果显示,在三因素作用时,钢筋的自腐蚀电位不断下降,但腐蚀电流不足以引起钢筋锈蚀从而造成钢筋混凝土破坏。外加应力和氯盐的存在使得混凝土中钢筋的自腐蚀电位负移,并增大了钢筋发生锈蚀的几率。钢筋和混凝土的应变变化表明:在双因素作用下,钢筋的累积不可逆损伤大于混凝土基体相应的累积损伤;三因素作用下,混凝土基体的累积不可逆损伤逐渐增大,且大于钢筋相应的累积不可逆损伤,混凝土基体在冻结过程中遭受的破坏大于在融解过程中遭受的破坏;四因素作用下,迷流腐蚀对钢筋混凝土的应变影响大于相应的外加荷载和氯盐侵蚀的影响。(4)在现有装置和前人工作的基础上,开发了多因素耦合作用下混凝土耐久性能测试设备,设备采用闭环控制系统和智能加载系统,能够精确施加外部荷载,并保持长期稳定;可以满足多组标准试件同时进行试验的要求;能实时连续地采集试件在劣化过程中的温度、压力、应变和电阻率信号,为多因素下钢筋混凝土的耐久性研究提供了良好的硬件基础。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-26
  1.1 课题的背景和意义  10
  1.2 混凝土耐久性国内外研究状况  10-25
    1.2.1 混凝土抗冻性的研究现状  11-14
    1.2.2 盐冻循环对混凝土耐久性的影响  14-16
    1.2.3 外部应力对混凝土耐久性能的影响  16-18
    1.2.4 混凝土劣化的超声波表征方法  18-22
    1.2.5 电化学方法测定混凝土中的钢筋锈蚀  22-25
  1.3 本文的主要研究内容  25-26
第二章原材料及多因素耦合的试验方案设计  26-33
  2.1 原材料  26
  2.2 混凝土配合比  26-27
  2.3 试验方案设计  27-32
    2.3.1 本研究中的多因素的选取  27
    2.3.2 试验内容和方法  27-32
      2.3.2.1 抗冻性及测试  28-30
      2.3.2.2 超声波参数测试  30
      2.3.2.3 电化学方法测试钢筋锈蚀  30-31
      2.3.2.4 迷流腐蚀的测试  31
      2.3.2.5 应变的测试和钢筋电极的制作方法  31-32
  2.4 小结  32-33
第三章多因素耦合作用下混凝土基体的劣化  33-55
  3.1 冻融循环与氯盐侵蚀双因素作用下钢筋混凝土的劣化行为  33-37
    3.1.1 冻融循环与氯盐侵蚀双因素作用对混凝土质量损失的影响  33-36
    3.1.2 冻融循环与氯盐侵蚀双因素作用下混凝土相对动弹性模量的变化规律  36-37
  3.2 盐冻与荷载三因素作用下钢筋混凝土基体的劣化行为  37-41
    3.2.1 盐冻与荷载三因素作用对质量损失的影响  37-38
    3.2.2 盐冻与荷载三因素作用对相对动弹性模量损失的影响  38-39
    3.2.3 盐冻与荷载三因素作用下混凝土的孔结构变化  39-41
    3.2.4 盐冻与荷载三因素作用下混凝土耐久性能的分析  41
  3.3 迷流腐蚀-外部荷载-盐冻四因素下混凝土基体的劣化行为  41-43
  3.4 多因素作用下混凝土基体的超声波参数变化规律  43-53
    3.4.1 盐冻与荷载三因素作用下钢筋混凝土劣化的超声波反映  43-47
    3.4.2 迷流腐蚀-盐冻-荷载作用下钢筋混凝土基体劣化的超声波反映  47-53
  3.5 小结  53-55
第四章多因素下钢筋混凝土中钢筋的腐蚀行为  55-66
  4.1 电化学测试方法  55-56
    4.1.1 自腐蚀电位监测  55-56
    4.1.2 极化曲线的测定  56
  4.2 盐冻-荷载作用下钢筋混凝土中钢筋的腐蚀行为  56-63
    4.2.1 双因素下钢筋的腐蚀行为  56-62
    4.2.2 氯盐和外加应力的影响  62-63
  4.3 迷流腐蚀-荷载-冻融循环作用下钢筋混凝土中钢筋的腐蚀情况  63-65
  4.4 小结  65-66
第五章多因素耦合作用下混凝土材料的应变分析  66-73
  5.1 盐冻-外部荷载作用下钢筋混凝土的应变  66-69
  5.2 迷流腐蚀-盐冻-外部荷载下钢筋混凝土的应变  69-71
  5.3 小结  71-73
第六章多因素耦合作用下钢筋混凝土耐久性试验设备的开发  73-85
  6.1 新设备开发考虑的关键因素  73-75
    6.1.1 外部应力加载  73
    6.1.2 钢筋锈蚀  73-74
    6.1.3 冻融循环功能的实现  74
    6.1.4 软件系统和数据的自动采集能力  74-75
      6.1.4.1 软件系统的配套  74-75
      6.1.4.2 数据的自动采集  75
    6.1.5 操作自动化程度  75
      6.1.5.1 操作的自动化程度  75
  6.2 对现有加载装置的评价  75-80
    6.2.1 加载装置的稳定性和耐久性  75-77
    6.2.2 加载装置的量程范围与荷载的恒定保持  77-80
  6.3 自主研发设备的主要功能  80-84
    6.3.1 实现精确施加外部荷载与保持荷载的稳定性功能  80-81
    6.3.2 实现冻融循环、盐溶液侵蚀、外部荷载三因素的任意组合  81
    6.3.3 能够实现同时温度、压力、应变、电阻率、电压电流信号的同步采集  81-83
    6.3.4 高度自动化，劳动强度低  83
    6.3.5 实现了从加载装置到实验设备的质变  83-84
  6.4 小结  84-85
结论与展望  85-88
参考文献  88-92
硕士期间发表的论文  92-93
致谢  93

多因素耦合作用下混凝土性能劣化的评价及研究

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