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某海港码头海洋大气区钢筋混凝土结构的耐久性评估与修复

作　者: 高旭
导　师: 范宏
学　校: 青岛理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 氯离子寿命预测概率分析碳化寿命修复
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

处于海洋环境下的钢筋混凝土结构，由于严酷的外界环境作用，使结构的耐久性能大幅度降低，包括氯化物、大气中的二氧化碳等酸性物质对混凝土结构的侵蚀，其中以氯离子的侵蚀较为严重。本论文以某海港码头为实例，根据工程检测数据和实验室数据对海洋环境下的钢筋混凝土结构进行耐久性评估，并根据评估结果对钢筋已开始腐蚀的钢筋混凝土结构提出防护与修复措施，来延长结构的耐久年限。（1）通过对该海港工程实地调查，对钢筋保护层厚度、钢筋的腐蚀电位、混凝土强度进行了测定，根据国内外规范规定的混凝土保护层厚度设计、施工标准及利用钢筋腐蚀电位判定其腐蚀情况的方法，并对影响混凝土结构耐久性的各个因素进行了分析。（2）对海港码头钻取混凝土芯样，进行氯离子浓度、碳酸钙含量、毛细吸水量的测定，并对氯离子浓度的测量值进行拟合，根据它们在混凝土中的分布情况，可以得出外界环境对该码头侵蚀的严重程度，在码头不同部位混凝土的氯离子含量、碳酸钙含量、毛细吸水量各不相同，所以外界环境影响作用的差异性是较大的。（3）基于Fick第二定律得出的结构寿命预测方程中各个参数对混凝土结构寿命的影响，根据检测数据和实验数据对其中各个参数的概率特征进行分析，并利用Monte Carlo方法对钢筋初锈时间的预测方程进行模拟，得出钢筋初锈时间的分布特征，根据可靠指标和混凝土结构寿命的关系，预测出该海港码头的耐久寿命为37.3年。（4）根据测量数据得出该码头混凝土碳化较严重，通过对钢筋混凝土结构的碳化寿命进行了预测，得出结构碳化剩余寿命为10年，进一步说明了处于海洋大气区的混凝土结构不仅受氯离子侵蚀严重，同时混凝土碳化也是不容忽视的。（5）根据结构遭受侵蚀情况和耐久寿命的预测应采用一定的措施对混凝土结构进行防护与修复，来提高钢筋混凝土结构的耐久性能，根据目前混凝土结构传统的修复方法，提出了针对该海港码头现行的修复措施。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-17
  1.1 氯离子环境下混凝土结构耐久性研究的背景和意义  11-13
  1.2 国内外对混凝土耐久性的研究现状  13-14
  1.3 本论文研究的主要内容  14-15
  1.4 本章小结  15-17
第二章海洋大气区钢筋混凝土结构的侵蚀  17-33
  2.1 海洋大气区氯离子侵蚀对混凝土结构的破坏  17
  2.2 氯离子侵入混凝土的机理  17-19
    2.2.1 扩散作用  18
    2.2.2 毛细管吸收作用  18
    2.2.3 渗透作用  18-19
  2.3 氯离子引起钢筋锈蚀的机理  19-21
    2.3.1 破坏钝化膜  19
    2.3.2 形成“腐蚀电池”  19-20
    2.3.3 氯离子的阳极去极化作用  20-21
  2.4 氯离子在混凝土中的侵蚀模型  21-25
    2.4.1 标准扩散模型  21-23
    2.4.2 各种因素作用下的氯离子扩散模型  23-25
    2.4.3 氯离子在混凝土中的二维扩散模型  25
  2.5 氯离子扩散系数的影响因素及其确定  25-27
    2.5.1 时间对扩散系数的影响  25-26
    2.5.2 水灰比对扩散系数的影响  26
    2.5.3 暴露环境对扩散系数的影响  26-27
  2.6 氯离子侵蚀环境下混凝土结构的寿命预测模型  27-28
  2.7 混凝土结构碳化  28-30
    2.7.1 混凝土碳化机理  28-29
    2.7.2 混凝土碳化深度的数学模型  29-30
  2.8 混凝土碳化与氯离子侵蚀复合作用对混凝土结构的影响  30-31
  2.9 本章小结  31-33
第三章试验内容与试验方法  33-47
  3.1 码头工程概况  33-35
  3.2 码头现场结构钻芯取样、数据测定  35-40
    3.2.1 混凝土钻芯取样  35-36
    3.2.2 钢筋保护层厚度的测定  36-37
    3.2.3 钢筋腐蚀电位的测定  37-39
    3.2.4 混凝土抗压强度的测定  39-40
  3.3 实验室试验  40-44
    3.3.1 氯离子浓度的测试方法  40-42
    3.3.2 混凝土碳化试验  42-43
    3.3.3 毛细吸水试验  43-44
  3.4 氯离子含量分布的拟合方法  44-47
第四章试验结果分析及讨论  47-77
  4.0 钢筋保护层厚度的测量结果与分析  47-51
  4.1 钢筋腐蚀电位的测定结果与分析  51-54
  4.2 混凝土抗压强度的测量结果  54-57
  4.3 工程芯样混凝土氯离子含量的结果与分析  57-64
  4.4 氯离子分布的拟合  64-65
  4.5 碳酸钙含量的结果与分析  65-72
  4.6 混凝土吸水量结果与分析  72-75
  4.7 本章小结  75-77
第五章海洋大气环境下钢筋混凝土结构耐久寿命的概率分析  77-95
  5.1 钢筋混凝土结构寿命预测  77-79
    5.1.1 钢筋混凝土结构寿命预测的方法  77-78
    5.1.2 氯离子侵蚀下寿命预测的确定性方法  78-79
  5.2 氯离子侵蚀耐久性影响因素的概率特征  79-86
    5.2.1 混凝土保护层厚度  79-81
    5.2.2 氯离子扩散系数  81-82
    5.2.3 表面氯离子浓度  82-84
    5.2.4 初始氯离子浓度  84-85
    5.2.5 临界氯离子浓度  85-86
    5.2.6 氯离子扩散系数的衰减指数  86
  5.3 氯离子侵蚀下钢筋初锈时间的概率分布特征  86-88
  5.4 基于规定可靠指标的氯离子侵蚀耐久寿命预测  88-90
    5.4.1 氯离子侵蚀下混凝土结构耐久性失效标准  88
    5.4.2 氯离子侵蚀下混凝土结构耐久可靠指标的计算  88-90
  5.5 钢筋混凝土结构的碳化寿命概率分析  90-94
    5.5.1 混凝土碳化深度的概率模型和统计分析  90-92
    5.5.2 混凝土结构碳化的可靠度指标和碳化寿命预测  92-94
  5.6 本章小结  94-95
第六章钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀的防护与修复  95-105
  6.1 钢筋混凝土结构传统的防护与修复技术  95-101
    6.1.1 电化学防护技术  95-97
    6.1.2 钢筋腐蚀的其他防护技术  97-100
    6.1.3 修复损伤混凝土的准备工作及填补新的拌合料  100-101
    6.1.4 自修复混凝土的应用  101
  6.2 针对该码头混凝土结构的防护与修复策略  101-103
    6.2.1 该码头混凝土构件的防护措施  102-103
    6.2.2 该码头混凝土构件的修复措施  103
  6.3 本章小结  103-105
第七章结论与展望  105-107
  7.1 本论文研究的主要结论  105-106
  7.2 进一步研究的问题和方向  106-107
参考文献  107-113
在学期间发表的学术论文  113-115
致谢  115

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