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氯盐环境下混凝土结构钢筋坑蚀预测的随机方法

作　者: 伍亚玲
导　师: 张俊芝
学　校: 浙江工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 混凝土氯离子随机性钢筋坑蚀
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着服役时间的延长,混凝土结构的耐久性破坏也将日益增多。混凝土结构耐久性问题已成为当今世界工程上最为关注的问题之一,而氯离子侵蚀是导致混凝土结构耐久性不足的重要因素之一。本文根据已有的室内混凝土侵蚀及自然氯盐环境下混凝土侵蚀检测结果,对钢筋坑锈特征量预测的有关问题进行了研究。本文的主要工作内容和成果如下：1、基于人工气候环境及自然感潮环境下混凝土的侵蚀试验结果,研究了混凝土氯离子扩散系数与侵蚀时间的关系,分析了不同侵蚀环境下混凝土氯离子扩散系数趋于稳定的时间。2、引入氯离子扩散系数衰减速率V,分别分析了人工气候环境及自然感潮环境下混凝土氯离子扩散系数衰减速率与侵蚀时间的关系。结论表明,氯离子扩散系数衰减速率随侵蚀时间的增长而迅速降低；水灰比、养护时间和环境因素对氯离子扩散系数衰减速率的影响进行了分析；环境因素对氯离子扩散系数衰减速率有明显的影响。3、建立了钢筋最大坑蚀深度及钢筋坑蚀面积的预测模型,推导了考虑氯离子扩散系数时变性的预测随机模型,并以人工气候环境下及自然感潮环境下混凝土侵蚀试验结果分析了该模型的合理性；对该模型中混凝土保护层欧姆电阻、环境温度、混凝土保护层厚度、对流区厚度和临界氯离子浓度等主要因素对钢筋最大坑蚀深度及钢筋坑蚀面积的影响进行了分析。结论表明,混凝土保护层厚度的影响最大。4、根据室内及自然海洋环境下试验混凝土和既有混凝土的侵蚀结果,分析了不同环境条件下混凝土的自由氯离子浓度、峰值自由氯离子浓度、对流区厚度、扩散系数及保护层厚度等参数的随机特性。5、基于Monte Carlo法,模拟分析了人工气候环境下钢筋最大坑蚀深度及钢筋坑蚀面积的概率分布特性,分析了考虑氯离子扩散系数恒定及考虑氯离子扩散系数时变性时的深度和面积特性。结论表明,氯离子扩散系数的时变性对钢筋最大坑蚀深度及钢筋坑蚀面积有较大的影响,如海洋环境下既有混凝土考虑扩散系数时变性计算的最大坑蚀深度是假设氯离子扩散系数恒定计算的钢筋最大坑蚀深度的2倍,而钢筋坑蚀面积则为氯离子扩散系数恒定模型下的3倍多。6、基于Monte Carlo法,研究了人工气候环境下混凝土构件及海洋环境下即有混凝土构件的混凝土保护层厚度对钢筋最大坑蚀特征量的影响。结论表明,增大混凝土保护层厚度可有效减少钢筋最大坑蚀特征量。如当人工气候环境下混凝土试件保护层厚度均值从15mm到25mm,钢筋最大坑蚀深度降低到原来的43.574%,钢筋坑蚀面积降低到原来的54.596%。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-25
  1.1 前言  14
  1.2 本文研究的工程背景和意义  14-16
    1.2.1 氯离子侵蚀对混凝土结构的危害  14-16
    1.2.2 氯盐环境下混凝土结构钢筋坑蚀及随机性  16
  1.3 国内外氯盐环境下基于随机理论的混凝上耐久性研究  16-24
    1.3.1 氯离子扩散理论  16-19
    1.3.2 混凝土中氯离子扩散的随机性  19-21
    1.3.3 混凝土中钢筋锈蚀  21-22
    1.3.4 随机理论应用于混凝土耐久性的研究  22-23
    1.3.5 国内外研究现状分析和研究存在问题  23-24
  1.4 本文主要研究内容  24-25
第二章不同环境条件下混凝土氯离子扩散系数的时变性  25-42
  2.1 引言  25
  2.2 混凝土氯离子侵蚀试验及结果  25-30
    2.2.1 人工气候环境下的侵蚀试验  25-26
    2.2.2 自然感潮环境下的侵蚀试验  26-27
    2.2.3 侵蚀试验结果  27-30
      2.2.3.1 人工气候环境下混凝土侵蚀试验结果  27-29
      2.2.3.2 感潮自然环境下混凝土侵蚀试验结果  29-30
  2.3 混凝土氯离子扩散系数的时变性  30-36
    2.3.1 混凝上氯离子扩散系数的分析方法  30-31
    2.3.2 混凝土氯离子扩散系数的计算结果  31-32
    2.3.3 混凝土氯离子扩散系数的时变性分析  32-36
      2.3.3.1 人工气候环境下混凝土氯离子扩散系数的时变性分析  32-33
      2.3.3.2 感潮自然环境下混凝土氯离子扩散系数的时变性分析  33-35
      2.3.3.3 不同环境下混凝土氯离子扩散系数预测模型对比分析  35-36
  2.4 混凝土氯离子扩散系数的衰减速率  36-40
    2.4.1 混凝土氯离子扩散系数的衰减速率  36-37
    2.4.2 不同环境条件下的混凝土氯离子扩散系数的衰减速率  37-39
      2.4.2.1 人工气候环境下氯离子扩散系数的衰减速率分析  37-39
      2.4.2.2 感潮自然环境下氯离子扩散系数的衰减速率分析  39
    2.4.3 环境因素对混凝土氯离子扩散系数的衰减速率的影响分析  39-40
  2.5 本章小结  40-42
第三章氯盐环境下钢筋锈蚀的坑蚀随机模型及分析  42-57
  3.1 引言  42
  3.2 氯盐环境下钢筋锈蚀机理分析  42-45
    3.2.1 氯离子侵入混凝土的机理  42-44
      3.2.1.1 氯离子侵入混凝土的途径  42-43
      3.2.1.2 氯离子侵入钢筋锈蚀的机理  43-44
    3.2.2 影响钢筋锈蚀的因素  44-45
  3.3 氯盐环境下钢筋坑蚀的分析模型  45-51
    3.3.1 钢筋锈蚀的种类  45-46
    3.3.2 氯盐环境下钢筋坑蚀的最大深度  46-49
      3.3.2.1 氯盐环境下钢筋表面氯离子浓度及初锈时间  47-48
      3.3.2.2 氯盐环境下钢筋最大坑蚀深度模型  48-49
    3.3.3 氯盐环境下钢筋的坑蚀面积  49-51
  3.4 氯盐环境下钢筋坑蚀模型的影响因素分析及随机模型  51-56
    3.4.1 人工气候环境下模型中保护层欧姆电阻及温度因素的分析  51-52
    3.4.2 自然感潮环境下模型中保护层欧姆电阻及温度因素的分析  52-54
    3.4.3 混凝土保护层厚度及对流区厚度的影响分析  54
    3.4.4 表面氯离子浓度及临界氯离子浓度的影响分析  54-55
    3.4.5 氯离子扩散系数的影响分析  55-56
  3.5 本章小结  56-57
第四章氯盐环境下钢筋坑锈的主要影响因素随机性分析  57-75
  4.1 引言  57
  4.2 氯盐环境下混凝土的侵蚀  57-59
    4.2.1 自然海洋环境下的侵蚀  57-58
    4.2.2 室内模拟侵蚀  58-59
  4.3 氯离子浓度的随机特性  59-70
    4.3.1 混凝土氯离子浓度及临界浓度随机性  59-68
    4.3.2 对流区与积累扩散区交界的峰值氯离子浓度的随机特性  68-70
  4.4 氯离子扩散系数的随机特性  70-71
  4.5 氯离子扩散对流区厚度的随机特性  71-72
  4.6 混凝上保护层的随机特性  72-73
  4.7 本章小结  73-75
第五章氯盐环境下钢筋坑锈特征量的随机性分析  75-93
  5.1 引言  75
  5.2 钢筋最大坑蚀深度及钢筋坑蚀面积的随机特性分析  75-82
    5.2.1 钢筋最大坑蚀深度及钢筋坑蚀面积统计特征的理论分析  75-78
    5.2.2 钢筋最大坑蚀深度及钢筋坑蚀面积统计特征的模拟分析  78-82
  5.3 氯离子扩散系数的时变性对钢筋坑锈特征量的影响分析  82-88
    5.3.1 对人工气候环境下钢筋坑锈特征量的影响  83-85
    5.3.2 对海洋环境下既有混凝土钢筋坑锈特征量的影响  85-88
  5.4 混凝土保护层厚度对钢筋坑锈特征：量的影响分析  88-91
    5.4.1 人工气候环境下混凝士保护层厚度对钢筋坑锈特征量的影响  88-90
    5.4.2 海洋环境下既有混凝土保护层厚度对钢筋坑锈特征量的影响  90-91
  5.5 本章小结  91-93
第六章结论与展望  93-96
  6.1 主要结论  93-95
  6.2 展望  95-96
参考文献  96-102
致谢  102-103
攻读学位期间主要研究成果  103
  1 参与的科研项目  103
  2 发表与录用的论文  103

氯盐环境下混凝土结构钢筋坑蚀预测的随机方法

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