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荷载与裂缝对海工混凝土渗透性的影响研究

作　者: 王明军
导　师: 余其俊；王胜年
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料工程
关键词: 弯曲荷载压荷载裂缝氯离子渗透
分类号: TU528
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

处于海洋环境下的混凝土结构的耐久性问题十分复杂,特别是因氯离子渗透而造成的钢筋锈蚀在整个海洋工程混凝土结构耐久性中尤为突出,因而,近几十年来,针对氯盐渗透引发的海工混凝土耐久性的研究一直是学术界和工程界研究的重点和热点,国际上海洋环境下的混凝土使用寿命预测方法也大多建立在氯离子渗透引发钢筋锈蚀的理论基础之上。但是,现有的研究的一个主要假设是混凝土结构完好、不存在裂缝,而通常忽略了荷载或裂缝对混凝土氯离子渗透过程的影响,尤其是没有考虑荷载引起的微裂缝的影响,很少将钢筋腐蚀规律、氯离子渗透过程与荷载引起的微裂缝或者与荷载本身联系起来研究。而实际上的工程结构中,在荷载和环境的共同作用下,混凝土中不可避免的存在着可见的裂缝或不可见的微裂纹,这些荷载和裂缝的存在不可避免降低了混凝土抵抗氯离子向其内部渗透的能力,进而影响混凝土结构的耐久性,但其影响有多大,如何降低和克服其对混凝土结构耐久性的影响,目前为止还没有明确的认识。因此,本论文开展荷载与裂缝对海工混凝土渗透性的影响研究,对提高海洋工程混凝土的耐久性及其寿命预测具有重要的指导意义。本文以中交第四航务工程局有限公司科研项目“结构裂缝对海工混凝土耐久性影响的研究”为支撑,从氯离子在混凝土中的迁移出发,开展氯离子在荷载、结构裂缝作用下的迁移规律研究,深入了解荷载及裂缝对混凝土渗透性的影响,揭示荷载及裂缝对氯离子扩散的影响机理,确定荷载水平和裂缝宽度与氯离子渗透之间的关系。通过研究氯离子在不同的荷载水平、裂缝宽度作用下的迁移规律,提出荷载水平及裂缝宽度对混凝土渗透性影响的界定标准,以便为实际工程混凝土结构耐久性评估、寿命预测提供更加准确的参考和基础数据。通过调控氯盐环境中混凝土试验梁的弯曲荷载水平,研究荷载对混凝土氯离子浓度分布及扩散系数的影响。结果表明:当施加荷载水平<30%(占抗折强度的比值)时,弯曲荷载对混凝土氯离子浓度分布及扩散系数的影响很小,基本可以忽略;当荷载水平≥30%时,由于微裂缝的扩展,相比无荷载作用试件,氯离子浓度及扩散系数有明显的增大。因此,当弯曲荷载水平超过30%时,在混凝土材料耐久性设计过程中如果忽视荷载的影响,将会造成很大的偏差。研究了5MPa,10MPa压荷载作用下混凝土的浓度及扩散系数变化。研究表明:在试验施加荷载范围内,随着施加荷载的增加,混凝土氯离子浓度及扩散系数有一定程度的降低,但是变化很小,这有利于提高混凝土自身的抗渗性。对钢筋混凝土试验构件进行裂缝的调控,研究不同裂缝宽度对混凝土氯离子浓度分布及钢筋锈蚀的影响。结果表明:当裂缝宽度≥0.15mm时,开裂混凝土内部的氯离子浓度明显高于完整试件相同深度处的浓度;当裂缝宽度<0.15mm时,混凝土内部氯离子浓度与完整试件相应深度处浓度近似;钢筋表面锈蚀率与裂缝宽度、水胶比以及保护层厚度有关,裂缝宽度增大,水胶比提高,保护层厚度减小,钢筋锈蚀率增大。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-20
  1.1 引言  11-14
  1.2 荷载作用下混凝土氯离子渗透性研究  14-17
  1.3 裂缝对混凝土渗透性的影响  17-19
  1.4 本文的主要研究内容  19-20
第二章原材料及试验方法  20-32
  2.1 原材料性能  20-24
    2.1.1 水泥  20
    2.1.2 粉煤灰  20-22
    2.1.3 磨细矿渣粉  22-23
    2.1.4 粗骨料  23-24
    2.1.5 细骨料  24
    2.1.6 外加剂  24
  2.2 试验方法  24-32
    2.2.1 混凝土配合比设计  24-25
    2.2.2 混凝土试件成型、养护及力学性能检测  25-26
    2.2.3 钢筋混凝土试件制作  26
    2.2.4 氯离子渗透测试方法  26-30
    2.2.5 酸溶性氯离子浓度检测  30-32
第三章混凝土应力腐蚀试验设计  32-39
  3.1 模拟荷载类型  32-33
  3.2 加载装置设计  33-34
  3.3 施加荷载大小  34-36
  3.4 应力松弛问题的解决  36-37
    3.4.1 应力实时监控与调整  36-37
    3.4.2 减少加载装置自身的应力松弛作用  37
    3.4.3 混凝土自身变形  37
  3.5 人工海水模拟试验  37-39
第四章荷载作用下混凝土渗透性研究  39-51
  4.1 荷载作用对混凝土氯离子浓度分布的影响  40-44
    4.1.1 弯曲荷载作用下混凝土氯离子含量分布  40-42
    4.1.2 压荷载作用下混凝土氯离子含量分布  42-44
  4.2 荷载对混凝土氯离子扩散系数的影响  44-47
    4.2.1 氯离子扩散系数计算  44-45
    4.2.2 弯曲荷载对混凝土氯离子扩散系数的影响  45-46
    4.2.3 压荷载对混凝土氯离子扩散系数的影响  46-47
  4.3 水胶比对混凝土氯离子浓度分布的影响  47-49
  4.4 荷载对混凝土氯离子扩散系数的影响机理分析  49-50
  4.5 本章小结  50-51
第五章结构裂缝对混凝土氯离子渗透及钢筋锈蚀的影响  51-63
  5.1 结构裂缝的预制  51-54
  5.2 裂缝宽度对混凝土氯离子浓度分布的影响  54-57
  5.3 裂缝宽度对混凝土氯离子浓度影响机理分析  57-58
  5.4 保护层厚度对钢筋表面氯离子浓度分布的影响  58-59
  5.5 开裂混凝土内部的钢筋锈蚀  59-62
  5.6 本章小结  62-63
结论  63-65
参考文献  65-71
攻读硕士学位期间取得的研究成果  71-72
致谢  72-73
附件  73

荷载与裂缝对海工混凝土渗透性的影响研究

内容摘要

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