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氯离子在混凝土中的传输机理研究

作　者: 向发海
导　师: 卫军
学　校: 中南大学
专　业: 土木工程
关键词: 干湿循环条件氯离子传输机理氯离子扩散系数
分类号: U214.18
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

混凝土结构的耐久性问题是当今所普遍关注的问题,它不仅关系到混凝土结构维护与再建成本的控制,而且与环境保护和社会的可持续发展息息相关。氯离子侵蚀造成的混凝土结构的耐久性问题则是关注的重点,而其核心问题是氯离子在混凝土中的传输机理。本文依托铁道部重点课题项目“高速铁路工程材料与结构耐久性试验研究(2008G031-17)”及“863”科研项目“重载铁路桥梁和路基检测与强化技术研究(2007G046)”,以研究氯离子在混凝土中的传输机理为中心,研究内容涵盖了“不饱和混凝土中氯离子传输模型”等,主要成果如下：(1)目前广泛应用的Fick扩散理论模型在混凝土结构应用上具有局限性,根据离子介质在混凝土内部传输过程的离散性及混凝土材料的非均质性,从基础物理过程出发,介绍了对流和扩散的基本理论,建立了氯离子在非饱和混凝土中的传输模型,并采用有限差分格式进行计算。(2)通过运用傅氏分析法分别对氯离子传输非稳态多动力模型式及扩散模型的差分格式的稳定性进行讨论,确定了差分格式的稳定性条件。(3)采用干湿循环和喷淋实验方法模拟自然状态下的氯离子在混凝土中侵蚀,通过显色法及化学滴定法进行氯离子在混凝土内的分布研究,通过对氯离子表面浓度进行数据拟合,确定了不同环境条件下的模型边界条件。(4)对干湿交替条件下混凝土中氯离子侵蚀过程分段分析,并利用实际工程检测数据对模型进行验证,比较了实验结果及模型计算结果,利用统计特征分析及计算值与实测值的相关性分析手段对结果进行分析,结果表明计算值与实测值吻合较好。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
第1章绪论  9-18
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-15
    1.2.1 氯离子侵蚀规律研究现状  10-11
    1.2.2 国外学者的修正模型  11-14
    1.2.3 国内学者的修正模型  14-15
  1.3 目前研究工作存在的问题  15-16
  1.4 本文研究内容  16-18
第2章氯离子在混凝土中的传输机理及计算模型  18-33
  2.1 氯离子在固体材料中的传输机制  18-24
    2.1.1 扩散  18-21
    2.1.2 对流  21-22
    2.1.3 毛细作用  22-23
    2.1.4 吸附  23
    2.1.5 电迁移  23-24
  2.2 氯离子的侵入混凝土方式与作用机理  24-25
    2.2.1 氯离子的侵入方式  24
    2.2.2 氯离子的作用机理  24-25
  2.3 混凝土含水状态对传输过程的影响  25-28
    2.3.1 饱和状态  26-27
    2.3.2 非饱和状态  27-28
  2.4 非稳态多动力氯离子的传输模型  28-32
    2.4.1 对流区深度△x取值  29-30
    2.4.2 混凝土浅层区域氯离子传输非稳态多动力模型  30-31
    2.4.3 扩散临界面边界点氯离子浓度  31
    2.4.4 混凝土深层扩散模型  31-32
    2.4.5 干湿循环条件下混凝土内氯离子侵蚀模型的建立  32
  2.5 本章小结  32-33
第3章氯离子传输模型的数值解法  33-39
  3.1 混凝土浅层区域中传输非稳态多动力模型的数值解法  33-34
  3.2 混凝土深层区域中传输模型的数值解法  34-35
  3.3 差分格式的稳定性讨论  35-38
    3.3.1 非稳态多动力传输模型差分格式稳定性条件  35-37
    3.3.2 扩散模型差分格式稳定性条件  37-38
  3.4 有限差分格式的Matlab计算  38
  3.5 本章小结  38-39
第4章室内试验  39-54
  4.1 室内实验Ⅰ——模拟水下区及水位变动区环境条件  39-47
    4.1.1 变边界条件处理  40-42
    4.1.2 氯离子扩散系数修正模型  42-43
    4.1.3 渗透速度时变模型  43-47
  4.2 室内实验Ⅱ——模拟浪溅区环境条件  47-52
    4.2.1 变边界条件处理  48-50
    4.2.2 渗透速度时变模型  50-52
  4.3 不同暴露环境条件下边界条件时变模型  52
  4.4 不同水位区氯离子的渗透速度时变模型  52-53
  4.5 本章小结  53-54
第5章氯离子在混凝土中传输模型验证  54-65
  5.1 验证例Ⅰ——华南海港钢筋混凝土暴露十年试验  54-62
    5.1.1 水下区模型验证  54-56
    5.1.2 水位变动区模型验证  56-59
    5.1.3 浪溅区模型验证  59-62
  5.2 验证例Ⅱ——浪溅区防撞墙不同断面氯离子含量模型验证  62-64
    5.2.1 对流区深度△x确定  62
    5.2.2 混凝土浅层氯离子传输非稳态多动力模型验证  62-63
    5.2.3 混凝土深层氯离子传输扩散模型验证  63
    5.2.4 计算结果分析  63-64
  5.3 本章小结  64-65
第6章总结与展望  65-67
  6.1 总结  65-66
  6.2 展望  66-67
参考文献  67-72
附录  72-77
  附录一: 渗透速度求解程序  72-73
  附录二: 氯离子传输非稳态多动力模型求解程序  73-74
  附录三: Fick模型求解程序  74-77
致谢  77-78
攻读硕士期间参与科研及发表论文情况  78

氯离子在混凝土中的传输机理研究

内容摘要

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