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氯离子侵蚀环境下的混凝土耐久性研究

作　者: 刘莹
导　师: 蔺石柱
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 混凝土耐久性 氯离子扩散系数 数值模拟 Fick第二扩散定律
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


钢筋混凝土结构是目前建筑工程的主要结构形式,因此,混凝土的耐久性研究具有很强的现实意义。钢筋腐蚀是影响混凝土耐久性的主要因素,氯离子又是导致钢筋腐蚀的主要原因,而处于海洋及除冰盐等氯侵蚀环境下由于氯离子侵入造成的混凝土结构破坏是最严重的。本文在综合分析国内外相关研究成果的同时,采用理论分析与工程实测数据分析相结合的方法,围绕氯离子侵蚀环境中混凝土结构的耐久性进行了系统的研究,其主要研究内容如下:本文以Fick第二扩散定律为基础,考虑混凝土结构在不同氯侵蚀环境下,氯离子扩散受到多种因素的影响,建立了综合氯离子扩散系数的时间依赖性及其它影响因素下的改进氯离子扩散模型,并对模型参数的选取和确定进行了深入讨论。运用工程实测数据对所提出的改进模型进行了对比分析。考虑到混凝土氯离子扩散系数以及表面氯离子浓度两者随时间而变化,很难从Fick第二扩散定律中得到关于Cl-扩散过程的解析解。因此,文中采用COMSLOL有限元软件中Diffusion模块对氯离子扩散过程进行数值模拟,将预测结果与实测试验结果相比较,结果表明该方法是一种行之有效的氯离子扩散分析方法。考虑实际环境中氯离子扩散受时间因素及不同氯侵蚀环境因素影响,分别对不同侵蚀环境、不同水灰比及不同龄期下的混凝土氯离子扩散进行模拟,结果表明选取合适的时间依赖指数m对氯离子侵蚀环境下结构的耐久性分析是至关重要的,为分析近海和除冰盐环境下结构混凝土中氯离子浓度分布提出了一种新的预测方法。综合以上分析内容,考虑不同环境、不同自然因素对混凝土耐久性的影响,本文提出拟建结构在氯离子侵蚀环境下耐久性设计思想和设计方法,完善了混凝土耐久性设计理论。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-19
  1.1 课题的研究背景及研究意义  10-12
  1.2 氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久性研究现状  12-17
  1.3 氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久性研究存在的问题  17-18
  1.4 本文主要工作内容  18-19
2 多重因素影响下混凝土氯离子扩散方程  19-26
  2.1 现有的氯离子扩散模型  19
  2.2 氯离子扩散系数的影响因素  19-21
  2.3 考虑各种影响因素对氯离子扩散系数的修正  21-23
    2.3.1 考虑时间效应影响的修正  21-22
    2.3.2 考虑劣化效应影响的修正  22
    2.3.3 考虑应力和开裂状态的修正  22
    2.3.4 考虑环境条件影响的修正  22-23
  2.4 改进氯离子扩散模型的提出  23
  2.5 改进氯离子扩散模型的验证分析  23-25
  2.6 小结  25-26
3 混凝土中氯离子扩散数值模拟  26-43
  3.1 COMSOL v3.5 数值模拟的基本原理  26-32
    3.1.1 软件简介  26-27
    3.1.2 氯离子扩散方程的差分格式  27-31
    3.1.3 氯离子扩散数值模拟建模过程  31-32
  3.2 混凝土试件氯盐侵蚀试验结果的数值模拟  32-37
    3.2.1 拉应力影响下试件侵蚀结果的模拟  32-34
    3.2.2 压应力影响下试件侵蚀结果的模拟  34-37
  3.3 氯盐侵蚀环境下Cl~-扩散数值模拟  37-41
    3.3.1 氯离子扩散系数和混凝土表面氯离子浓度考虑时间效应的取值  37-38
    3.3.2 除冰盐情况下混凝土中氯离子扩散数值模拟  38-40
    3.3.3 海上盐雾区混凝土中氯离子扩散数值模拟  40-41
  3.4 小结  41-43
4 氯离子侵蚀环境下混凝土结构的耐久性设计  43-50
  4.1 混凝土结构耐久性设计的概念和意义  43
  4.2 混凝土结构工作环境的划分  43-44
  4.3 氯离子侵蚀环境下混凝土结构的耐久性等级  44
  4.4 混凝土结构在氯离子环境下耐久性设计方法  44-48
    4.4.1 氯离子在混凝土中的扩散特性与改进新模型的推导  44-46
    4.4.2 Cl~-环境下混凝土结构耐久性设计方法  46-48
  4.5 氯离子侵蚀环境下耐久性设计内容  48-49
  4.6 小结  49-50
结论  50-51
参考文献  51-54
在学研究成果  54-55
致谢  55

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 混凝土结构、钢筋混凝土结构 > 钢筋混凝土结构
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