硫酸根离子、氯离子环境中混凝土复合损伤及离子扩散性能研究

论文摘要

海洋、盐湖、盐渍土及地下环境中往往出现SO42-及Cl-等有害离子共存的现象，在这些环境中混凝土结构往往会遭受多种腐蚀介质的共同作用。另外，实际工程中混凝土结构是在荷载作用下工作运行的，所以还必须考虑应力作用与环境中有害离子腐蚀作用的耦合效应。这些耦合效应将导致混凝土出现复合损伤并对有害离子在混凝土内扩散性能的变化产生影响。因此，本文拟对SO42-、Cl-环境中混凝土出现的复合损伤、损伤机理以及有害离子在混凝土内部的扩散性能进行研究，并对SO42-环境以及SO42-、Cl-环境中混凝土的应力腐蚀进行了探讨。具体工作如下：1、采用宏观试验方法对比研究了SO42-单因素腐蚀机制、Cl-单因素腐蚀机制以及SO42-、Cl-共同腐蚀机制中混凝土在试验腐蚀龄期内的宏观力学性能变化。研究表明：Cl-存在对于共同腐蚀环境中混凝土前期的强度发展有利；而且Cl-浓度越高，这种作用就越明显。2、采用微观试验方法—X射线衍射分析方法（XRD），分析研究了Cl-单因素侵蚀效应、SO42-单因素侵蚀效应以及SO42-、Cl-共同侵蚀效应下混凝土的侵蚀产物，并基于此解释了共同腐蚀环境中混凝土出现宏观力学性能变化的原因。3、进行了SO42-、Cl-共同腐蚀环境中混凝土内部离子扩散性能试验。研究表明：在试验腐蚀龄期内，SO42-、Cl-共同腐蚀效应能够阻滞Cl-及SO42-在混凝土内部的扩散。4、基于Fick第二定律，并考虑了SO42-、Cl-与混凝土中水泥水化产物反应所产生的浓度消耗，分别建立了共同腐蚀效应下SO42-、Cl-二维自由扩散—反应模型，采用有限差分法对此模型进行求解，并利用扩散试验结果对模型进行了验证及修正。研究表明：扩散模型的数值模拟结果与扩散试验结果能较好符合。5、设计了多种应力水平的弯拉应力作用下的共同腐蚀机制，并对这些机制中混凝土产生的复合损伤进行了宏观试验研究。研究表明：应力存在会加速了SO42-侵蚀以及SO42-、Cl-共同侵蚀；应力水平越大，这种加速作用越明显。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 耐久性问题工程研究背景
• 1.2 腐蚀环境中混凝土的侵蚀机理
• 1.2.1 混凝土硫酸盐侵蚀机理
• 1.2.2 混凝土氯盐侵蚀机理
• 1.2.3 混凝土应力腐蚀机理
• 1.3 腐蚀环境中混凝土复合损伤国内外研究现状
• 1.3.1 离子扩散研究现状
• 1.3.2 复合损伤研究现状
• 1.4 本文研究的意义、主要内容及技术路线
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.4.3 技术路线
• 4^2-、Cl^-共同腐蚀效应宏观试验研究'>第二章 SO₄^2-、Cl^-共同腐蚀效应宏观试验研究
• 2.1 试验介绍
• 2.1.1 试验目的
• 2.1.2 试验材料
• 2.1.3 试件制备
• 2.1.4 试验方案
• 2.2 试验结果及分析
• -单因素侵蚀对混凝土宏观力学性能影响'>2.2.1 Cl^-单因素侵蚀对混凝土宏观力学性能影响
• 4^2-、Cl^-共同腐蚀作用下 Cl^-对混凝土宏观力学性能影响'>2.2.2 SO₄^2-、Cl^-共同腐蚀作用下 Cl^-对混凝土宏观力学性能影响
• 4^2-、Cl^-共同腐蚀作用下 SO₄^2-对混凝土宏观力学性能影响'>2.2.3 SO₄^2-、Cl^-共同腐蚀作用下 SO₄^2-对混凝土宏观力学性能影响
• 2.3 本章小结
• 4^2-、Cl^-共同腐蚀效应微观机理分析'>第三章 SO₄^2-、Cl^-共同腐蚀效应微观机理分析
• 3.1 试验介绍
• 3.1.1 试验目的
• 3.1.2 试验方法
• 3.1.3 XRD原理
• 3.1.4 试验方案
• 3.1.5 样品制备
• 3.2 试验结果分析
• 3.3 本章小结
• 4^2-、Cl^-共同腐蚀效应下混凝土离子扩散性能试验研究'>第四章 SO₄^2-、Cl^-共同腐蚀效应下混凝土离子扩散性能试验研究
• 4.1 试验介绍
• 4.1.1 试验目的
• 4.1.2 试验材料
• 4.1.3 试件制备
• 4.1.4 试验方案
• 4.1.5 离子含量测定
• 4.2 试验结果及分析
• -存在对 SO₄^2-在混凝土内部扩散性能的影响'>4.2.1 共同腐蚀效应下 Cl^-存在对 SO₄^2-在混凝土内部扩散性能的影响
• 4^2-存在对 Cl^-在混凝土内部扩散性能的影响'>4.2.2 共同腐蚀效应下 SO₄^2-存在对 Cl^-在混凝土内部扩散性能的影响
• 4.3 本章小结
• 4^2-、Cl^-共同腐蚀效应下混凝土内部离子二维扩散—反应模型建立及验证'>第五章 SO₄^2-、Cl^-共同腐蚀效应下混凝土内部离子二维扩散—反应模型建立及验证
• 5.1 模型提出的背景
• 5.2 扩散—反应模型建立
• 5.2.1 扩散定律
• 4^2-、Cl^-浓度的化学方程'>5.2.2 影响 SO₄^2-、Cl^-浓度的化学方程
• 4^2-、Cl^-二维定系数自由扩散—反应模型推导'>5.2.3 （考虑化学反应消耗的）SO₄^2-、Cl^-二维定系数自由扩散—反应模型推导
• 5.3 扩散反应模型数值求解
• 5.3.1 求解方法
• 5.3.2 扩散—反应模型求解
• 5.4 扩散—反应模型试验验证
• 4^2-、Cl^-共同侵蚀效应下 Cl^-自由扩散—反应模型试验验证及修正'>5.4.1 SO₄^2-、Cl^-共同侵蚀效应下 Cl^-自由扩散—反应模型试验验证及修正
• 4^2-、Cl^-共同侵蚀效应下 SO₄^2-自由扩散—反应模型试验验证及修正'>5.4.2 SO₄^2-、Cl^-共同侵蚀效应下 SO₄^2-自由扩散—反应模型试验验证及修正
• 5.5 本章小结
• 4^2-、Cl^-)共同腐蚀效应下宏观试验研究'>第六章 应力与有害离子(SO₄^2-、Cl^-)共同腐蚀效应下宏观试验研究
• 6.1 试验介绍
• 6.1.1 试验目的
• 6.1.2 试验材料
• 6.1.3 试件制备
• 6.1.4 应力施加装置设计
• 6.1.5 试验方案
• 6.2 试验结果及分析
• 4^2-共同作用对混凝土宏观力学性能影响'>6.2.1 应力、SO₄^2-共同作用对混凝土宏观力学性能影响
• 4^2-、Cl^-共同作用对混凝土宏观力学性能影响'>6.2.2 应力、SO₄^2-、Cl^-共同作用对混凝土宏观力学性能影响
• -对三因素(应力、SO₄^2-、Cl^-)共同腐蚀效应的影响'>6.2.3 Cl^-对三因素(应力、SO₄^2-、Cl^-)共同腐蚀效应的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献