服役混凝土的耐久性 ——抗碳化性能研究

论文摘要

本课题来自国家自然基金项目《服役混凝土的耐久性研究》,项目批准号：51068023。众所周知,混凝土的耐久性受三大因素制约：①材性；②孔结构（毛细孔通道）；③腐蚀介质。现行测试混凝土耐久性的方法是以纯材料形式进行的,其测试时的材性因素和腐蚀介质因素可以与实际一致,但孔结构与实际不符,因为服役混凝土在结构中是要承受荷载的,承受荷载后的孔结构是会发生很大变化的。因此,用纯材料形式测出来的混凝土耐久性可能与实际服役混凝土的相去甚远。要解决服役混凝土耐久性测试问题,首先必须解决如何在实验室里模拟服役混凝土受载,使得混凝土测试试件的孔结构与服役混凝土的相当,并能简单方便地进行后续耐久性能测试的问题。因此,本课题对测试试件的加载方式及加载制度做了详细的研究。采用了先加载后测试,加载-卸载循环进行的加载方式。得出的加载制度为：加载和卸载速度为0.5MPa/s,恒载时间为120s,加载-卸载循环次数为3次。经检验,卸载后的测试试件基本保留了受载时的孔结构状态。此外,得出了服役混凝土孔结构与应力水平的关系。通过压汞法测得了混凝土孔结构相关特征参数和孔径分布规律,随着应力水平的增大,孔隙率先减小后增大,当应力水平达到40%以上时,有害孔明显增加。相对于“纯材料”混凝土,服役混凝土的孔结构状态发生了很大变化。对服役混凝土的抗碳化性能进行了研究,探明了服役混凝土抗碳化性能的规律,结果表明服役混凝土的抗碳化性能大概只有“纯材料”混凝土的80%,并且不同强度等级的混凝土在40%-60%应力水平作用下,其抗碳化性能基本相近。此外,对服役混凝土的碳化模型进行了探讨,模拟了C20与C40混凝土的碳化影响系数：Kσ=1.0-0.3088σ+0.7384σ2（C20）,Kσ=1.0+0.5574σ+0.9219σ2（C40）,综合碳化深度预测模型是D=KtKRHKCO2 KσKC（?）,模拟误差率小于5%。本课题研究成果为今后能较准确地设计和预估混凝土结构寿命奠定了坚实基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 课题提出的背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 混凝土耐久性国内外研究现状
• 1.2.1 混凝土的耐久性研究现状
• 1.2.2 荷载作用下混凝土的耐久性研究现状
• 1.2.3 混凝土孔结构与耐久性关系的研究现状
• 1.2.4 混凝土的抗碳化性能研究现状
• 1.3 目前耐久性研究存在的缺陷
• 1.4 本课题研究的主要内容及解决问题
• 1.5 本章小结
• 第2章 原材料及试验技术路线
• 2.1 原材料及混凝土强度等级确定
• 2.1.1 水泥
• 2.1.2 粗细骨料、拌合用水及外加剂
• 2.1.3 混凝土强度等级与配合比设计
• 2.1.4 试块制作
• 2.2 试验技术路线
• 第3章 模拟服役混凝土受载试验
• 3.1 模拟服役混凝土的加载方式研究
• 3.2 模拟服役混凝土的加载制度研究
• 3.2.1 加载制度研究方案
• 3.2.2 加载制度研究过程
• 3.2.3 应力-应变曲线
• 3.2.4 加载制度研究试验结果及分析
• 3.3 确定加载方式的有效性
• 3.3.1 加载方式的有效性研究方案
• 3.3.2 加载方式的有效性及模拟精度研究试验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 服役混凝土孔结构与应力水平的关系
• 4.1 混凝土的孔结构
• 4.2 孔结构规律研究试验
• 4.2.1 压汞法
• 4.2.2 电镜扫描
• 4.2.3 吸水法
• 4.3 本章小结
• 第5章 服役混凝土的抗碳化性能试验
• 5.1 混凝土的碳化
• 5.1.1 混凝土的碳化机理
• 5.1.2 服役混凝土的碳化原理
• 5.1.3 服役混凝土碳化试验方案
• 5.2 碳化试验
• 5.2.1 试验仪器及辅助试验工具及材料
• 5.2.2 加速碳化试验过程
• 5.2.3 碳化深度的测定
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 碳化混凝土试件碳化界面
• 5.3.2 混凝土的碳化深度与应力水平的关系
• 5.3.3 混凝土的孔结构与抗碳化性能的关系
• 5.4 碳化深度模型预测
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 进一步的工作展望
• 致谢
• 参考文献