服役荷载对滨海混凝土桥梁碳化与氯离子侵蚀影响规律研究

论文摘要

钢筋混凝土桥梁结构的耐久性问题日益成为当今世界普遍关注的问题。桥梁在运营过程中,不仅要经受荷载的长期作用,还要经受环境的威胁,如碳化,氯离子侵蚀,冻融,硫酸盐侵蚀等。荷载和环境的双重影响将导致混凝土结构发生材料老化和结构损伤,特别是对于滨海环境下的桥梁结构,由于海洋环境的复杂性,混凝土结构很容易发生使用性能劣化、承载力下降以及耐久性能降低。因此,对经受荷载作用下的混凝土结构开展耐久性能研究,对其结构的合理设计和分析是至关重要的。本课题以山东省自然科学基金（2009ZRB019HD）“基于机械损伤的海工混凝土耐久性机理研究”为依托,对混凝土结构进行了不同形式荷载作用下的碳化和氯离子侵蚀性能的相关研究。通过对混凝土施加长期和短期两种形式的轴拉和轴压荷载,测定混凝土碳化后的CaCO3含量以及氯离子侵蚀后的氯离子百分含量等,分析了混凝土在经受荷载作用下的耐久性规律,并根据实验室所得的相关参数,进一步预测实际环境中桥梁结构的耐久性寿命。试验结果表明:混凝土在经受轴拉荷载作用时,其耐久性能随着荷载水平以及水胶比的增大而降低;当混凝土处于长期轴拉荷载作用下时,其耐久性要远远低于短期轴拉荷载作用以及不加载的情况。混凝土处于长期轴压荷载作用下时,混凝土耐久性根据荷载水平的大小不同呈现一定的规律性:压应力水平为0.35时,碳化深度和氯离子含量均小于未加载的;而压应力水平为0.75时,试件的碳化深度和氯离子含量大于未加载的。当压应力水平介于0.35和0.75之间时,由于混凝土内部的集料—水泥浆体的界面裂缝的不稳定性,导致该压应力水平阶段作用下的混凝土耐久程度有一定跳跃性。对比两种荷载作用形式,得出的结论是:对于相同配合比的混凝土,在相同应力水平的荷载作用下时,其经受轴拉荷载作用的耐久性能要远远低于轴压荷载作用的。可见,荷载形式对混凝土耐久性能有很大影响。最后根据实验室所测得的相关参数对青岛市滨海路桥进行寿命预测,预测结果是碳化对混凝土的耐久性影响较小,而氯离子侵蚀是影响混凝土耐久性的主要因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 混凝土碳化研究现状
• 1.2.1 混凝土基于材料方面的碳化研究
• 1.2.2 考虑荷载影响的混凝土碳化研究
• 1.3 混凝土氯离子侵蚀研究现状
• 1.3.1 混凝土基于材料方面的氯离子扩散研究
• 1.3.2 考虑荷载影响的混凝土氯离子侵蚀研究
• 1.4 本论文的研究目的和研究内容
• 第二章 混凝土碳化和氯离子侵蚀相关理论
• 2.1 混凝土碳化相关理论
• 2.1.1 混凝土的中性化及碳化机理
• 2.1.2 混凝土碳化的影响因素
• 2.1.3 碳化对混凝土的影响
• 2.1.4 混凝土的碳化模型
• 2.2 混凝土氯离子侵蚀相关理论
• 2.2.1 混凝土中的氯离子来源及引起钢筋锈蚀的机理
• 2.2.2 氯离子侵入混凝土的方式
• 2.2.3 影响氯离子侵入混凝土的因素
• 2.2.4 混凝土结构使用寿命预测理论
• 第三章 试验方法
• 3.1 原材料及配合比
• 3.2 试件设计
• 3.3 混凝土加载试验方法
• 3.3.1 混凝土轴拉加载试验方法
• 3.3.2 混凝土轴压加载试验方法
• 3.4 混凝土耐久性试验方法
• 3.4.1 混凝土快速碳化试验
• 3.4.2 碳化深度测定方法
• 3.4.3 碳酸钙含量的测定方法
• 3.4.4 混凝土快速氯离子侵蚀试验
• 3.4.5 氯离子含量测定方法
• 第四章 荷载作用下混凝土碳化性能及寿命预测
• 3 含量分布规律及分析'>4.1 荷载作用下混凝土CaCO₃含量分布规律及分析
• 3 含量分布规律及分析'>4.1.1 轴拉荷载作用下混凝土CaCO₃含量分布规律及分析
• 3 含量分布规律及分析'>4.1.2 轴压荷载作用下混凝土CaCO₃含量分布规律及分析
• 4.2 混凝土碳化寿命预测
• 4.2.1 用Boltzmann 函数分析碳化深度值
• 2 气体扩散系数的确定'>4.2.2 快速碳化CO₂气体扩散系数的确定
• 4.2.3 基于机械损伤的混凝土结构碳化寿命预测
• 4.3 本章小结
• 第五章 荷载作用下混凝土氯离子侵蚀性能及寿命预测
• 5.1 荷载作用下混凝土氯离子含量分布规律及分析
• 5.1.1 轴拉荷载作用下混凝土氯离子侵蚀规律及分析
• 5.1.2 轴压荷载作用下混凝土氯离子侵蚀规律及分析
• 5.2 基于机械损伤的混凝土结构氯离子侵蚀寿命预测
• 5.2.1 临界氯离子浓度的确定
• 5.2.2 氯离子扩散系数的计算
• 5.2.3 氯离子寿命预测模型
• 5.2.4 基于机械损伤的混凝土结构氯离子侵蚀寿命预测
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文及参与的科研项目
• 致谢