慕儒[1]2000年在《冻融循环与外部弯曲应力、盐溶液复合作用下混凝土的耐久性与寿命预测》文中认为耐久性是高性能混凝土最重要的指标,当今有关混凝土耐久性国内外已有大量的研究报导,并不断取得新成果和新经验,对改善混凝土耐久性提出了若干有效的方法。但是随着材料科学与工程技术的发展,使用条件的苛刻,有很多重大问题仍远未解决,其中关键问题之一是混凝土耐久性评估和寿命预测,对此通常只能根据经验进行估计。一般情况下,实验室对混凝土各种耐久性因素进行独立的研究,提取各种耐久性因素对混凝土的损伤规律。实际上混凝土的破坏常常是各种物理、化学和力学因素交杂在一起相互作用,促进和加速了混凝土劣化和失效过程。根据单因素损伤作用研究结果来分析实际工程中多因素损伤作用下混凝土的耐久性问题,得到的结果往往是不客观的,难以准确反应工程实际,无法准确预测工程寿命。针对上述混凝土耐久性研究中存在的关键技术和理论问题,本文设计了混凝土在冻融循环单独作用或与外部弯曲应力、氯化钠溶液、硫酸钠溶液等因素复合作用下的耐久性试验方法; 研制了适用于冻融循环过程中对混凝土试件能准确加载的设备; 通过大量系统试验总结了混凝土的双重和多重破坏因素作用下的损伤规律与损伤复合效应; 通过试验与理论分析,提出了多因素损伤过程中混凝土的重量损失、相对动弹性模量损失的双指标损伤模型; 总结了引气、钢纤维对损伤的抑制及钢纤维与引气双掺抑制损伤的复合效应; 根据试验和分析结果提出了基于快速试验方法的预测混凝土使用寿命的方程和步骤。主要研究结果如下:冻融循环单因素损伤:为了分析分析双重与多重因素损伤下混凝土的损伤复合效应,本文进行了C40、C60、C80 混凝土(NPC)的冻融循环单因素损伤试验,结果表明,混凝土的冻融破坏是一个由致密到疏松的物理演变过程,其中水灰比依然是重要的影响因素,水灰比减小,混凝土抗冻性增强。应力与冻融循环双重破坏因素作用下,外部弯曲应力加速了混凝土在冻融循环过程中的相对动弹性模量损伤速度,应力比越高,损伤速度越快。应力不仅使损伤劣化加速,而且使破坏形态呈现出突然断裂的脆性特征。混凝土在溶液中快速冻融的试验结果表明,3.5%的氯化钠溶液和5.0%的硫酸钠溶液对混凝土损伤有不同的影响规律。其共同点在于两种溶液均降低冰点,冻融破坏得到缓和; 不同点有:一是对于硫酸钠溶液,经过300 次冻融循环以后,硫酸盐的侵蚀作用得到发挥,导致混凝土相对动弹性模量下降加速,损伤加剧,而在氯化钠溶液中冻融后期没有损伤加剧的现象,二是重量损失,混凝土在3.5%的氯化钠溶液中冻融,表面剥落非常严重,重量损失远远大于在水中的情况,
张建业[2]2007年在《在冻融循环作用下绿色高耐久性混凝土的损伤失效过程及损伤抑制》文中进行了进一步梳理绿色高耐久性混凝土(Green high durable concrete,GHDC),是近年来在绿色高性能混凝土(GHPC)、高性能膨胀混凝土、混杂纤维增强混凝土的基础上,开发的一种既具有高耐久性(高的抗渗性、抗冻性及抗腐蚀性)、高工作性和经济适用性,又具有保护环境、节约能源、有益于社会可持续发展的新型混凝土。本文首先制备了7大系列19组配合比的混凝土,并依据塑性收缩开裂试验的结果,优选出GHDC的典型配合比,制备出不同强度等级的GHDC。针对当前混凝土耐久性的研究动态,在冻融循环作用、35%外部弯曲应力、NaCl溶液侵蚀、MgSO4溶液侵蚀、(MgCl2和Na2SO4 )复合溶液侵蚀等因素作用下,进行了混凝土在单一冻融、双重(冻融+35%弯曲应力、冻融+10%NaCl、冻融+5%MgSO4、冻融+5%MgCl2+5%Na2SO4)因素作用和多重(冻融+35%弯曲应力+10%NaCl、冻融+35%弯曲应力+5%MgSO4、冻融+35%弯曲应力+5%MgCl2+5%Na2SO4)因素作用下的抗冻性试验。主要研究了大掺量矿物掺和料(粉煤灰、矿渣和硅灰)、水胶比、外加剂(高效引气剂、膨胀剂)多元复合,纤维混杂增强、腐蚀溶液和外部弯曲应力等因素对混凝土冻融损伤产生的影响,并分析冻融损伤的发生、发展和抑制规律,对抑制混凝土冻融损伤的规律进行了实验研究。主要得出如下结论:(1) 35%外部弯曲应力加速了混凝土的冻融劣化过程和冻融损伤程度,在实际工程混凝土使用环境中应充分重视应力的作用。(2)混凝土在盐溶液中的双重及多重因素冻融损伤程度均低于单一冻融因素损伤的程度;混凝土在不同盐环境下的冻融寿命长短依次是:复合溶液(5%MgCl2+5%Na2SO4 )﹥5%MgSO4﹥10%NaCl。(3)水胶比减小和大掺量矿物掺和料(粉煤灰+矿渣+硅灰),对在(冻融+10%NaCl)和(冻融+5%MgSO4)双重因素作用下抑制混凝土冻融损伤的效果不显著;对在单一冻融因素、(冻融+应力)和(冻融+复合溶液)作用下,可以显著改善混凝土的抗冻性和抗腐蚀性,混凝土的抗冻性和抗腐蚀性都得到一定程度的改善。(4)外加剂(膨胀剂+引气剂)与混杂纤维增强的多元复合产生了抑制冻融损伤的复合效应,抑制混凝土冻融损伤的效果非常明显,使混凝土抵抗冻融损伤的能力更强,使混凝土抗冻融损伤的寿命大大提高。(5)通过实验数据的回归分析,获得了试验条件下混凝土冻融损伤失效过程的数学模型。(6)实际应用中,应根据各种措施的特点,对于不同冻融损伤环境选用不同的措施,掺加不同的外加剂,采用合适的纤维混杂比例,以达到抑制冻融损伤、提高混凝土抗冻性的最佳效果。
金祖权[3]2006年在《西部地区严酷环境下混凝土的耐久性与寿命预测》文中指出我国西部地区(特别是盐湖地区)广泛存在高浓度的氯、硫酸根、镁等多种有害离子,以及干冷、干热的严酷气候条件,导致当地混凝土损伤劣化速度明显高于我国其它地区。本文在详细调研的基础上,建立了复合因素作用下混凝土耐久性试验系列新方法和加载系统,依据我国西部地区环境特点,对混凝土承受的损伤劣化因素进行了模拟。在耐久性试验研究的基础上,研究了不同系列混凝土在硫酸盐-氯盐-镁盐-弯曲荷载的单一,双重和多重破坏因素作用下的损伤失效过程和演变规律,建立了反映力学、环境因素与混凝土类型的损伤劣化演化方程。研究了混凝土在氯盐-硫酸盐-镁盐-弯曲荷载单一,双重和多重破坏因素下的氯离子扩散规律,并剖析了不同类型混凝土在不同腐蚀环境下对氯离子结合能力及规律。为提高结构混凝土服役寿命,又基于青海盐湖卤水中混凝土损伤失效和抗氯离子扩散研究,对青海盐湖严酷环境使用的混凝土进行了优选和优化。在耐久性试验研究的基础上,结合理论分析和微观测试手段,深入剖析了混凝土在硫酸盐-氯盐复合溶液中,硫酸盐对混凝土氯离子扩散的影响规律和机理,建立了混凝土氯离子扩散系数与硫酸盐浓度、氯盐浓度,时间相关的理论模型;采用XRD-TG-DSC定量分析了不同腐蚀溶液、腐蚀时间下的腐蚀产物;系统分析了混凝土在硫酸盐-氯盐复合溶液中的微观、细观和宏观结构演变过程。计算了混凝土硫酸盐-氯盐腐蚀下的微膨胀应力和混凝土临界抗拉强度,建立了混凝土在硫酸盐-氯盐腐蚀下的裂纹形成准则。并以Fick第一定律为基础,综合考虑弯曲荷载、粉煤灰掺量、养护龄期、保护层厚度、温度等综合因素的影响建立了我国西部地区大气环境中基于碳化为主的结构混凝土寿命预测新方程;以Fick第二定律为基础,综合弯曲荷载,混凝土对氯离子的结合能力,特别是荷载-硫酸盐-氯盐的交互作用,建立了多重破坏因素作用下结构混凝土的寿命预测新模型。 (1)复合因素作用下混凝土耐久性试验系列新方法的建立 本文采用浸泡与浸烘循环两种腐蚀制度。以不同浓度的单一硫酸钠、硫酸镁或氯化钠溶液;不同浓度的硫酸盐溶液与固定浓度的氯盐溶液复合;不同浓度的氯盐溶液与固定浓度的硫酸盐溶液复合;青海盐湖卤水溶液为腐蚀溶液。使用新设计的加载体系对混凝土施加不同荷载率的弯曲荷载。采用水溶法和酸溶法测试混凝土中自由氯离子和总氯离子浓度,连续测定混凝土相对动弹性模量和重量损失以及膨胀率变化。以此研究混凝土在单一、双重和多重破坏因素作用下的氯离子扩散规律和结构混凝土损伤失效全过程。 (2)复合环境因素下结构混凝土损伤失效与氯离子扩散规律研究本文重点研究了硫酸盐-氯盐-镁盐单一、双重和多重环境因素下结构混凝土的损伤失效全过程和氯离子扩散规律。结果表明:混凝土在单一硫酸钠、硫酸镁溶液中,其损伤失效过程均包括三个阶段:性能发展段、稳定段和性能劣化段。其主要破坏形式是因膨胀而引起混凝土开裂剥落而导致破坏。混凝土在硫酸盐-氯盐复合溶液中,腐蚀溶液中因氯盐存在和扩散不引起混凝土自身损伤,相反延缓了混凝土的硫酸盐损伤程度;腐蚀初期复合溶液中因硫酸盐存在降低了Cl-在混凝土中的扩散速度(即降低了混凝土的氯离子扩散系数);而腐蚀后期情况则相反。混凝土在硫酸镁-氯盐复合溶液中,腐蚀初期因硫酸根离子和镁离子复合作用,提高了混凝土的抗氯离子扩散能力,且提高程度大于同浓度硫酸盐的作用;后期混凝土损伤劣化程度和其氯离子扩散系数均高于同浓度的硫酸盐作用。混凝土在青海盐湖卤水中腐蚀,其破坏形态是以镁盐为主的剥落型破坏和以硫酸根离子导致膨胀为辅的损伤失效形式。其损伤失效过程和氯离子扩散趋势与混凝土在硫酸镁-氯盐复合溶液作用下的演化趋势一致。混凝土对氯离子扩散过程中的结合,使其氯离子扩散系数降低到原来的1 /(1+ K),混凝土服役寿命相应提高。复合溶液中硫酸盐存在降低了混凝土的氯离子结合能力,且结合能力随外界硫酸盐
黄鹏飞[4]2004年在《钢筋混凝土在环境腐蚀与弯曲荷载协同作用下的损伤失效研究》文中研究表明地处寒冷地区的钢筋混凝土梁构件往往处于环境腐蚀与弯曲荷载协同作用下的损伤状态，较常见的是处于盐冻循环、钢筋锈蚀与弯曲荷载协同作用的情况下，目前国内外尚无针对这种情况进行模拟试验的现成试验装置可用，因此本研究自行研制了一套钢筋混凝土服役期内环境性能评价的试验装置及方法，通过测量损伤演变过程中钢筋混凝土动弹性模量、钢筋应变和混凝土应变的变化，可较好地探索模拟工程实际中钢筋混凝土梁构件在这种环境腐蚀与弯曲荷载协同作用下的损伤演变过程。主要成果有： (1) 盐酸腐蚀研究表明，混凝土抗盐酸腐蚀能力主要取决于腐蚀性离子在混凝土中的扩散性，而扩散性主要依赖于混凝土微观结构和流体特性。总的来说，化学反应速率快于扩散速率。氯离子溶解于水中加速了氢氧化钙滤出的速率，从而增大了混凝土的孔隙率和孔径，导致混凝土强度和刚度的衰减。试验数据分析表明，(ⅰ) 混凝土损伤程度可表示为盐酸溶液浓之度的函数；(ⅱ) 采用相对动弹性模量这一指标可较好地对混凝土受盐酸腐蚀后的刚度衰减情况进行无损评价，为后续的环境腐蚀试验研究确定了一种无损评价指标。 (2) 揭示了钢筋混凝土在盐冻循环、钢筋锈蚀与弯曲荷载协同作用下的几个主要特性：(ⅰ) 损伤速率随因素的叠加而增大，特别是弯曲荷载对盐冻循环和钢筋锈蚀协同作用下的钢筋混凝土的损伤有明显的促进作用。(ⅱ) Ⅰ级粉煤灰掺量为30％的高强混凝土(C60A)与强度相同但不掺粉煤灰的高强混凝土(C60B)相比具有更高的抗盐冻破坏能力，原因是粉煤灰的掺入大大提高了高强混凝土(C60A)的抗氯离子渗透性。 (3) 通过理论分析，导出了钢筋混凝土在循环变温过程中不同方向的热应力计算公式及其分布，以及四点弯曲荷载作用下钢筋和混凝土的应力状态。针对具体实验条件进行实例计算和有限元分析，并对失效样品进行扫描电镜和能谱分析，结果证明了疲劳应力导致的混凝土损伤使得腐蚀液渗透和钢筋锈蚀加剧是这种损伤失效的主要原因。 中文摘要 (4)采用应变监测钢筋混凝土梁构件在盐冻循环、钢筋锈蚀与弯曲荷载协同作用下的损伤失效，发现了一个不同于常规且具有循环应变软化特征的应变现象，即在给定的温差变化条件下，钢筋和混凝土的应变幅值都随冻融循环次数的增加而明显增大。这种现象产生的可能原因是:温度疲劳应力控制下的循环应变 (循环塑性应变和循环徐变之和)以及循环应力松弛导致微观裂纹萌生并扩展，使得混凝土的动弹性模量逐渐降低，促使循环变形量增长的结果。宏观上表现为钢筋混凝土梁的受拉区损伤程度较重、受压区损伤程度较轻，导致梁的中性轴向受压区偏移，使得梁受拉区应变大于受压区应变。这种应变现象的产生还受到随机因素的影响，其机理有待进一步的研究。 (5)采用扫描电镜、能谱和X射线衍射的综合方法分析了钢筋混凝土在各种环境腐蚀与弯曲荷载协同作用下的微观结构变化情况，得到以下结论:(i)众多微裂纹萌生并扩展是混凝土遭受各种损伤因素作用的主要结果，裂纹的产生与扩展反过来加剧了混凝土的损伤，成为钢筋混凝土损伤的主要影响因素，而弯曲荷载产生的弯曲应力、盐结晶产生的膨胀力和钢筋锈蚀产生的膨胀力是导致混凝土微裂纹萌生扩展及渗透性增大的主要原因。另外，扫描电镜照片中还发现冻融损伤过程中混凝土的集料一浆体界面过渡区出现明显裂纹，证实了混凝土冻融损伤导致的开裂和剥蚀现象是由于温度疲劳应力所产生的拉一压循环作用(即膨胀一收缩作用)的结果。能谱分析表明:素混凝土在盐冻循环作用下，随着冻融循环次数的增加，集料一浆体界面过渡区的微观结构表现为越来越多裂纹萌生及扩展，大量的氯离子和钠离子渗入混凝土内部，导致混凝土微观孔隙被盐结晶产生的压力所胀裂。(ii)钢筋混凝土遭受盐冻循环和钢筋锈蚀协同作用过程中，氯离子逐渐渗透到钢筋一混凝土界面处，加剧了钢筋锈蚀，表现为能谱图中出现铁离子和氧离子，由此可认为铁锈吸水产生的膨胀力加大了混凝土孔隙被胀裂的可能性，导致损伤速率大于性盆冻循环作用。x射线衍射分析证实了Fe(O均3(铁锈)的存在。(iii)当钢筋混凝土受到盐冻循环、钢筋锈蚀与弯曲荷载协同作用时，受拉面混凝土渗透性大大降低，导致受拉面混凝土的氯离子渗透性大大增强，受拉钢筋锈蚀速率加速，且受拉面混凝土微观孔隙被盐结晶压力所胀裂的几率越来越大，混凝土表面和内部的裂纹逐渐萌生并扩展，使得损伤速率快于盐冻循环和钢锈协同作用下的钢筋混凝土损伤。(iv)钢筋混凝土在盐冻循环、钢筋锈蚀与弯曲荷载协同作用下导致的钢筋表面锈层微观形貌各不相同，受拉纵筋的锈层中文摘要微观上类似絮状物，受压纵筋的锈层微观上类似蜂巢状，而箍筋的锈层微观上类似于鹰爪状。这是由于钢筋受力状态不同所致。 (6)通过研究钢筋混凝土梁在盐冻循环、钢筋锈蚀与弯曲荷载协同作用下的损伤演变过程，发现钢筋混凝土梁在这种多因素协同作用条件下的室内试验寿命可分为两个阶段，即稳态衰减阶段和加速衰减阶段，其中稳态衰减阶段对于寿命预测?
陈妤[5]2011年在《冻融循环与氯盐侵蚀耦合作用下预应力混凝土构件劣化性能研究》文中进行了进一步梳理现代预应力混凝土结构以其良好的结构性能、经济节能的社会效益,成为工程应用最为广泛和最具潜力的一种结构。在长期恶劣侵蚀环境作用下,该结构会出现内部损伤、甚至承载性能与使用功能退化等耐久性问题。目前,国内外对多种侵蚀环境作用下预应力混凝土结构耐久性能研究相对较少。本文结合国家自然科学基金资助项目“双指标侵蚀环境作用下预应力结构耐久性试验与寿命预测研究(项目编号：50878098)”,通过试验分析与理论研究,探索氯盐侵蚀与冻融循环对预应力混凝土构件抗弯性能的影响与劣化规律。主要完成了以下工作：(1)完成了氯盐与冻融循环作用条件下预应力混凝土构件耐久性试验。通过对20根预应力混凝土构件进行正交侵蚀试验(先冻融后氯盐侵蚀,先氯盐侵蚀后冻融,冻融与氯盐侵蚀同时进行),找出最不利侵蚀工况；利用相对动弹性模量的衰减规律,分析了构件的损伤失效过程,测试不同侵蚀工况下氯离子含量,并对构件进行承载力试验,研究冻融循环与氯盐侵蚀作用下预应力混凝土梁的承载性能退化规律。(2)建立了考虑氯盐与冻融循环耦合作用下预应力混凝土中氯离子二维扩散齐次模型。针对无限大的扩散介质,以综合正负峰值温度差、氯离子扩散系数的时间依赖性和环境温湿度等影响的实际预应力混凝土氯离子方程为基础,分别在常数边界条件和幂函数边界条件下,推导出二维氯离子扩散理论的齐次模型,且探讨了水胶比、应力水平与龄期等对预应力混凝土结构氯离子扩散的影响。(3)对冻融循环与氯盐侵蚀条件下的预应力混凝土梁抗弯性能退化规律进行数值模拟。通过有限元方法,对不同腐蚀工况条件下的预应力混凝土梁承载力退化规律进行模拟,探讨了腐蚀条件对承载性能的影响；根据耐久性试验与数值模拟进行对比,拟合得出冻融循环与氯盐侵蚀耦合作用下预应力混凝土梁开裂荷载退化系数。(4)提出了冻融条件下预应力混凝土结构氯盐侵蚀的可靠度分析模型。针对季节性冰冻地区的海工结构耐久性失效特点以及结构耐久性具体要求,从失效率与可靠度的关系入手,运用随机场理论,综合考虑正负峰值温度差、氯离子临界浓度与预应力的影响,提出了冻融条件下预应力结构氯盐侵蚀的可靠度分析模型。通过算例,讨论了离散数目对失效概率的影响,并对氯离子浓度、保护层厚度等相关随机变量进行了灵敏度分析。(5)基于可靠度理论与Monte Carlo法对混凝土结构(RC/PC)进行了耐久性评估与寿命预测。考虑耐久性寿命预测中的不确定性因素,将影响耐久性寿命的参数作为随机变量,以现场实测数据推算出的结构耐久性参数为基准,确定了各参数的随机分布,建立了包括多个随机变量的概率型耐久性寿命预测模型。此外,对随机模拟产生的假设参数及预测参数的概率分布特征、统计分布参数及其灵敏度等进行了分析,得到了寿命预测模型中假设参数的变化对预测结果的影响程度。研究结果表明：预应力水平对混凝土构件在冻融循环与氯盐侵蚀过程中相对动弹性模量的变化起着重要的影响,预压应力的存在抵消了一部分冻胀压力,延缓了混凝土内部裂缝的开展。本文主要研究内容为相关混凝土设计规范的修改与完善提供一定参考。
梁健[6]2016年在《基于多因素耦合的锚杆锚固结构耐久性研究》文中提出随着中国的改革开放和城镇化进程的推进,特别是―一带一路‖战略的实施,锚杆锚固结构在我国岩土锚固工程中得到空前广泛的应用。其发展速度之快、应用规模之大,应用量之多已跃居世界之首。但另一方面,锚杆锚固结构所处自然环境大多十分恶劣,各种腐蚀性介质及杂散电流广泛存在,同时在荷载的作用下,还存在严重的应力腐蚀。锚杆锚固结构在这样的工作环境和长期使用条件下会逐渐老化,损伤甚至破坏,世界各地均发生过由于耐久性不足而导致锚固失效的工程实例,有学者甚至将之比喻为―定时炸弹‖。可见,锚固体结构耐久性研究的重要性和紧迫性。世界范围内的众多学者对混凝土结构进行了大量理论与实验研究,深入研讨了各种实际工程中遇到的混凝土结构耐久性问题。但其研究范围主要局限于钢筋混凝土结构。而钢筋混凝土结构的工作环境、受力状态与锚固体结构有着较大的差别,钢筋混凝土结构的研究结果不能完全直接运用于锚固结构。锚杆锚固结构耐久性研究工作意义重大,但该领域的研究尚处于基础阶段,相关的实验模型、试验方法、实验数据的分析、实验成果与实际工程评估体系的结合等都还有大量问题亟需解决。在土壤及岩石环境中,影响锚固体结构耐久性的因素很多,且这些因素相互影响,表现出很强的随机性和模糊性,本文通过实验和理论分析,对多因素耦合条件下锚杆锚固系统的腐蚀退化机理进行分析;对多种腐蚀介质与应力作用复合条件下锚杆锚固结构耐久性影响因素进行了研究,结合层次分析法和模糊数学理论,采用模糊综合评价方法评估了锚固结构的耐久性。具体的工作及成果如下:(1)设计符合实际受力状态的新型锚杆试件,建立考虑多因素耦合的锚杆锚固结构耐久性试验系列新方法。对锚固试件使用不同浓度的单一介质腐蚀溶液、复合介质腐蚀溶液在长期浸泡、浸烘循环、长期荷载等复合条件下进行了实验研究。通过对实验结果的分析,研究锚杆锚固系统在复杂因素作用下的腐蚀损伤机理,为研究锚杆体在多因素耦合作用下的腐蚀介质扩散规律提供支撑。(2)使用热学方法对腐蚀介质在锚固体内部扩散的过程进行了研究。本文通过对比PFC2D的热学模拟结果与理论公式结果,验证了PFC2D热学模拟的正确性。进行了单一氯离子在水泥砂浆锚固体中扩散的PFC2D模拟、浸烘循环的模拟、硫酸盐对氯离子在砂浆锚固体中扩散的影响模拟研究,并与实验结果进行了对比验证。(3)创新性的使用细观断裂力学理论对锚固体在长期拉应力作用下的微裂缝开展进行了研究。本文通过化学反应速率理论和裂纹增长动力学知识推导了锚固体在长期拉应力作用下裂纹开展的时间效应相关参数,然后结合PFC2D的平行黏结模型推导了如何计算时间增长减少平行黏结直径、估计黏结失效的时间。本文进行了锚固体在长期拉应力作用下的应力腐蚀裂纹模拟研究,并与实验结果进行了对比。(4)进行了考虑化学腐蚀对应力腐蚀影响的研究。实验证明,腐蚀介质进入砂浆锚固体内部,发生化学反应,生成难溶的盐类矿物,引起膨胀、开裂,导致砂浆锚固体的劣化,加速了应力腐蚀的发生。本文通过PFC2D的热学计算模块和力学计算模块研究这种影响。在计算过程中,根据热学模块的计算结果获得氯离子浓度;再调用应力腐蚀子程序,利用氯离子浓度对混凝土裂纹扩张临界应力进行修正,模拟砂浆锚固体的开裂情况。与实验结果的对比证明这一方法比单纯考虑应力腐蚀的计算方法更加接近实际。(5)建立了―考虑热学-细观力学耦合的锚固体内部腐蚀介质扩散模拟方法‖。在计算过程中,进行PFC2D的热学模块和力学模块的耦合计算,热学模块输出氯离子浓度分布情况,力学模块根据氯离子浓度对应力腐蚀的结果进行修正;另一方面力学模块输出模型的应力、裂纹生成等信息,热学模块读取这些信息后允许模型的热学边界做出修正,生成新的热学计算的―边界条件‖。通过与实验数据的对比,证明耦合计算能较好地模拟砂浆锚固体在长期拉力以及腐蚀介质复合作用下的开裂和腐蚀的情况。(6)分析了腐蚀性离子侵蚀锚固体和钢筋开始腐蚀失效的各种不确定因素,建立了基于一次二阶矩理论的半分析概率预测模型,用于计算锚固系统达到一定概率发生腐蚀破坏或者钢筋达到腐蚀失效需要的试件,与传统的确定性分析模型相比,新模型可以研究锚固体系的腐蚀失效概率关于各参数的敏感性,可以分析这些影响因素的平均值和变异系数的影响。(7)从结构层次全面分析了影响锚固体结构耐久性的各种因素及其特点,建立锚固结构耐久性评估新方法。利用层次分析和模糊数学理论,突破停留在构件层次上的锚固结构耐久性研究,从结构层次讨论锚固结构耐久性,与实际工况更为接近。本文通过实验和理论分析,对多因素耦合条件下锚杆锚固结构耐久性展开了一系列研究,希望取得的研究成果能起到抛砖引玉的作用,为今后的研究提供一些思路与方法。
肖前慧[7]2010年在《冻融环境多因素耦合作用混凝土结构耐久性研究》文中进行了进一步梳理混凝土结构耐久性已成为国内外土木工程界的热点研究领域。我国北方全部和南方大部分地区混凝土结构都不同程度地遭受冻融破坏,因此,冻融循环是影响混凝土结构耐久性的重要因素之一。本课题将对混凝土在冻融环境多因素耦合作用下的耐久性进行研究,以期充分认识多种环境因素之间的相互作用,根据理论分析和试验结果,研究耦合作用下混凝土损伤规律和耐久性能退化规律等,为冻融环境混凝土耐久性研究奠定基础,具有重大的理论和应用价值。论文选取冻融环境影响混凝土结构耐久性的主要因素(冻融循环)和引起混凝土中性化的环境因素(CO_2和酸雨)组合,设计了多因素耐久性试验方案和具体实施方法,通过试验研究了单一和双重影响因素作用下混凝土的抗冻规律及中性化性能,揭示了它们的作用机理和耦合作用效应,建立了冻融环境混凝土结构中性化深度预测模型,并进行了冻融环境下混凝土可靠性分析及承载力寿命预测。主要研究内容如下:开展了混凝土快速冻融试验,研究了各种因素(水胶比、粉煤灰掺量、含气量)对混凝土抗冻规律的影响,分析了冻融循环下混凝土质量损失、动弹性模量以及抗压强度的变化规律。首次建立了冻融环境下考虑混凝土水胶比、粉煤灰掺量、引气剂掺量等因素的混凝土抗压强度衰减模型。首次设计并开展冻融循环和碳化共同作用混凝土耐久性试验,研究了冻融循环和碳化共同作用下混凝土质量、动弹性模量、抗压强度变化规律及中性化规律,分析了冻融循环和碳化共同作用机理及二者之间的耦合效应。通过分析得出结论:冻融循环和碳化共同作用试验模式下,混凝土质量损失和强度损失都大于单一冻融循环试验结果,相对动弹性模量小于单一冻融循环试验模式下的结果。首次设计并开展冻融循环和酸雨共同作用混凝土耐久性试验,研究了冻融循环和酸雨共同作用下混凝土质量损失、动弹性模量、抗压强度变化以及中性化规律,分析了酸雨对混凝土冻融损伤的影响。结果表明:在冻融循环和酸雨共同作用下,混凝土呈现表面剥落以及力学性能劣化,其损伤以冻融破坏为主,混凝土质量损失、动弹性模量损失及强度损失都大于单一冻融循环试验模式下的情况。从宏观损伤力学理论出发,将混凝土损伤分为冻融循环引起的损伤和单轴压引起的损伤,建立了混凝土在冻融循环,冻融循环和碳化,以及冻融循环和酸雨共同作用下的损伤演化方程,推导给出了与冻融循环次数相关的混凝土单轴损伤本构关系。分析了影响混凝土孔隙率的主要因素,在混凝土碳化机理的基础上,提出了冻融环境混凝土中性化深度预测模型。深入分析气体在混凝土中的扩散机理,通过试验数据回归给出了考虑冻融循环影响的混凝土二氧化碳有效扩散系数De计算公式,并最终建立了冻融环境下混凝土的碳化深度预测模型。基于混凝土中性化深度、损伤演化过程及承载力可靠性分析,提出了冻融环境混凝土结构寿命预测的基本思路,并对冻融环境下钢筋混凝土结构进行了可靠性分析及承载力寿命预测。
董伟[8]2016年在《复杂环境下浮石轻骨料混凝土耐久性研究与应用分析》文中研究表明本文以内蒙古天然浮石轻骨料混凝土为基础材料、内蒙古河套灌区周边环境为服役环境、衬砌渠道为应用方向,依据当地环境特征及气候、水质条件配制符合交叉作用因素的普通浮石轻骨料混凝土、粉煤灰浮石轻骨料混凝土、纤维浮石轻骨料混凝土。对这3种浮石轻骨料混凝土进行在不同工况下的耐久性试验,研究浮石轻骨料混凝土在复杂环境中的损伤劣化规律。同时,开展室内渠道衬砌材料及衬砌体结构模拟试验,分析浮石轻骨料混凝土作为渠道衬砌材料的可行性。最后,在内蒙古河套灌区进行浮石轻骨料混凝土室外渠道衬砌试验。主要研究内容和成果如下：1.通过不同浓度氯盐、硫酸盐以及氯盐与硫酸盐复合盐溶液对3种浮石轻骨料混凝土长期半浸泡腐蚀试验发现：3种混凝土长期浸泡在盐溶液中质量变化均不明显,相对动弹性模量可以敏感表征混凝土内部微观结构变化情况。以此为基础,建立了以相对动弹性模量为损伤变量的演化方程。最后,建立了腐蚀溶液浓度和腐蚀时间与相对动弹性模量之间的损伤演化方程。2.通过进行双因素、多因素作用下3种浮石轻骨料混凝土耐久性能试验发现：盐渍环境下混凝土的破坏程度比较迅速,损伤后的混凝土内部孔隙被复盐填充,从而降低了混凝土孔隙度。盐渍环境下粉煤灰浮石轻骨料混凝土表现出相对良好的耐久性能,纤维浮石轻骨料混凝土中纤维-砂浆界面区域破坏比较严重。弯曲荷载加快了混凝土损伤劣化速度,且损伤程度与弯曲荷载率呈正比关系。3.通过核磁共振技术(NMR)测试3种浮石轻骨料混凝土在单一、双重和多重因素作用后T2图谱及孔结构分布,结果表明：浮石轻骨料混凝土T2图谱分布一般有4个峰。损伤劣化后,小孔隙逐渐向大孔隙发展,从而改变了混凝土孔隙度、渗透率及束缚水饱和度。4.通过开放系统下的模拟试验发现：引气浮石轻骨料混凝土冻融破坏实质是冻缩融胀的累积。掺入粉煤灰可以改善水泥砂浆基体及浮石-砂浆界面过渡区密实度,减小基体表面平均粗糙度,缓解混凝土微结构变形；纤维在混凝土冻融过程中起物理拉结作用,纤维轻骨料混凝土渠道衬砌板可以缓解渠道冻胀变形及残余变形,增加冻结平衡温度历时,降低渠床基土湿度场。最后结论为：衬砌渠道优先采用纤维浮石轻骨料混凝土。5.通过对野外浮石轻骨料混凝土渠道衬砌试验发现：南北走向渠道渠底基土温度普遍高于东西走向渠道。南北走向渠道最大冻胀量发生在渠顶,东西走向渠道最大冻胀量发生在阴坡。轻骨料混凝土的保温隔热作用减缓了基土与外界的热交换速度,使基土在整个冻结期温度变化缓慢,基土延迟冻结或不发生冻结。
燕坤[9]2007年在《多重因素作用下碳化混凝土的抗冻性》文中认为在我国北方地区的腐蚀性环境中,既存在腐蚀破坏,又存在冻融破坏,对于掺加大量矿物掺合料的混凝土结构,还应该考虑碳化作用的影响,因而,实际工程中结构混凝土的耐久性问题非常复杂,属于一种在荷载作用下的碳化、腐蚀和冻融循环等多种破坏因素耦合作用下的耐久性。本文在绿色高性能混凝土(Green high performance concrete,GHPC)的基础上,综合运用矿物掺合料的复合效应、高效外加剂的减水和引气作用、膨胀剂补偿收缩作用和纤维增强作用等技术,制备出绿色高耐久性混凝土(Green high durable concrete,GHDC);并同时配制了普通混凝土(Ordinary Portland cement concrete,OPC)和大掺量矿物掺合料混凝土(Concrete with high content mineral admixture,HCMC)作为实验研究的基准;在未加载与加载条件下,采用快冻法研究了上述3种混凝土快速碳化28d后在水、5%MgSO4溶液、10% NaCl溶液和(5%MgCl2+5%Na2SO4)复合溶液中的抗冻性。通过大量实验室试验,探讨了碳化混凝土在单一、双重和多重破坏因素作用下损伤失效过程的规律与特点;发现GHDC具有完全不同于OPC和HCMC的长寿命和高耐久性奥秘——GHDC即使发生了严重的碳化作用,在MgSO4溶液、NaCl溶液、(MgCl2+Na2SO4)复合溶液、弯曲荷载和冻融循环及其多因素耦合作用下仍然具有非常高的耐久性。根据混凝土试件冻融破坏的特点,采用三轴疲劳拉应力作用近似模拟混凝土在冻融过程中内部应力的状态,基于损伤力学理论、混凝土抗冻性理论和混凝土疲劳方程,建立了混凝土冻融疲劳损伤的数学模型;运用抗冻性实验结果确定了混凝土冻融疲劳方程的材料参数β,并基于疲劳损伤累积原理,建立了混凝土结构在自然条件下冻融寿命的预测模型,为预测混凝土结构在实际天然冻融环境中的耐久性寿命提供了理论依据和基本参数,可以实现实际混凝土结构的抗冻性设计。
何世钦[10]2004年在《氯离子环境下钢筋混凝土构件耐久性能试验研究》文中研究表明混凝土结构耐久性问题是当今世界普遍关注的问题。由于结构耐久性不足导致钢筋混凝土结构达不到预定的服役年限,提前失效,特别是沿海及近海地区和除冰盐环境下的钢筋混凝土结构,由于混凝土发生冻融破坏,氯离子侵蚀,导致钢筋锈蚀,使结构发生早期损坏,丧失了结构的耐久性能,已成为实际工程中的重要问题。本文结合辽宁省科学技术基金项目(001077)“海洋环境下钢筋混凝土结构的抗力衰减模型和可靠度”,主要进行了以下研究工作: 1.进行了弯曲持续荷载作用下混凝土在氯化钠溶液中长期浸泡的试验,研究了持续弯曲荷载作用对氯离子在混凝土中渗透扩散性能的影响。荷载作用对氯离子的渗透扩散有一定的影响。当作用荷载较大时,加快了氯离子在混凝土中的扩散速度,增加了混凝土中氯离子的含量。基于Fick第二扩散定律计算了弯曲荷载作用下的氯离子扩散系数和随时间变化的扩散系数。 2.进行了混凝土经过不同冻融循环后又在盐水中长期浸泡的试验,研究了冻融循环作用对氯离子在混凝土中的渗透扩散影响,并分析了冻融循环作用的机理。冻融循环作用引起混凝土内部微裂缝及缺陷的进一步发展,混凝土中产生损伤,加快了氯离子的渗透扩散。氯离子扩散系数随着冻融循环次数的增加而增加。基于Fick第二扩散定律计算了冻融循环作用下的氯离子扩散系数和随时间变化的扩散系数。 3.除冰盐环境中发生混凝土冻融破坏和钢筋锈蚀。采用梁式粘结试件,分别进行了冻融循环、钢筋腐蚀、冻融循环后钢筋腐蚀情形下的钢筋与混凝土粘结性能的试验研究。结果表明,随冻融循环次数的增加,粘结强度和粘结刚度都有极大的降低,粘结机理也发生了很大的改变。钢筋锈蚀后,在锈蚀程度较小时,粘结强度有一定程度的提高;锈胀开裂后,粘结强度降低。钢筋锈蚀后极限荷载下相应的滑移有很大的减小,构件延性降低。冻融腐蚀后粘结性能进一步劣化。 4.针对实际结构中,结构构件在承受荷载作用的同时钢筋发生腐蚀,进行了试验室模拟。通过持续荷载作用、预加载后卸载钢筋混凝土梁的加速腐蚀试验,研究了荷载作用对钢筋混凝土构件在使用阶段和承载力极限状态时的性能研究。使用阶段的研究包括钢筋锈蚀率、挠度、纵向裂缝发展等;承载力极限状态的试验包括剩余承载力和挠度。结果表明,持续荷载对钢筋锈蚀的发展、挠度的增长等有很大影响,在进行钢筋混凝土结构使用寿命评估时,应该同时考虑使用荷载和环境的共同作用。 5.钢筋与混凝土粘结滑移本构模型是钢筋混凝土结构研究的基本问题之一。在试验结果的基础上,给出了混凝土冻融循环后、钢筋锈蚀后、冻融循环腐蚀后的钢筋与混凝土的粘结强度退化规律,建立了相应的粘结滑移本构关系。 6.建立锈蚀钢筋混凝土构件承载力降低模型对结构构件使用寿命和耐久性评大连理工大学博士学位论文估十分重要,在试验研究结果的基础上,研究了在使用阶段钢筋混凝土构件挠度随钢筋锈蚀的发展规律,受弯构件剩余承载力与钢筋锈损程度的经验关系。关键词:钢筋混凝土,耐久性,氯离子,氯离子扩散系数,钢筋锈蚀,锈蚀率,冻融循环,粘结强度,粘结滑移,使用荷载,挠度,剩余承载力,剩余使用寿命
参考文献：
[1]. 冻融循环与外部弯曲应力、盐溶液复合作用下混凝土的耐久性与寿命预测[D]. 慕儒. 东南大学. 2000
[2]. 在冻融循环作用下绿色高耐久性混凝土的损伤失效过程及损伤抑制[D]. 张建业. 南京航空航天大学. 2007
[3]. 西部地区严酷环境下混凝土的耐久性与寿命预测[D]. 金祖权. 东南大学. 2006
[4]. 钢筋混凝土在环境腐蚀与弯曲荷载协同作用下的损伤失效研究[D]. 黄鹏飞. 中国建筑材料科学研究院. 2004
[5]. 冻融循环与氯盐侵蚀耦合作用下预应力混凝土构件劣化性能研究[D]. 陈妤. 江苏大学. 2011
[6]. 基于多因素耦合的锚杆锚固结构耐久性研究[D]. 梁健. 重庆大学. 2016
[7]. 冻融环境多因素耦合作用混凝土结构耐久性研究[D]. 肖前慧. 西安建筑科技大学. 2010
[8]. 复杂环境下浮石轻骨料混凝土耐久性研究与应用分析[D]. 董伟. 内蒙古农业大学. 2016
[9]. 多重因素作用下碳化混凝土的抗冻性[D]. 燕坤. 南京航空航天大学. 2007
[10]. 氯离子环境下钢筋混凝土构件耐久性能试验研究[D]. 何世钦. 大连理工大学. 2004
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