考虑粗骨料和冻融影响的浪溅区混凝土氯离子传输试验研究

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寒冷地区海洋环境下,氯盐侵蚀和冻融损伤是导致钢筋混凝土结构发生耐久性失效破坏的重要原因,冻融循环造成混凝土内部损伤,加剧混凝土内部的氯离子传输。大量现场调查显示浪溅区混凝土的耐久性破坏最严重,本文采用物理试验和理论模型相结合的方法,研究了海洋环境浪溅区混凝土考虑湿干循环时间比例和粗骨料体积分数影响的氯离子传输特性,粗骨料体积分数对混凝土冻融损伤演变规律的影响,以及浪溅区混凝土考虑冻融损伤和粗骨料体积分数影响的氯离子传输特性。具体研究如下:
  (1)提出室内海洋环境浪溅区混凝土氯离子自然扩散试验方法。本方法根据实际海洋环境资料、工程设计水文资料以及试验环境确定湿干循环比例、喷淋时间、干燥时间、循环周期和循环次数等试验参数,模拟了浪溅区混凝土暴露环境。基于本方法开展海洋环境浪溅区混凝土氯离子自然扩散试验研究。
  (2)通过开展不同粗骨料体积分数混凝土在室内海洋浪溅区不同湿干循环比例环境下的自然扩散试验,研究粗骨料体积分数和湿干循环比例对浪溅区混凝土氯离子传输的影响,提出考虑湿干循环比例的粗骨料体积分数影响系数和砂浆湿干比例影响系数等参数。结合Fick第二定律,建立考虑混凝土粗骨料和湿干循环比例共同影响的氯离子传输预测模型,并用试验结果验证了模型的正确性。
  (3)采用不同粗骨料体积分数混凝土在不同浓度盐溶液中开展室内快速冻融循环试验,探究盐溶液浓度和粗骨料体积分数对冻融环境下混凝土物理性质的影响。分析冻融环境下动弹性模量、质量和剥落量的变化规律,建立考虑盐溶液浓度、粗骨料体积分数和冻融循环次数影响的相对动弹性模量经验预测模型以及考虑盐溶液浓度、粗骨料体积分数和相对动弹性模量损失率影响的相对剥落量经验预测模型,并用试验实测值验证了模型的正确性。
  (4)通过开展针对不同粗骨料体积分数混凝土的室内快速冻融循环试验和室内浪溅区自然扩散试验,研究粗骨料体积分数和冻融损伤对氯离子传输特性的影响。经过对表面氯离子浓度和表观氯离子扩散系数的深入分析,得到考虑粗骨料体积分数和冻融损伤程度影响的表面氯离子浓度和表观氯离子扩散系数时变模型。结合Fick第二定律,建立考虑混凝土粗骨料和冻融损伤程度影响的氯离子传输预测模型,用试验结果验证了模型的正确性。
  (5)基于室内海洋环境浪溅区和潮汐区试验研究成果,通过对氯离子浓度分布、表面氯离子浓度和表观氯离子扩散系数对比分析,结果表明浪溅区氯离子侵蚀比潮汐区严重。
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