地下水腐蚀环境下基于渗透性的混凝土耐久性研究

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传统观念中,混凝土因为耐久成为人们首选的工程结构材料。但实际调查发现,由于环境中的有害介质、设计不当、施工缺陷、维护不周等种种因素的影响,大量的已建和新建混凝土结构会出现混凝土开裂、钢筋锈蚀,并导致结构未达到设计使用年限就出现不满足既定功能要求的问题,也即混凝土的耐久性劣化问题。混凝土结构耐久性的衰退是目前我国工程建设领域所面临的非常严峻的问题。因此,有必要进行混凝土的耐久性研究,解决混凝土的耐久性问题,以保证混凝土结构在设计使用寿命内的正常使用。  混凝土耐久性的影响因素复杂,在影响混凝土耐久性的各种因素中,混凝土内部结构的孔隙率及其分布成为大家共识的重要因素,也即混凝土的耐久性与其密实性密切相关。密实性好的混凝土,其抵御外界侵蚀介质侵入渗透的能力大;而密实性差的混凝土,由于内部孔隙多,混凝土容易受到环境和其它因素的影响,因而耐久性更容易劣化。研究表明,混凝土渗透性与混凝土的耐久性相关,混凝土的渗透性可间接的反映混凝土的密实性和耐久性。  论文采用混凝土氯离子扩散系数表征混凝土的渗透性能,通过不同环境下混凝土的耐久性试验研究,研究建立基于渗透性的混凝土结构耐久性设计方法,为混凝土结构的耐久性设计提供参考。主要研究内容如下:  (1)提出并开展了含有侵蚀性二氧化碳地下水环境下混凝土的浸泡试验研究,分析了浸泡环境对混凝土的密实性和耐久性能的影响,给出了地下水环境对混凝土腐蚀破坏的机理。研究表明,侵蚀性地下水对混凝土内部结构产生影响,具有明显的腐蚀作用。地下水对混凝土的腐蚀主要为分解性侵蚀,也即混凝土溶蚀性腐蚀。  (2)开展了侵蚀性水环境下和一般大气环境下混凝土的耐久性试验研究,分析了不同环境下混凝土各耐久性指标的变化规律。基于试验结果,对比分析了混凝土抗氯离子渗透系数与立方体抗压强度、中性化深度、碳化深度、动弹性模量等耐久性指标的相关性,提出以氯离子扩散系数作为所研究环境条件下混凝土耐久性评价的间接综合指标。  (3)进行了不同环境影响下混凝土的微观SEM试验研究,从微观的角度解释了混凝土微结构对混凝土密实性及耐久性的影响。水环境中浸泡混凝土微观SEM结果表明,侵蚀性二氧化碳对混凝土内部结构的密实性影响较大,浸泡后混凝土的表层因孔隙较多变得结构松散,混凝土密实性受到严重影响。且这种腐蚀作用的程度不因混凝土的等级提高而产生较大的差异变化。  (4)探讨了基于渗透性的混凝土耐久性设计方法,建立基于渗透性能的混凝土耐久性抗力极限状态方程,并基于正交设计和变异系数进行了混凝土耐久性抗力参数的敏感性分析,结果表明在氯离子侵蚀环境下,对混凝土耐久性抗力影响首要的因素是混凝土氯离子渗透系数和混凝土的保护层厚度。
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