中文名 | 荷載作用對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散行為影響的理論研究 | 項(xiàng)目類別 | 青年科學(xué)基金項(xiàng)目 |
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項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 | 金瀏 | 依托單位 | 北京工業(yè)大學(xué) |
近海及海洋工程結(jié)構(gòu)的混凝土在服役過程中不僅會(huì)經(jīng)受氯鹽的侵蝕作用,而且還會(huì)承受包括風(fēng)荷載、車輛荷載、波浪荷載甚至地震等荷載的作用。荷載作用會(huì)改變混混凝土土的微/細(xì)觀結(jié)構(gòu)形式,甚至產(chǎn)生新的裂紋,改變氯離子的傳輸邊界條件,進(jìn)而最終影響混凝土的滲透擴(kuò)散特性?;炷恋臄U(kuò)散滲透性能與其微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。在微觀尺度上,砂漿和界面過渡區(qū)均可視為由無(wú)孔砂漿基質(zhì)和孔隙水夾雜相組成的兩相復(fù)合材料,二者的主要區(qū)別表現(xiàn)為孔隙率不同。在外荷載作用下,砂漿和界面過渡區(qū)的毛細(xì)孔隙率及孔隙連通性會(huì)發(fā)生改變,從而改變混凝土的擴(kuò)散性能。進(jìn)而建立了的低應(yīng)力水平下混凝土中氯離子擴(kuò)散行為多尺度理論分析方法,獲得了混凝土表觀擴(kuò)散系數(shù)與外荷載及砂漿和界面過渡區(qū)當(dāng)前孔隙率的定量關(guān)系。將外荷載作用的影響等效為外荷載引起的混凝土孔隙率的改變對(duì)氯離子擴(kuò)散特性的影響,提出了荷載作用下混凝土氯離子擴(kuò)散行為研究的細(xì)觀分析模型,研究了壓縮荷載對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散特性的影響,得到了氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)與壓縮應(yīng)力水平之間的關(guān)系式,揭示了壓縮應(yīng)力水平的影響規(guī)律。提出了一種統(tǒng)一的考慮裂縫影響的氯離子擴(kuò)散特性公式,并基于此對(duì)開裂混凝土中氯離子的擴(kuò)散行為進(jìn)行了宏觀與細(xì)觀數(shù)值模擬與分析。模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的良好吻合,證實(shí)了所提出的定量關(guān)系以及數(shù)值分析方法的合理性與準(zhǔn)確性。模擬結(jié)果還表明,開裂混凝土中氯離子的擴(kuò)散行為不僅與裂縫寬度相關(guān)聯(lián),而且與裂縫的深度密切相關(guān)。另外發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)混凝土中氯離子的擴(kuò)散行為對(duì)裂縫更為敏感。為研究角部鋼筋非均勻銹蝕膨脹引發(fā)的混凝土保護(hù)層開裂破壞行為,建立了角部鋼筋的非均勻銹脹模型。以施加非均勻徑向位移方式來表征鋼筋銹脹對(duì)周圍混凝土的力學(xué)作用?;谠摲椒▽?duì)鋼筋非均勻銹蝕引發(fā)的混凝土保護(hù)層開裂行為進(jìn)行了細(xì)觀數(shù)值模擬,對(duì)比了宏觀均質(zhì)模型和細(xì)觀非均質(zhì)模型下不同鋼筋銹脹模式導(dǎo)致的保護(hù)層開裂模式;并探討分析了保護(hù)層厚度和鋼筋直徑對(duì)保護(hù)層開裂模式以及鋼筋銹脹壓力的影響規(guī)律。在項(xiàng)目的支持下,申請(qǐng)人于2018年度獲得“國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金”項(xiàng)目資助;發(fā)表相關(guān)的Sci/Ei檢索論文5篇,軟件著作權(quán)1項(xiàng);協(xié)助培養(yǎng)碩士生2名,博士生1名。 2100433B
近海及海洋工程結(jié)構(gòu)的混凝土在服役過程中不僅會(huì)經(jīng)受氯鹽的侵蝕作用,而且還會(huì)承受包括風(fēng)荷載、車輛荷載、波浪荷載甚至地震等荷載的作用。荷載作用會(huì)改變混凝土的微/細(xì)觀結(jié)構(gòu)形式,甚至產(chǎn)生新的裂紋,改變氯離子的傳輸邊界條件,影響混凝土的滲透擴(kuò)散特性。本項(xiàng)目擬采用理論解析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,結(jié)合混凝土微/細(xì)觀尺度下的物理和力學(xué)特性,建立力學(xué)荷載和氯鹽環(huán)境耦合作用下混凝土中氯離子擴(kuò)散特性研究的理論解析模型以及微/細(xì)觀多尺度數(shù)值分析模型與方法;對(duì)比理論解析結(jié)果、微/細(xì)觀尺度數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)有相關(guān)荷載影響的試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證模型與方法的合理性和可靠性;研究荷載加載形式對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散行為的影響規(guī)律,揭示加載水平對(duì)混凝土表觀擴(kuò)散特性的影響機(jī)制;建立加載后混凝土中有效氯離子擴(kuò)散系數(shù)與應(yīng)力水平或損傷因子之間的定量關(guān)系。本項(xiàng)目建立的理論和數(shù)值方法可為荷載與氯鹽環(huán)境耦合作用下混凝土耐久性設(shè)計(jì)及評(píng)估提供理論指導(dǎo)。
《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中有規(guī)定,見圖。 檢測(cè)方法有酸鉀法、電位滴定法、Cl-選擇性電極法。其中鉀法存在滴定終點(diǎn)時(shí)顏色難以辨認(rèn)、精確度不高,人為誤差較大;電位滴定法與Cl-選擇性電極測(cè)氯離子測(cè)定法同屬于...
對(duì)建筑的影響是使建筑產(chǎn)生側(cè)向變形,風(fēng)大時(shí)產(chǎn)生振動(dòng),(主要是對(duì)高層建筑的影響)。主要由基本風(fēng)壓,風(fēng)壓高度變化系數(shù),風(fēng)荷載體形系數(shù),風(fēng)振系數(shù)。這些系數(shù)和所在地的風(fēng)的大小,建筑高度,建筑的外形,和地區(qū)粗糙度...
用預(yù)埋鋼板是為了將集中載荷分散均布在預(yù)埋鋼板所在的區(qū)域。是因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)抗承載力好但局部承載力和抗沖擊力差。在混凝土施工中經(jīng)常遇到。例如橋墩施工完了,要在上面做蓋梁,做蓋梁要搭設(shè)支架。搭設(shè)支架有多種方...
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混凝土中氯離子擴(kuò)散性能研究——混凝土是當(dāng)今社會(huì)最重要的結(jié)構(gòu)工程材料之一,但由于受外界環(huán)境的影響,混凝土的耐久性嚴(yán)重不足,從而造成了混凝土結(jié)構(gòu)的過早破壞。而鋼筋銹蝕是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)過早破壞,影響混凝土耐久性的一個(gè)重要因素,氯離子侵蝕又是引起鋼筋...
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目前,混凝土材料和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)正處于由強(qiáng)度設(shè)計(jì)向耐久性設(shè)計(jì)過渡的階段?;炷凉こ腾呌谟笮突途扌突请S著時(shí)間的推移,人們認(rèn)識(shí)到已建工程并非都是耐久的,遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命、過早破壞的事例已屢見不鮮。鋼筋銹蝕是影響混凝土耐久性的主要原因。而氯離子又是造成鋼筋銹蝕的一大主要因素。
研究混凝土中的氯離子擴(kuò)散和臨界氯離子濃度對(duì)確保氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和提高工程使用壽命具有十分重要的意義。本項(xiàng)目從影響氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命最為關(guān)鍵的氯離子擴(kuò)散系數(shù)和臨界氯離子濃度入手,針對(duì)影響較大而研究又少的疲勞作用這一因素,分模擬溶液和混凝土兩個(gè)層次,系統(tǒng)研究疲勞作用對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)和臨界氯離子濃度影響的理論、測(cè)試方法和定量計(jì)算模型,探索提高氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的新方法,內(nèi)容包括混凝土的疲勞損傷、疲勞作用荷載形式和損傷程度對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響及其敏感性、考慮疲勞作用影響的氯離子擴(kuò)散模型、鋼筋脫鈍檢測(cè)和判定方法、疲勞作用對(duì)氯離子臨界濃度值的影響以及提高氯鹽環(huán)境受疲勞作用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的新方法。本項(xiàng)目旨在揭示疲勞作用對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散和臨界氯離子濃度影響的規(guī)律和機(jī)理,為氯鹽環(huán)境受疲勞作用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和安全度分析提供科學(xué)依據(jù)。
研究混凝土中的氯離子擴(kuò)散和臨界氯離子濃度對(duì)確保氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和提高工程使用壽命具有十分重要的意義。本項(xiàng)目從影響氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命最為關(guān)鍵的氯離子擴(kuò)散系數(shù)和臨界氯離子濃度入手,針對(duì)影響較大而研究又少的疲勞作用這一因素,分模擬溶液和混凝土兩個(gè)層次,研究了拉伸、壓縮和彎曲疲勞作用對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)和臨界氯離子濃度影響的理論、測(cè)試方法和定量計(jì)算模型,探索了提高氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的新方法,研究?jī)?nèi)容包括混凝土的疲勞損傷、疲勞作用荷載形式和損傷程度對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響及其敏感性、考慮疲勞作用影響的氯離子擴(kuò)散模型、鋼筋脫鈍檢測(cè)和判定方法、疲勞作用對(duì)氯離子臨界濃度值的影響以及提高氯鹽環(huán)境受疲勞作用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的新方法。項(xiàng)目在混凝土疲勞損傷定量表征方法、疲勞作用對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)和臨界氯離子濃度影響的機(jī)理、規(guī)律、測(cè)試方法和定量計(jì)算模型等方面取得了創(chuàng)新成果。項(xiàng)目揭示了疲勞作用對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散和臨界氯離子濃度影響的規(guī)律和機(jī)理,為氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全度分析提供了科學(xué)依據(jù)。項(xiàng)目共發(fā)表論文48篇,其中SCI收錄論文28篇、EI收錄論文5篇、核心論文15篇,申請(qǐng)發(fā)明專利5項(xiàng)(4項(xiàng)已獲授權(quán)),培養(yǎng)博士2名,碩士5名。 2100433B
混凝土中的氯離子擴(kuò)散和臨界氯離子濃度研究對(duì)確保氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和提高工程使用壽命具有十分重要的意義。本項(xiàng)目從影響氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命最為關(guān)鍵的氯離子擴(kuò)散系數(shù)和臨界氯離子濃度入手,針對(duì)影響較大而研究又較少的溶液組成這一因素,分模擬溶液和混凝土兩個(gè)層次,系統(tǒng)研究溶液組成對(duì)氯離子擴(kuò)散系數(shù)和臨界氯離子濃度影響的理論、測(cè)試方法和定量計(jì)算模型,探索提高氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的新方法,內(nèi)容包括離子相互作用對(duì)氯離子擴(kuò)散的影響、常見離子種類和濃度對(duì)氯離子擴(kuò)散影響的敏感性、考慮溶液組成影響的氯離子擴(kuò)散模型、鋼筋脫鈍檢測(cè)和判定方法、溶液組成對(duì)氯離子臨界濃度值的影響以及提高氯鹽環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的新方法。本項(xiàng)目旨在揭示溶液組成對(duì)混凝土中氯離子擴(kuò)散和臨界氯離子濃度影響的規(guī)律和機(jī)理,為氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全度分析提供科學(xué)依據(jù)。