荷載作用對混凝土中氯離子擴散行為影響的理論研究項目摘要

近海及海洋工程結(jié)構(gòu)的混凝土在服役過程中不僅會經(jīng)受氯鹽的侵蝕作用，而且還會承受包括風荷載、車輛荷載、波浪荷載甚至地震等荷載的作用。荷載作用會改變混凝土的微/細觀結(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散特性。本項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/細觀尺度下的物理和力學特性，建立力學荷載和氯鹽環(huán)境耦合作用下混凝土中氯離子擴散特性研究的理論解析模型以及微/細觀多尺度數(shù)值分析模型與方法；對比理論解析結(jié)果、微/細觀尺度數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)有相關荷載影響的試驗結(jié)果，驗證模型與方法的合理性和可靠性；研究荷載加載形式對混凝土中氯離子擴散行為的影響規(guī)律，揭示加載水平對混凝土表觀擴散特性的影響機制；建立加載后混凝土中有效氯離子擴散系數(shù)與應力水平或損傷因子之間的定量關系。本項目建立的理論和數(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計及評估提供理論指導。

近海及海洋工程結(jié)構(gòu)的混凝土在服役過程中不僅會經(jīng)受氯鹽的侵蝕作用，而且還會承受包括風荷載、車輛荷載、波浪荷載甚至地震等荷載的作用。荷載作用會改變混混凝土土的微/細觀結(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，進而最終影響混凝土的滲透擴散特性。混凝土的擴散滲透性能與其微觀結(jié)構(gòu)密切相關。在微觀尺度上，砂漿和界面過渡區(qū)均可視為由無孔砂漿基質(zhì)和孔隙水夾雜相組成的兩相復合材料，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)的毛細孔隙率及孔隙連通性會發(fā)生改變，從而改變混凝土的擴散性能。進而建立了的低應力水平下混凝土中氯離子擴散行為多尺度理論分析方法，獲得了混凝土表觀擴散系數(shù)與外荷載及砂漿和界面過渡區(qū)當前孔隙率的定量關系。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氯離子擴散特性的影響，提出了荷載作用下混凝土氯離子擴散行為研究的細觀分析模型，研究了壓縮荷載對混凝土中氯離子擴散特性的影響，得到了氯離子有效擴散系數(shù)與壓縮應力水平之間的關系式，揭示了壓縮應力水平的影響規(guī)律。提出了一種統(tǒng)一的考慮裂縫影響的氯離子擴散特性公式，并基于此對開裂混凝土中氯離子的擴散行為進行了宏觀與細觀數(shù)值模擬與分析。模擬結(jié)果與試驗結(jié)果的良好吻合，證實了所提出的定量關系以及數(shù)值分析方法的合理性與準確性。模擬結(jié)果還表明，開裂混凝土中氯離子的擴散行為不僅與裂縫寬度相關聯(lián)，而且與裂縫的深度密切相關。另外發(fā)現(xiàn)高強混凝土中氯離子的擴散行為對裂縫更為敏感。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周圍混凝土的力學作用?；谠摲椒▽︿摻罘蔷鶆蜾P蝕引發(fā)的混凝土保護層開裂行為進行了細觀數(shù)值模擬，對比了宏觀均質(zhì)模型和細觀非均質(zhì)模型下不同鋼筋銹脹模式導致的保護層開裂模式；并探討分析了保護層厚度和鋼筋直徑對保護層開裂模式以及鋼筋銹脹壓力的影響規(guī)律。在項目的支持下，申請人于2018年度獲得“國家自然科學基金優(yōu)秀青年基金”項目資助；發(fā)表相關的Sci/Ei檢索論文5篇，軟件著作權(quán)1項；協(xié)助培養(yǎng)碩士生2名，博士生1名。 2100433B

研究混凝土中的氯離子擴散和臨界氯離子濃度對確保氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全運行、準確預測和提高工程使用壽命具有十分重要的意義。本項目從影響氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命最為關鍵的氯離子擴散系數(shù)和臨界氯離子濃度入手，針對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層次，系統(tǒng)研究疲勞作用對氯離子擴散系數(shù)和臨界氯離子濃度影響的理論、測試方法和定量計算模型，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氯離子擴散的影響及其敏感性、考慮疲勞作用影響的氯離子擴散模型、鋼筋脫鈍檢測和判定方法、疲勞作用對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。本項目旨在揭示疲勞作用對混凝土中氯離子擴散和臨界氯離子濃度影響的規(guī)律和機理，為氯鹽環(huán)境受疲勞作用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設計和安全度分析提供科學依據(jù)。

研究混凝土中的氯離子擴散和臨界氯離子濃度對確保氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全運行、準確預測和提高工程使用壽命具有十分重要的意義。本項目從影響氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命最為關鍵的氯離子擴散系數(shù)和臨界氯離子濃度入手，針對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層次，研究了拉伸、壓縮和彎曲疲勞作用對氯離子擴散系數(shù)和臨界氯離子濃度影響的理論、測試方法和定量計算模型，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氯離子擴散的影響及其敏感性、考慮疲勞作用影響的氯離子擴散模型、鋼筋脫鈍檢測和判定方法、疲勞作用對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。項目在混凝土疲勞損傷定量表征方法、疲勞作用對氯離子擴散系數(shù)和臨界氯離子濃度影響的機理、規(guī)律、測試方法和定量計算模型等方面取得了創(chuàng)新成果。項目揭示了疲勞作用對混凝土中氯離子擴散和臨界氯離子濃度影響的規(guī)律和機理，為氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計和安全度分析提供了科學依據(jù)。項目共發(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，申請發(fā)明專利5項（4項已獲授權(quán)），培養(yǎng)博士2名，碩士5名。 2100433B

混凝土中的氯離子擴散和臨界氯離子濃度研究對確保氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全運行、準確預測和提高工程使用壽命具有十分重要的意義。本項目從影響氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命最為關鍵的氯離子擴散系數(shù)和臨界氯離子濃度入手，針對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層次，系統(tǒng)研究溶液組成對氯離子擴散系數(shù)和臨界氯離子濃度影響的理論、測試方法和定量計算模型，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氯離子擴散的影響、常見離子種類和濃度對氯離子擴散影響的敏感性、考慮溶液組成影響的氯離子擴散模型、鋼筋脫鈍檢測和判定方法、溶液組成對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。本項目旨在揭示溶液組成對混凝土中氯離子擴散和臨界氯離子濃度影響的規(guī)律和機理，為氯鹽環(huán)境鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計和安全度分析提供科學依據(jù)。