海水侵蚀下钢筋再生混凝土梁的耐久性与寿命预测

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:shixibaogao007
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再生混凝土的大量应用不仅可以实现建筑材料的可持续发展,还是减轻环境污染,保护环境的一种有效手段,同时也是废弃混凝土资源化利用、科学化利用的一种行之有效的方法。再生混凝土具有节约天然石料资源、保护生态环境和良好的经济性等优点,因此,其在土木工程结构中具有较高的应用价值。然而,由于再生混凝土材料自身的复杂性以及再生骨料来源的不确定性所导致的材料力学性能离散性较大,再加上外部不利环境的腐蚀,使得开展再生混凝土结构抗力衰减问题及其材料性能退化的研究具有重要的意义。目前,对于再生混凝土力学性能方面的研究较多,而在耐久性研究方面仍处于薄弱环节,而针对再生混凝土结构性能方面的研究相对更少。本文针对海水侵蚀的腐蚀环境,研究再生混凝土材料的损伤劣化规律、钢筋再生混凝土构件的损伤劣化规律以及氯离子的扩散特性。同时,利用时变可靠度理论建立在海水侵蚀环境下,考虑再生混凝土材料及几何参数的时变性的钢筋再生混凝土梁受弯承载力的时变可靠度分析模型。本文主要研究工作与结论如下:(1)配制粉煤灰掺量分别为0%、10%、20%、30%和40%的C30与C40级再生混凝土,成型100mm×100 mm×100 mm再生混凝土试件标准养护至56d,浇筑100mm×100 mm×900 mm钢筋再生混凝土梁自然养护至56d。配制5倍天然海水浓度的侵蚀液,采用设定的干湿循环制度对再生混凝土试件进行140d的加速腐蚀试验,对钢筋再生混凝土梁采用模拟海水环境腐蚀劣化240d。(2)研究海水侵蚀下再生混凝土的损伤劣化规律,包括再生混凝土的外观形貌、质量损失率、抗压强度、相对动弹性模量等随着腐蚀劣化龄期的变化规律。分析再生混凝土的细观结构并分析海水环境下混凝土的侵蚀机理,包括海水中硫酸盐侵蚀机理及氯盐侵蚀机理,以此分析再生混凝土基于海水侵蚀的干湿循环作用下的劣化机制。同时,建立海水侵蚀环境下再生混凝土损伤演化模型。(3)研究粉煤灰掺量对遭受海水侵蚀的再生混凝土的抗压强度、相对动弹性模量、质量损失率的影响,结果表明粉煤灰掺量为40%的C30与C40级再生混凝土均比同强度等级的粉煤灰掺量为0%、10%、20%、30%的再生混凝土具有较强的抗海水侵蚀的能力。(4)应用非金属超声检测仪,通过超声平测法测得腐蚀劣化龄期分别为t=60d、t=120d、t=180d及t=240d时各钢筋再生混凝土试验梁的超声声时值,并对其进行回归分析,计算得出试验梁在不同腐蚀劣化龄期时的腐蚀损伤层厚度与腐蚀损伤度,据此建立钢筋再生混凝土梁的腐蚀损伤度与腐蚀劣化龄期之间的数学模型;(5)通过钢筋再生混凝土梁的抗弯试验,分析遭受腐蚀的钢筋再生混凝土梁的受弯破坏过程、裂缝发展情况,建立相对开裂荷载、相对极限荷载与钢筋锈蚀率和钢筋再生混凝土梁腐蚀损伤度的数学模型;(6)综合考虑钢筋锈蚀率及再生混凝土腐蚀损伤层厚度对再生混凝土构件承载性能的影响,在现行结构设计规范基础上提出经受海水侵蚀的钢筋再生混凝土构件的抗弯承载力计算模型,并将模型计算结果与试验结果进行对比验证,结果表明两者吻合较好。(7)研究海水侵蚀下再生混凝土构件的氯离子扩散特性,包括自由氯离子浓度与扩散深度的关系、氯离子扩散系数随腐蚀时间的变化规律、表面氯离子浓度与腐蚀时间的关系,据此建立考虑钢筋再生混凝土构件腐蚀损伤度修正的氯离子扩散模型。(8)研究粉煤灰掺量对再生混凝土构件抗氯离子渗透性能的影响,结果表明粉煤灰掺量为40%的C30与C40级再生混凝土与同强度等级的粉煤灰掺量为0%、10%、20%、30%的再生混凝土相比,均有较强的抵抗氯离子渗透的能力。(9)最后,提出基于氯离子侵入与钢筋锈蚀的再生混凝土构件的寿命预测模型与基于时变可靠性理论的再生混凝土构件的寿命预测模型。
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