【摘 要】
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氯离子在钢筋混凝土中传输而引起的钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性劣化最主要的因素之一。在自然环境和室内模拟环境下混凝土结构中氯离子传输行为大不相同。因此,为了准确分析混凝土结构耐久性劣化规律及建立准确有效的使用寿命预测方法,最主要的问题是确定混凝土中氯离子传输规律,以及探究实海长期暴露和室内短期加速模拟两种环境下氯盐侵蚀过程关键参数的相似机制。基于此,开展了浪溅区实海暴露和室内模拟普通混凝土（C30
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氯离子在钢筋混凝土中传输而引起的钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性劣化最主要的因素之一。在自然环境和室内模拟环境下混凝土结构中氯离子传输行为大不相同。因此,为了准确分析混凝土结构耐久性劣化规律及建立准确有效的使用寿命预测方法,最主要的问题是确定混凝土中氯离子传输规律,以及探究实海长期暴露和室内短期加速模拟两种环境下氯盐侵蚀过程关键参数的相似机制。基于此,开展了浪溅区实海暴露和室内模拟普通混凝土（C30和C50）、应变硬化水泥基复合材料（SHCC）和碱激发混凝土（AAC）的氯离子侵蚀试验,并分析了影响耐久性评价的关键参数演变时变规律。基于已搜集统计的实海暴露和室内模拟数据,结合马尔科夫链蒙特卡洛法（MCMC法）和贝叶斯原理方法,建立了室内模拟与实海暴露之间的环境-时间相似概率模型。主要工作及结论如下:（1）基于浪溅区实海暴露环境混凝土氯离子侵蚀试验,研究了混凝土类型（C30、C50、SHCC和AAC）和暴露时间（90 d、180 d、360 d、720 d）对自由氯离子含量分布的影响,结果发现:氯离子含量随着混凝土强度的增大而减小,随着暴露时间的延长而增加;应变硬化水泥基复合材料在长期暴露时具有较好的抗氯盐侵蚀能力,碱激发混凝土抗氯离子侵蚀性能最好。结合实海暴露数据,进一步分析了表面氯离子浓度和表观氯离子扩散系数的时变演化规律,建立了考虑胶凝材料和水灰比影响的关键参数时变模型,研究了瞬时氯离子扩散系数的求解方法,对比分析了表观与瞬时氯离子扩散系数之间的差异,建立了考虑表面氯离子浓度和氯离子扩散系数时变规律的混凝土氯盐侵蚀模型,并对自由氯离子含量进行了验证。研究表明:表面氯离子浓度随暴露时间的增加而增大,而表观氯离子扩散系数却减小,二者均逐渐趋于稳定,其时变规律符合倒数型模型;相同暴露条件下表观氯离子扩散系数明显大于瞬时氯离子扩散系数。（2）采用自主设计的“人工模拟潮汐浪溅一体化全自动试验箱”,开展了人工模拟海洋浪溅区氯离子侵蚀试验,同样也分析了混凝土类型、暴露时间和干湿循环制度（干湿时间比为3:1、11:1和85.4:1）对自由氯离子含量的影响。建立了干湿循环作用下非饱和混凝土氯离子传输模型,采用Crank-Nicolson有限差分法对其氯离子传输过程进行了数值求解,并开展了干湿条件下混凝土中氯离子传输的细观数值模拟分析,分析了模型关键参数的敏感性。研究表明:自由氯离子含量、表面氯离子浓度和氯离子扩散系数均随着干湿循环时间比的增大先增加过后降低,混凝土表层出现的氯离子峰值现象将其划分为对流区和扩散区。随着干湿循环时间比的提高,氯离子对流区含量和氯离子侵入总量呈先升高后降低的趋势;随着混凝上内部孔隙初始饱和度的增大,氯离子扩散深度增大。（3）搜集并统计了150组实海暴露数据和300组室内模拟试验数据进行概率性分析,综合考虑主观不确定性和客观不确定性的影响,结合MCMC法和贝叶斯原理方法确定了氯盐侵蚀概率模型的关键参数,建立并验证了考虑水灰比和胶凝材料的表观氯离子扩散系数和表面氯离子浓度的概率预测模型,能够合理地描述氯离子侵蚀参数的概率分布特征,且能够根据概率统计方法确定不同置信系数的置信区间,基于所建立的概率预测模型,引入关键参数的相关系数,分析了氯盐侵蚀的室内模拟与实海暴露的相似关系。研究发现:四种混凝土关键参数的相似系数均小于1,说明实海暴露环境表观氯离子扩散系数(Dappm)和表面氯离子浓度(Csm)均小于室内模拟环境表观氯离子扩散系数(Dappi)和表面氯离子浓度(Csi)。暴露时间为30 d的室内模拟混凝土表面氯离子浓度可较好地预测实海暴露氯离子侵蚀360 d甚至720 d的情况;暴露时间为90 d以内的室内模拟表观氯离子扩散系数能较好地预测实海暴露氯离子侵蚀180 d以内的情况。基于Csm与Csi、Dappm与Dappi的线性关系,建立了氯离子侵蚀关键参数的相似关系概率模型,能较好地预测实海暴露环境下混凝土的表面氯离子浓度和表观氯离子扩散系数,且对于描述Csm与Csi、Dappm与Dappi之间相似关系的概率分布特征具有良好的适用性。
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