硫酸盐、氯盐和弯曲荷载作用下混凝土损伤研究

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海港区、盐湖区土壤中广泛存在着高浓度的氯盐、硫酸盐、镁盐、碳酸豁等多种有害离子,导致这些地区的混凝土结构损伤破坏较快、服役寿命低。混凝土结构损伤是多种有害因素单一、复合作用的结果。本文选取混凝土材料破坏中几种常见也是损伤最严重的因素(硫酸盐、氯盐)对混凝土、钢筋混凝土进行劣化性能研究。本文设计了混凝土耐久性试验的新方法和加载系统,研究了不同强度等级的混凝土在硫酸盐、氯盐和弯曲荷载的单一、双重和多重破坏因素作用下的损伤劣化规律,分析混凝土的损伤演化机理,建立了反映混凝土强度等级、盐浓度、以及荷载作用的损伤演化方程;对硫酸盐和氯盐复合溶液浸泡下的钢筋混凝土的钢筋锈蚀规律进行了试验研究,初探了弯曲荷载对钢筋锈蚀的影响,建立了钢筋锈蚀对混凝土的损伤演化方程。试验采用超声波非金属检测技术检测混凝土的损伤状况,用动弹性模量反映混凝土的宏观力学性能变化,用相对动弹性模量定义混凝土的损伤度。采用电化学方法评价钢筋的腐蚀状况,用钢筋锈蚀电位和钢筋锈蚀速率反映钢筋的锈蚀程度。主要研究结果如下:(1)硫酸盐浸泡480天试验结果表明硫酸盐侵蚀是一个长期而缓慢的过程,Ed变化规律一般是前期密实增强—平缓—后期下降的抛物线形变化过程,混凝土处在负损伤阶段。氯盐的加入延缓了混凝土受硫酸盐侵蚀的损伤进程,弯曲荷载加速了复合溶液的损伤。混凝土的强度等级、硫酸盐的浓度对混凝土的损伤程度有决定性作用。(2)几种浸泡条件下混凝土的相对动弹性模量变化规律相似,均呈现二次抛物线形走势,建立混凝土损伤度D和浸泡时间t的损伤演化方程:Eed=D=1+Bt+Ct2,数据分析显示该模型可以很好的拟合两者的相关关系;B表征混凝土E。,的初始变化率,C表征混凝土的损伤变化速率,决定了混凝土的损伤进度。(3)硫酸盐和氯盐混合溶液浸泡下钢筋混凝土的锈蚀电位逐渐减小,混凝土的强度等级越高自身密实性越好,锈蚀电位也越高。在浸泡试验中钢筋的锈蚀电流密度逐渐增加,一旦混凝土开裂,钢筋锈蚀电流密度迅速增大。弯曲荷载通过增大盐的侵蚀作用加速了钢筋的锈蚀,同一强度的混凝土受到的弯曲荷载越大钢筋的锈蚀越严重。混凝土保护层开裂后的试验结果表明钢筋本身是否受力不影响钢筋的锈蚀程度。(4)根据钢筋在混凝土最外边缘拉裂处所产生的环向拉应力定义混凝土受钢筋锈蚀影响的损伤度DS,建立了损伤度与锈蚀电流密度、锈蚀时间的方程,并进行了模型验证。
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