氯离子侵蚀下UHPC梁的耐久性研究

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UHPC作为一种新型混凝土材料,近年来逐渐应用于一些大跨度桥梁结构,具有优异的力学性能和耐久性能。然而,在一些环境下桥梁结构受氯离子侵蚀严重,对于UHPC的耐久性问题还有待深入研究。本文在现有研究的基础上,首先建立了多因素耦合作用下UHPC中的氯离子扩散模型,其次通过制备试块进行了UHPC氯离子渗透的试验,最后利用试验数据并结合桥梁工程实例进行了耐久性服役寿命预测,具体做了以下工作:(1)采用Fick第二定律,以氯离子在饱和混凝土中的扩散过程为基础,分别考虑了温度、湿度、混凝土劣化、荷载、氯离子结合等因素的作用,建立了多因素耦合作用下UHPC中的氯离子扩散模型,结合相关试验数据对其进行验证,与硬化水泥砂浆中氯离子的扩散模型和仅考虑时间影响的扩散系数模型进行对比,并对模型进行参数敏感度分析。结果表明,与其他两种模型相比,本文所采用的模型与试验数据更为接近,可较为准确有效的预测UHPC中的氯离子分布情况。对模型参数的敏感度分析表明,扩散系数、劣化系数、温度与氯离子结合作用系数对UHPC的氯离子扩散影响较显著,荷载作用系数对其影响很小。(2)通过制作UHPC试块,进行了不同水胶比和凹凸棒土掺量时的UHPC抗压强度和抗氯离子侵蚀试验。结果表明,在凹凸棒掺量固定时,随着水胶比的增大,UHPC抗压强度整体呈减小趋势;在水胶比固定时,随着凹凸棒掺量的增加,抗压强度总体呈下降趋势;但当水胶比为0.18时,添加5%的凹凸棒可以提高UHPC的抗压强度。水胶比的增加会导致表面氯离子浓度呈增加趋势,扩散系数呈减小趋势;凹凸棒掺量的增加会导致表面氯离子浓度呈减小趋势,扩散系数呈增加趋势;但在水胶比为0.18时,5%的凹凸棒掺量会使表面氯离子浓度降低。本试验得到的UHPC中水胶比和凹凸棒土掺量最佳值分别为0.18和5%。(3)进行了UHPC试块在不同时间下的1维、2维与3维氯离子扩散试验;利用试验结果进一步验证了本文所建立的氯离子扩散模型在UHPC抗氯离子侵蚀研究中的适用性,并根据Fick第二定律拟合得到了扩散系数与表面氯离子浓度;将试验结果输入COMSOL软件进行求解,对试验数据进行验证。结果表明,UHPC试块在氯离子侵蚀作用下,距表面0-5 mm范围内的氯离子浓度随着时间的推移而增加,相比1维侵蚀,2维与3维侵蚀作用下氯离子浓度明显增大;5-10 mm范围内的氯离子浓度较小,随时间增加也不明显;10 mm之后的氯离子浓度很小,且几乎不发生变化;扩散系数随着时间逐渐减小,表面氯离子浓度逐渐增大。通过COMSOL计算得到了不同维度下UHPC内部氯离子的分布情况,其计算结果与试验数据基本吻合;UHPC在受到2维与3维氯离子侵蚀作用时,在表层处氯离子浓度较高,且氯离子扩散深度也较大。(4)计算了UHPC箱梁在氯离子侵蚀下的耐久性服役寿命,分别考虑了不受荷载、受荷载与开裂三种情况。首先利用COMSOL软件计算了1维和2维氯离子侵蚀作用下UHPC箱梁的耐久性服役寿命,并建立了2维氯离子扩散时考虑钢筋直径和保护层厚度的耐久性服役寿命预测公式,分析了不同参数对其影响;其次,计算了荷载作用下UHPC箱梁的耐久性服役寿命,分别考虑了无裂缝和有裂缝两种情况。结果表明,在临界氯离子浓度取0.05%和0.14%时,1维氯离子侵蚀作用下其耐久性服役寿命分别为37年与109年,UHPC在氯离子侵蚀作用时耐久性服役寿命远大于普通混凝土;较1维侵蚀作用,UHPC箱梁在2维氯离子侵蚀作用下耐久性服役寿命有所减小,且随着临界浓度取值的增大,耐久性服役寿命的差值也逐渐增加,临界浓度取0.05%和0.20%时其差值分别为7年与130年。在荷载作用下,箱梁底部开裂之前,UHPC箱梁受拉侧钢筋表面氯离子浓度达到临界值的时间随着应力水平的提高而减小,较未受荷载时减少近50%。在箱梁底板开裂状态下,底板受拉侧钢筋表面氯离子浓度达到临界值的时间大幅减小,其耐久性服役寿命不足10年。
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如今全球对于清洁能源的需求逐年上升,而太阳能作为可再生能源的一种,以清洁无污染、储量丰富等优势已成为目前学者和专家的研究重点。中国乃至全球太阳能辐射分布广泛,可以充分的利用太阳能进行发电。太阳能发电方式分为光伏发电和光热发电,目前光伏发电产业不断升级,发展较为成熟,而光热发电技术起步较晚,相较于光伏发电技术,光热发电技术较为落后,目前商业化运用的瓶颈仍然在于发电成本较高以及系统稳定性较差。根据聚光