西部盐渍土地区钢筋混凝土耐久性试验研究及寿命预测

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tuantuan731
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我国西部盐渍土地区土壤中含有高浓度的硫酸盐、氯盐、镁盐等腐蚀性离子,加之气候干燥、风沙大、紫外线强,导致当地钢筋混凝土结构出现了腐蚀、开裂等病害,严重降低其服役寿命。国内外学者虽对环境作用下钢筋混凝土的腐蚀破坏开展了一定的研究,但现阶段钢筋混凝土室内加速试验方法还存在一定的不足,关于钢筋混凝土腐蚀破坏的研究缺乏针对性,其腐蚀机理尚未清楚。还需进一步针对钢筋混凝土实际服役环境开展关于混凝土腐蚀破坏过程及机理的研究。鉴于此,针对西部盐渍土地区腐蚀环境特点,设计了通电加速腐蚀钢筋混凝土及盐雾干湿循环加速腐蚀钢筋混凝土试验新方法,并对通电加速腐蚀钢筋混凝土试验方法的适用性进行了研究。开展了西部盐渍土地区自然暴露腐蚀试验及盐渍土环境通电加速腐蚀试验和盐雾干湿循环加速腐蚀试验。以腐蚀电流密度、钢筋极化电阻、混凝土重量损失率、混凝土损伤度等为耐久性劣化指标,建立了西部盐渍土地区腐蚀环境下钢筋混凝土耐久性劣化规律的综合评价体系。结合钢筋混凝土宏观、细观、微观结构损伤演变过程,分析不同腐蚀作用下钢筋混凝土的腐蚀劣化规律,揭示腐蚀破坏机理。基于Weibull分布函数建立了西部盐渍土地区不同腐蚀环境作用下钢筋混凝土耐久性劣化模型并进行了剩余寿命预测。利用可靠度等价条件,结合当量概念,综合考虑混凝土保护层和内部钢筋在钢筋混凝土耐久性劣化过程中的竞争失效问题,建立了室内加速腐蚀试验与盐渍土地区自然暴露试验之间的等效关系。研究成果可为我国西部盐渍土地区钢筋混凝土的耐久性设计及研究提供可靠依据。主要研究结论和创新性成果如下:(1)通过钢筋混凝土劣化过程、通电电流效率及钢筋表面腐蚀产物组成结构三方面对湿盐砂环境下通电加速腐蚀钢筋混凝土试验方法的适用性开展研究。结果表明:湿盐砂环境下通电加速腐蚀钢筋混凝土,其性能劣化过程与自然环境下相似;通电电流效率可高达44.0%~63.9%;钢筋表面腐蚀产物与自然环境下一致,主要以Fe2O3为主。表明湿盐砂环境下通电加速腐蚀试验方法具有较好的适用性,可以有效模拟钢筋混凝土在自然环境下的腐蚀情况。(2)在盐渍土环境通电加速腐蚀过程中,通电早期,外加电流单独作用导致钢筋腐蚀,钢筋混凝土腐蚀劣化速度缓慢;通电后期,外加电流与氯离子共同作用导致钢筋腐蚀,钢筋混凝土腐蚀劣化速度较快。受混凝土孔溶液p H值的影响,在盐渍土环境通电加速腐蚀作用下,PF、PS和PFS组内部钢筋腐蚀劣化速度大于P组。(3)在盐雾干湿循环加速腐蚀过程中,受盐雾强化效应与劣化效应的共同作用,钢筋混凝土抵抗腐蚀的能力随干湿循环次数的增加先逐渐增大后逐渐降低。在干湿循环早期,强化效应大于劣化效应,在干湿循环中、后期,劣化效应大于强化效应。粉煤灰与矿粉可有效改善混凝土保护层及内部钢筋在盐雾干湿循环加速腐蚀作用下抵抗腐蚀的能力,矿粉的效果优于粉煤灰。(4)在西部盐渍土地区自然暴露腐蚀过程中,受腐蚀环境强化效应与劣化效应的共同作用,在暴露腐蚀早期,钢筋混凝土抵抗腐蚀的能力随暴露时间的延长呈反复波动变化趋势;在暴露腐蚀后期,钢筋混凝土抵抗腐蚀的能力随暴露时间的延长逐渐减小,损伤劣化程度逐渐增大。活性矿物掺合料的加入可有效提高钢筋混凝土在西部盐渍土地区暴露腐蚀过程中抵抗腐蚀的能力。(5)混凝土损伤度Dt和腐蚀电流密度icorr适合用于评价钢筋混凝土在盐渍土环境通电加速腐蚀、盐雾干湿循环加速腐蚀及西部盐渍土地区自然暴露腐蚀过程中的耐久性劣化趋势,二者随腐蚀时间的变化规律符合Weibull分布函数。基于Weibull分布函数建立钢筋混凝土耐久性损伤劣化模型,可以有效地描述钢筋混凝土在不同腐蚀环境作用下的耐久性劣化规律。(6)盐渍土环境通电加速腐蚀试验及盐雾干湿循环加速腐蚀试验与西部盐渍土地区自然暴露腐蚀试验之间具有可比性,可进行等效关系的研究。基于Weibull分布函数可靠度等价条件,结合当量概念,考虑混凝土保护层与内部钢筋在钢筋混凝土腐蚀劣化过程中的竞争失效问题,确立了两种室内加速腐蚀试验与西部盐渍土地区自然暴露腐蚀试验之间的等效关系计算方法。
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