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钢筋混凝土结构(RC/PC)是土木工程中应用最为广泛的结构形式之一。沿海、近海及西北盐湖地区的混凝土结构,由于所处环境恶劣,耐久性失效问题己成为一个重要难题。环境中的氯化物、硫酸盐等盐类的腐蚀是导致钢筋锈蚀、结构耐久性失效的重要原因。然而,当前关于RC/PC结构在氯化物、硫酸盐共同作用下的腐蚀机理研究并不多见。论文在国家自然科学基金“双指标侵蚀环境下预应力结构耐久性试验与寿命预测研究(50878098)”的资助下,主要开展了以下工作:
1.以相似理论为基础,建立了预应力混凝土构件考虑硫酸盐影响的氯离子扩散模型。对模型进行数值分析和试验验证,结果表明:受硫酸盐影响的氯离子扩散系数随侵蚀时间的延长有先减小、后增大的变化规律;当侵蚀时间足够长时,氯离子扩散系数随深度的增加先增大、后减小。使用模型对挪威港口结构进行耐久性分析,结果与实测情况吻合较好。
2.通过试验研究,分析了氯化物硫酸盐侵蚀作用下、试件中预应力筋的电位-时间关系;结合腐蚀电化学的相关模型,估算了预应力筋的腐蚀速率,并对腐蚀速率的影响因素进行了分析。结果表明:预应力筋腐蚀速率随张拉应力的增大而增大;活性状态下,预应力筋的腐蚀速率随硫酸盐掺量的增加而增大。
3.调查研究了连云港几个泊位海工结构的耐久性,重点检测了部分构件的钢筋保护层厚度、钢筋截面锈蚀损失率以及保护层处氯离子含量;估算了部分构件内钢筋的起锈时间和腐蚀速率。结果表明:海洋环境下,某码头构件钢筋保护层开裂前普通钢筋的腐蚀速率为0.003～0.066(mm/年);保护层开裂后普通钢筋的腐蚀速率0.673～1.092(mm/年)。
论文根据试验及工程现场检测的有关数据,对氯化物、硫酸盐侵蚀环境下RC/PC构件(试件)中预应力筋的腐蚀问题进行了系统的分析;同时,分析了受硫酸盐影响的氯离子扩散系数变化规律以及有内源情况下氯离子在混凝土中的扩散规律。研究表明,本文提出的氯化物.硫酸盐腐蚀环境下预应力混凝土氯离子扩散模型及估算的预应力筋腐蚀速率可为耐久性设计提供参考。