發(fā)布時(shí)間：2020-01-22 14:17

【摘要】：海洋腐蝕與凍融環(huán)境給我國北方海港混凝土結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重危害,該環(huán)境下混凝土物理力學(xué)性能及損傷機(jī)理研究是解決這類工程問題的基礎(chǔ)。本文以摻合料混凝土為研究對(duì)象,在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)海洋環(huán)境的基礎(chǔ)上,借助人工氣候環(huán)境模擬試驗(yàn)室、快速凍融循環(huán)試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備,通過對(duì)紫外光、溫濕度、鹽霧、凍融等環(huán)境因素設(shè)置,模擬海洋腐蝕與凍融環(huán)境,綜合理論分析,試驗(yàn)研究、數(shù)值計(jì)算等方法與手段,系統(tǒng)開展了海洋腐蝕與凍融環(huán)境下?lián)胶狭匣炷廖锢砹W(xué)性能、氯離子傳輸機(jī)理、細(xì)觀形貌結(jié)構(gòu)特征、損傷機(jī)理等研究。主要成果如下:(1)通過物理性能試驗(yàn),得到了摻合料混凝土經(jīng)過不同凍融循環(huán)作用后表觀形貌、質(zhì)量的變化情況,及其在海洋腐蝕與凍融環(huán)境下的氯離子侵蝕規(guī)律;建立了礦物摻合料摻量、種類、凍融次數(shù)及腐蝕時(shí)間與混凝土各物理性能之間的聯(lián)系;得到了耦合環(huán)境作用對(duì)混凝土氯離子傳輸性能的疊加影響規(guī)律。(2)通過力學(xué)性能試驗(yàn),得到了海洋腐蝕與凍融環(huán)境下混凝土抗壓強(qiáng)度、彈性模量、動(dòng)彈性模量隨摻合料、凍融次數(shù)及腐蝕時(shí)間的變化規(guī)律;建立了礦物摻合料摻量、種類、凍融次數(shù)和腐蝕時(shí)間與混凝土力學(xué)性能參數(shù)之間的聯(lián)系。(3)通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,建立了考慮凍融影響因素的孔隙度、滲透率和氯離子擴(kuò)散系數(shù)數(shù)學(xué)模型;基于多孔介質(zhì)滲流力學(xué),建立了考慮凍融、對(duì)流、擴(kuò)散效應(yīng)的腐蝕與凍融耦合環(huán)境下氯離子傳輸模型,揭示了海洋腐蝕與凍融環(huán)境下氯離子在混凝土中的傳輸機(jī)理。采用數(shù)值計(jì)算方法,以復(fù)摻礦物摻合料混凝土的材料參數(shù)為求解初始參數(shù)對(duì)氯離子傳輸模型進(jìn)行了求解,得到了氯離子濃度分布、擴(kuò)散速率等變化規(guī)律。(4)利用掃描電子顯微鏡和壓汞儀測(cè)定了海洋腐蝕和凍融環(huán)境下混凝土的細(xì)觀形貌及孔結(jié)構(gòu)特征,得到了混凝土細(xì)觀形貌以及孔結(jié)構(gòu)特征等隨礦物摻合料摻量、種類、凍融次數(shù)及腐蝕時(shí)間的變化規(guī)律。建立了混凝土細(xì)形貌觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能之間的聯(lián)系。(5)基于損傷力學(xué)理論,構(gòu)建了海洋腐蝕與凍融環(huán)境作用下混凝土損傷演化及本構(gòu)模型,該模型能夠較好地描述海洋腐蝕與凍融環(huán)境作用下混凝土的損傷演化特征,對(duì)腐蝕與凍融環(huán)境下混凝土的損傷機(jī)理進(jìn)行了分析探討。(6)依據(jù)海洋腐蝕與凍融環(huán)境作用下混凝土彈性模量及強(qiáng)度退化模型,采用數(shù)值計(jì)算計(jì)算方法,以混凝土高樁承臺(tái)樁構(gòu)件為例,分析了其損傷破壞過程,得到了混凝土樁的位移、變形和損傷破壞變化規(guī)律。本文研究成果在一定程度上豐富了海洋環(huán)境多因素作用下混凝土材料性能及損傷破壞研究領(lǐng)域的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論成果,為解決海洋腐蝕與凍融環(huán)境下混凝土材料耐久性問題提供了重要依據(jù)。該論文有圖115幅,表84個(gè),參考文獻(xiàn)211篇。
【圖文】：

博士學(xué)位論文潘子超[147]等，利用有限單元法對(duì)所建立的氯離子擴(kuò)散方程進(jìn)行了求解，方程中的計(jì)算參數(shù)以及有限元計(jì)算過程的穩(wěn)定性進(jìn)行了探討。結(jié)果表明和混凝土構(gòu)件中，氯離子的傳輸受對(duì)流-擴(kuò)散作用的雙重影響；在傳輸過，對(duì)流起主要作用；水分和氯離子的擴(kuò)散系數(shù)比對(duì)氯離子傳輸過程影響-1 為文獻(xiàn)中所采用的數(shù)值計(jì)算程序流程圖。

圖 1-2 混凝土數(shù)值計(jì)算模型圖[149]Figure 1-2 Numerical model of concrete[149]綜上所述，目前對(duì)于氯離子滲透擴(kuò)散過程的數(shù)值計(jì)算計(jì)算主要是從求解方手。本文以此為基礎(chǔ)，利用 COMSOL 數(shù)值計(jì)算軟件，根據(jù)建立的理論模型混凝土中的氯離子傳輸過程進(jìn)行仿真計(jì)算。探討表面氯離子濃度和凍融對(duì)氯傳輸?shù)挠绊�，并�?duì)海洋腐蝕與凍融環(huán)境下鋼筋混凝土構(gòu)件的損傷破壞過程進(jìn)數(shù)值計(jì)算，預(yù)測(cè)其使用壽命，為工程應(yīng)用提供參考。.5 海洋腐蝕與凍融環(huán)境下混凝土細(xì)觀形貌研究現(xiàn)狀(Reseatatus on Mesoscopic Morphology of Concrete in Marine Corrosnd Freezing-Thawing Environment)混凝土材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)演化導(dǎo)致宏觀力學(xué)行為改變，該方面的研究一直是混材料學(xué)研究的熱點(diǎn)�；炷猎诙嘁蛩丨h(huán)境作用后的宏觀力學(xué)性能及破裂形式內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)。因此，研究多因素環(huán)境下的混凝土微細(xì)觀結(jié)構(gòu)規(guī)律，揭示混凝土微細(xì)觀結(jié)構(gòu)演化機(jī)理具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU528
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本文編號(hào)：2571965