鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效最主要的原因是鋼筋銹蝕,其遵循如下過程:氯離子在混凝土內(nèi)部傳輸至鋼筋表面,導致鋼筋發(fā)生銹蝕,銹蝕產(chǎn)物體積發(fā)生膨脹擠壓混凝土,進而產(chǎn)生銹脹力;隨著時間的推移,銹脹力隨著銹蝕率和銹蝕產(chǎn)物含量的變化而變化,最終導致混凝土保護層剝落,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)裂縫,隨著裂縫的出現(xiàn),更多的氯離子進入到混凝土內(nèi)部,導致銹蝕進一步加劇,最終導致結(jié)構(gòu)耐久性失效。氯離子在納米孔道中傳輸?shù)乃俣�、�?shù)量等因素會影響鋼筋銹蝕過程、以及銹蝕產(chǎn)物的含量等,并且銹蝕產(chǎn)物的含量、結(jié)構(gòu)、微觀力學性能等因素會影響對銹蝕產(chǎn)物的銹脹力產(chǎn)生影響。在實際服役過程中,鋼筋混凝土構(gòu)件受到車輛、行人、風荷載、雪荷載等各種變化的荷載,在這些荷載和氯鹽腐蝕的耦合作用下導致混凝土耐久性發(fā)生變化。因此,從鋼筋銹蝕的全過程入手,研究在疲勞荷載下氯離子的微觀傳輸特性以及鋼筋銹蝕產(chǎn)物的微觀力學性能有實際意義。本文利用分子動力學軟件,從在疲勞荷載下的氯離子傳輸和疲勞荷載下的銹蝕產(chǎn)物的微觀力學性能兩個方面對鋼筋銹蝕到開裂的過程進行了模擬,主要內(nèi)容如下:（1）在微觀尺度上對氯離子傳輸過程進行了模擬。混凝土是復雜的結(jié)構(gòu),因此,利用水泥漿體... 

【文章來源】：重慶交通大學重慶市

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

砂漿混凝土兩相體系概念圖

了氯離子在擴散-對流作用下濃度的變化，利用有限元模擬氯離子在鋼筋混凝土模型中的傳輸。賈立哲[14]基于ANSYS熱分析模塊，探究了探究鋼筋混凝土梁遭受單向、雙向、三向氯鹽侵蝕至后梁內(nèi)的氯離子質(zhì)量分數(shù)分布規(guī)律，并將數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果相比較，發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬結(jié)果所得的氯離子質(zhì)量分數(shù)與實驗結(jié)果的總體誤差僅為4.73×10-7，與氯離子傳輸理論模型結(jié)果總體誤差僅為3.91×10-7。在細觀尺度上，金瀏[15]基于計算均勻化理論，將混凝土看做由骨料、砂漿和界面過渡區(qū)組成的三相復合材料建立了細觀尺度上的混凝土模型，如圖1-2，利用基于損傷和聲材料初始導熱系數(shù)的復合力學方法對損傷單元等效導熱系數(shù)進行了均勻化，建立了力學和熱行為單向耦合的中尺度模型，計算了不同荷載水平下混凝土的有效導熱系數(shù)（ETC）和溫度常此外，還研究了荷載類型（壓縮荷載和拉伸荷載）對混凝土等及溫度場的影響。結(jié)果表明，隨著荷載水平的提高，混凝土的等滲系數(shù)逐漸減校Zheng[16]根據(jù)概率密度函數(shù)和累計分布推導出圓形集料的集料數(shù)函數(shù)，最后將混凝土等效為分散在水泥漿體中的等效骨料，基于布朗運動理論模擬氯離子在混凝土中擴散過程，把并且通過兩組實驗結(jié)果驗證了數(shù)值模擬的有效性，氯離子的擴散系數(shù)的平均誤差小于6%。圖1-2混凝土細觀尺度模型在微觀尺度上，水泥基材料是一種結(jié)構(gòu)復雜的混合物，難以建立微觀尺度模型，因此將其水化產(chǎn)物中最重要的物質(zhì)—水化硅酸鈣（C-S-H）作為其微觀尺度模型。Wan[17]利用分子動力學軟件研究了C-S-H的力學性能與分子結(jié)構(gòu)，提出C-A-S-H模型具有非均質(zhì)性分層特征，在結(jié)構(gòu)上Al3+橋接在有缺陷的硅酸鹽鏈中的相鄰氧原子，有助于C-A-S-H凝膠的聚合；Al或Si的增加可以顯著提高結(jié)構(gòu)的平均硅酸鹽鏈長，Al原子在層間區(qū)域的?

5水化硅酸鈣中的Ca+結(jié)合，形成Ca-Cl團簇，影響氯離子的傳輸。李萬金[19]基于分子動力學，建立不同寬度和曲折性的納米孔道，模擬氯離子在納米通道內(nèi)的運輸過程，基于菲克定律，采用宏觀統(tǒng)計和微觀模型結(jié)合的方法，得出氯離子在不同曲折性和寬度的納米孔道中的擴散系數(shù)，研究表明：納米通道的寬度越大，氯離子擴散系數(shù)越大；曲折的納米通道會強行改變氯離子傳輸方向，從而降低氯離子擴散系數(shù)。圖1-3混凝土孔隙微觀模型1.2.3實驗研究Fu[20]采用120mm×120mm×1200mm的鋼筋混凝土試件，在試件軸向施加單軸拉伸疲勞荷載，在浸水和干濕循環(huán)兩種條件下，施加不同應力水平的疲勞荷載，實驗結(jié)果表明，當最大拉伸疲勞載荷在試件極限拉伸載荷的25%到45%之間時，拉伸疲勞損傷能使混凝土中氯離子滲透加速1.5-3.0倍；最大疲勞載荷大于極限拉伸載荷的30%時，氯離子滲透會大大加速。Zhang[21]將一組高強混凝土立方體試塊放在-20-18℃的范圍內(nèi)凍融循環(huán)，分別在0、5、10…95、100次循環(huán)后，對試樣進行力學性能和氯離子滲透實驗，結(jié)果表明，在大約40次凍融循環(huán)后，混凝土中會出現(xiàn)可見的損傷。在25-60次循環(huán)之前，正常強度混凝土和高強度混凝土的重量損失沒有顯著差異。除此之外，在正常強度混凝土中，凍融循環(huán)引起的重量損失比在高強度混凝土中更快，100凍融循環(huán)后，抗壓強度和彈性模量分別下降32%和24%。表面氯離子濃度和氯離子擴散系數(shù)增加到控制值的兩倍左右。柳磊[22]研究了在疲勞荷載與氯離子侵蝕耦合作用下氯離子的一維滲透實驗，測試在應力水平為0.3、0.4、0.5、0.6這四種不同應力水平混凝土內(nèi)部氯離子的含量。結(jié)果表明：應力水平較低時混凝土內(nèi)氯離子含量變化不大，應力水平到達0.5時，隨著應力水平的增加，混凝土內(nèi)氯離子含量越大。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]基于分子動力學理論水分和離子在水泥基材料中傳輸?shù)难芯縖D]. 李登科.青島理工大學 2018
[2]環(huán)境—荷載耦合作用與多尺度分析下的鋼筋混凝土銹裂模型研究[D]. 徐立鋒.重慶交通大學 2017
[3]不同腐蝕環(huán)境下銹蝕產(chǎn)物微觀形貌及體積膨脹率的對比研究[D]. 陳柳豐.深圳大學 2016
[4]交變荷載與干濕循環(huán)聯(lián)合作用下混凝土氯離子傳輸機制[D]. 楊濤.長安大學 2016
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本文編號：3529184