海底隧道因其不妨礙船舶航運(yùn)且盡可能減少對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的影響,而成為連接海峽、海灣之間優(yōu)先考慮的全天候海峽通道。目前,已完成通車、在建待完工和擬建的海底隧道越來越多。根據(jù)以往的工程案例,國內(nèi)外海工建筑物在海洋環(huán)境中都受到不同程度的有害物質(zhì)侵蝕破壞,后期的維修或重建造成了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此,海工建筑結(jié)構(gòu)的耐久性受到高度重視。由于海底隧道服役環(huán)境的復(fù)雜性,當(dāng)前評(píng)價(jià)海底隧道混凝土耐久性的關(guān)鍵性指標(biāo)-混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)的方法逐漸由單物理場測(cè)試轉(zhuǎn)向多物理場模擬。因此,本文以海底隧道混凝土為研究對(duì)象,在中國博士后科學(xué)基金(編號(hào):2015M571601)資助下,模擬了海底隧道多鹽(氯鹽和硫酸鹽)多場(濃度場和壓力場)的物理環(huán)境,通過引入微流體力學(xué)和多孔介質(zhì)滲流力學(xué)的理論,建立混凝土在多鹽多場耦合作用下氯離子傳輸方程,推導(dǎo)了傳輸方程的定解函數(shù),利用已有研究成果和模擬測(cè)試修正 了氯離子傳輸系數(shù),從而確立了適用于描述多鹽多場耦合作用下混凝土氯離子濃度隨時(shí)間和深度演變的分布函數(shù),并通過實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了氯離子分布函數(shù)的正確性和有效性。本文所建立模型可以直接指導(dǎo)當(dāng)前水深小于100m以下擬建海底隧道混凝土耐久性的設(shè)計(jì)及已建或在建海底隧道混凝土剩余壽命的預(yù)測(cè)。通過研究和分析,得出如下重要結(jié)論:(1)硫酸鹽的存在明顯延緩了氯離子在混凝土中的傳輸過程,但硫酸鹽對(duì)低水膠比混凝土氯離子擴(kuò)散的延緩作用不如高水膠比混凝土明顯。(2)較低的靜水壓(0.5MPa)可以使得高水膠比的混凝土氯離子濃度分布曲線傾向于呈反S型,氯離子傳輸過程傾向于以對(duì)流傳輸為主。(3)低水膠比混凝土或摻入粉煤灰可以抵抗較高靜水壓(1MPa),從而能夠降低混凝土表面一定深度范圍內(nèi)氯離子的濃度,并且可以有效降低復(fù)合鹽溶液在混凝土內(nèi)部的滲流速度,使得氯離子的傳輸由以對(duì)流傳輸為主轉(zhuǎn)為以擴(kuò)散傳輸為主。(4)利用COMSOL仿真軟件建立混凝土的氯離子傳輸?shù)姆抡婺Ｐ?能夠有效地模擬骨料對(duì)混凝土氯離子傳輸?shù)挠绊懸?guī)律。(5)氯離子的傳輸深度隨骨料含量增加呈現(xiàn)線性降低,但界面區(qū)的界面效應(yīng)對(duì)氯離子傳輸產(chǎn)生了促進(jìn)作用。當(dāng)骨料含量較低時(shí),骨料對(duì)氯離子滲透的抑制作用占主導(dǎo),但是隨著骨料含量的增加,界面效應(yīng)愈發(fā)明顯。
【學(xué)位單位】：東華理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U459.5;U454
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 研究背景及研究目的與意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究目的與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 氯離子對(duì)鋼筋混凝土的侵蝕研究
        1.2.2 硫酸根離子對(duì)鋼筋混凝土的侵蝕研究
        1.2.3 氯離子和硫酸根離子耦合侵蝕研究
        1.2.4 海底隧道多因素耦合作用下侵蝕研究
    1.3 研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題
    1.4 研究方法與手段
        1.4.1 研究方法
        1.4.2 研究手段
    1.5 技術(shù)路線
    1.6 預(yù)期成果和主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
2 材料與方法
    2.1 混凝土原材料
    2.2 混凝土配合比
    2.3 試驗(yàn)方法
        2.3.1 混凝土的強(qiáng)度
        2.3.2 混凝土抗?jié)B性能的測(cè)試-相對(duì)抗?jié)B試驗(yàn)
        2.3.3 混凝土開口孔隙率的測(cè)定
        2.3.4 混凝土氯離子結(jié)合能力的測(cè)定
        2.3.5 氯離子自然擴(kuò)散試驗(yàn)
        2.3.6 水壓力下氯離子遷移實(shí)驗(yàn)研究
3 傳輸方程的構(gòu)建與求解
    3.1 多孔介質(zhì)中化學(xué)物質(zhì)傳輸方程的建立
        3.1.1 微觀尺度流體(Micro-/NanoscaleFluid)中化學(xué)物質(zhì)的傳輸機(jī)制
        3.1.2 多孔介質(zhì)中化學(xué)物質(zhì)傳輸方程(宏觀尺度)
    3.2 多鹽多場耦合作用下混凝土中氯離子傳輸方程的求解
        3.2.1 氯鹽濃度場驅(qū)動(dòng)下的氯離子擴(kuò)散傳質(zhì)方程求解(C)
        3.2.2 硫酸鹽-氯鹽濃度場耦合作用下氯離子擴(kuò)散傳質(zhì)方程的求解(CS)
        3.2.3 多鹽濃度場耦合作用下的氯離子傳輸方程求解(CSE)
        3.2.4 壓力場驅(qū)動(dòng)下的混凝土氯離子對(duì)流傳質(zhì)方程求解(P)
        3.2.5 濃度場-壓力場耦合作用下氯離子的擴(kuò)散-對(duì)流傳質(zhì)方程求解(CSP)
        3.2.6 多鹽多場耦合作用下的氯離子傳輸方程求解(CSEP)
    3.3 本章小結(jié)
4 混凝土氯離子傳輸模型的分析與驗(yàn)證
    4.1 硫酸鹽-氯鹽濃度場耦合作用下氯離子傳輸模型(CS)分析
    4.2 硫酸鹽-氯鹽-壓力場耦合作用下氯離子傳輸模型(CSP)分析
    4.3 本章小結(jié)
5 骨料對(duì)氯離子傳輸性能的影響
    5.1 引言
    5.2 基于COMSOL的粗骨料混凝土傳輸性能數(shù)值分析
        5.2.1 混凝土隨機(jī)骨料模型
        5.2.2 模擬參數(shù)設(shè)定及網(wǎng)格劃分
    5.3 模型可行性驗(yàn)證
        5.3.1 模型精確度驗(yàn)證
        5.3.2 模型有效性驗(yàn)證
    5.4 模擬結(jié)果及分析
        5.4.1 骨料含量對(duì)氯離子傳輸性能的影響
        5.4.2 界面區(qū)厚度對(duì)氯離子傳輸性能的影響
    5.5 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 有待于進(jìn)一步研究的問題
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄 A：攻讀碩士期間主要成果及參與科研項(xiàng)目情況

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2848689