混凝土中氯離子雙時變擴散過程解析與混凝土結構耐久性定量設計.pdf

1、在氯化物環(huán)境中，氯離子通過擴散作用侵入混凝土內(nèi)部造成的鋼筋銹蝕和混凝土保護層開裂剝落等耐久性退化現(xiàn)象，是導致鋼筋混凝土結構難以滿足預定設計使用年限的重要原因之一。因此，準確分析混凝土中氯離子的擴散過程，并建立相應的解析模型，是氯化物環(huán)境下混凝土結構耐久性分析與設計的重要前提。分析表明，氯離子擴散系數(shù)和混凝土表面氯離子濃度的時變性對氯離子的擴散過程具有重要影響。同時，混凝土結構的幾何外形也會影響混凝土中氯離子的擴散過程和積聚規(guī)律。然而，現(xiàn)

2、有的氯離子擴散解析模型無法綜合考慮氯離子擴散系數(shù)和混凝土表面氯離子濃度的時變性以及混凝土結構幾何外形等因素的影響，導致難以合理描述混凝土中氯離子的擴散過程，計算精度和適用性有限。鑒于此，本文綜合考慮氯離子擴散系數(shù)和混凝土表面氯離子濃度的時變性及混凝土結構幾何外形對氯離子擴散過程的影響，分別建立了矩形和圓形截面混凝土中氯離子雙時變擴散的解析模型，在此基礎上提出了混凝土結構的耐久性定量設計方法。主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)綜合考慮氯

3、離子擴散系數(shù)和混凝土表面氯離子濃度的時變性，基于三維正交直角坐標系下的Fick第二定律擴散方程，結合變量代換法和杜哈梅爾定理，建立了矩形截面混凝土中氯離子雙時變擴散的解析模型，從而克服了現(xiàn)有解析模型無法綜合考慮氯離子擴散系數(shù)和混凝土表面氯離子濃度的時變性以及氯離子擴散維數(shù)等因素影響所存在的缺陷。通過與數(shù)值分析結果和現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的對比分析，驗證了該解析模型的有效性和適用性。分析結果表明:氯離子擴散系數(shù)和混凝土表面氯離子濃度的時變性對混凝土

4、中氯離子濃度的分布規(guī)律具有顯著影響;所建立的雙時變解析模型不限定混凝土表面氯離子濃度的時變函數(shù)形式，具有適用性強、計算精度高等優(yōu)點。
　　(2)基于三維柱坐標系下的Fick第二定律擴散模型，綜合考慮氯離子擴散系數(shù)和混凝土表面氯離子濃度的時變性，結合變量代換、杜哈梅爾定理和變量分離法，建立了圓形截面混凝土中氯離子的二維和三維雙時變擴散解析模型，并通過與數(shù)值分析結果進行對比，驗證了該解析模型的有效性。分析結果表明，該解析模型不限定混凝

5、土表面氯離子濃度的時變函數(shù)形式，計算精度較高，適用性較強，為圓形截面混凝土中氯離子的二維和三維擴散過程分析提供了有效途徑。
　　(3)基于所建立的混凝土中氯離子雙時變擴散的解析模型，結合氯離子擴散場補償長度理論和混凝土結構的耐久性控制區(qū)模型，確定了混凝土結構耐久性設計參數(shù)與設計使用年限、鋼筋脫鈍的臨界氯離子濃度、混凝土表面氯離子濃度、混凝土保護層厚度等參數(shù)之間的量化關系，提出了海洋氯化物環(huán)境下混凝土結構的耐久性定量設計方法。通過與