复杂环境条件下混凝土耐久性变化规律及寿命预测

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1、中文图书分类号：TU528密级：公开UDC：625学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：复杂环境条件下混凝土耐久性变化规律及寿命预测论文作者：冉晋学科：交通运输工程指导教师：张金喜教授论文提交日期:2017年3月UDC：625学校代码：10005中文图书分类号：TU528学号：B201304053密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：复杂环境条件下混凝土耐久性变化规律及寿命预测英文题目：DURABILITYANDSERVICELIFEPREDICTIONOFCONCRETEUND

2、ERCOMPLEXENVIRONMENTALCONDITIONS论文作者：冉晋学科专业：交通运输工程研究方向：道路工程材料申请学位：工学博士指导教师：张金喜教授所在单位：城市交通学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学ADISSERTATIONPRESENTEDTOTHEACADEMICCOMMITTEEOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYDURABILITYANDSERVICELIFEPREDICTIONOFCONCRETEUNDERCOMPLEXENVIRONMENTALCONDITI

3、ONSInCandidacyofthePhilosophyDoctorinTransportationEngineeringBYRANJinUndertheSupervisionofProf.ZHANGJinxiCollegeofMetropolitanTransportationBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYBEIJINGP.R.CHINAMAY,2017摘要摘要在交通基础设施领域，混凝土材料广泛应用于路面、桥梁、涵洞、隧道，以及城市立交桥等。它们直接暴露于外部环境中，除经受荷载作用外，还同时经受复

4、杂环境条件的侵蚀，从而导致其使用功能和承载能力逐渐下降。目前，评价混凝土耐久性的标准试验方法多为模拟单一环境因素，不能真实反映混凝土在复杂环境条件下经受多种因素共同作用的耐久性特征。虽然近年来考虑多种环境因素共同作用的混凝土耐久性研究日益增多，但对环境因素的考虑仍不全面，在复杂环境条件下混凝土的耐久性变化规律、损伤机理及寿命预测等方面仍未形成系统的研究成果。本文选取碳化、干湿循环、冻融循环和氯盐侵蚀四种典型环境因素组成复杂环境条件，在室内开展了复杂环境条件下混凝土耐久性试验研究，通过测试混凝土的相对抗压强度、相对动弹性模量、质量

5、变化率和碳化深度等宏观性能指标，以及由压汞试验获得的微观孔隙构造参数，研究了混凝土在复杂环境条件下的耐久性变化规律，建立了复杂环境条件下混凝土抗压强度衰减模型、混凝土损伤演变模型和混凝土碳化深度预测模型，并初步探讨了复杂环境条件下混凝土结构使用寿命预测问题。本文进行的研究工作和取得的研究结论主要如下：在室内设计并开展了复杂环境条件下混凝土耐久性试验，包括碳化与冻融交替作用试验，碳化、干湿与冻融交替作用试验，同时进行了单一碳化、单一干湿和单一冻融等对比试验，试验又分清水和盐水两种环境。宏观试验结果表明，清水环境中两种交替作用试验下

6、混凝土相对抗压强度都大于单一冻融作用下的相对抗压强度，而且碳化、干湿与冻融交替作用下混凝土相对抗压强度大于碳化与冻融交替作用下的相对抗压强度；但是盐水环境中两种交替作用试验下混凝土相对抗压强度都小于单一冻融作用下的相对抗压强度，而且碳化、干湿与冻融交替作用下混凝土相对抗压强度小于碳化与冻融交替作用下的相对抗压强度。与相对抗压强度变化规律不同，清水和盐水环境中两种交替作用试验下混凝土相对动弹性模量都小于单一冻融作用下的相对动弹性模量，质量损失都大于单一冻融作用下的质量损失，而且碳化、干湿与冻融交替作用下混凝土动弹性模量损失和质量损

7、失都大于碳化与冻融交替作用下的相应损失量。因此，复杂环境条件下混凝土耐久性总体劣于单一冻融作用下的耐久性，环境因素越复杂，混凝土耐久性劣化越严重。清水和盐水环境中两种交替作用试验下混凝土内部毛细孔和大孔数量都随交替循环作用次数的增加而增大，总孔隙量和总孔隙率增加，与之相应的宏观性能即抗压强度降低；但混凝土凝胶孔和过渡孔数量变化各异，总孔面积和平均孔I北京工业大学工学博士学位论文径呈不规律变化。微观试验结果表明，多种环境因素交替作用加剧了混凝土微观孔隙结构破坏，而孔隙形态变化又具有随机性。本文提出混凝土“孔隙曲折度”指标，孔隙曲折

8、度随交替循环作用次数的增加而减小，表明混凝土孔隙变得短而粗。孔隙曲折度变化规律与其相应抗压强度衰减规律一致，说明混凝土“孔隙曲折度”指标可以较好地从微观角度反映混凝土耐久性变化。基于单一碳化、单一干湿和单一冻融作用下混凝土相对抗压强度试验结果，建立了碳化与冻融交