碳化、冻融、荷载耦合作用下混凝土氯离子侵蚀试验研究

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1、分类号:U44,U5510710-2015121148硕士学位论文碳化、冻融、荷载耦合作用下混凝土氯离子侵蚀试验研究张立兴导师姓名职称胡大琳教授申请学位级别硕士学科专业名称桥梁与隧道工程论文提交日期2018年4月15日论文答辩日期2018年5月7日学位授予单位长安大学Experimentalstudyonchlorideionerosionofconcreteundercarbonation,freeze-thawandloadcouplingactionADissertationSubmittedforthe

2、DegreeofMasterCandidate：ZhangLixingSupervisor：Prof.HuDalinChang’anUniversity,Xi’an,China摘要在冻融损伤、碳化、氯离子侵蚀等因素作用下，钢筋混凝土结构耐久性问题日益严重，其中，氯盐侵蚀是导致钢筋锈蚀重要因素。因此，本文以混凝土中氯离子侵蚀为主线，研究碳化、荷载、冻融损伤、及其耦合作用对氯离子扩散的影响。主要研究内容如下：（1）将混凝土假定为由骨料和砂浆组成的两相复合材料，分别设计球形、椭球形骨料随机投放算法，并利用MATLAB

3、编制相应程序，从而实现了细观层次三维随机混凝土几何模型的生成。基于MATLAB平台研制了mat2scr2017程序，将MATLAB中图形文件数据读入SCR脚本文件中，实现了MATLAB图形向CAD图形的转换，极大地提搞了随机混凝土模型的通用性。将MATLAB和COMSOL软件结合，对混凝土几何模型进行有限元网格剖分。研究结果表明：建立的随机骨料模型骨料含量可达到较高水平，骨料粒径、投放位置满足随机性要求；椭球形随机骨料投放算法简单高效，并保证了椭球自身倾角的随机性；模型适用于任意级配混凝土的生成，对连续级配混凝

4、土骨料逐级随机投放，保证了各级配骨料体积率；对随机混凝土进行网格剖分取得较好的效果，满足有限元分析的需要。（2）基于Fick第二定律，在已有研究的基础上，推导出综合考虑混凝土对氯离子结合效应、氯离子扩散时间依赖性、表面氯离子浓度、离子静电场作用、温度、混凝土内部相对湿度影响的氯离子扩散方程。（3）设计混凝土碳化、冻融循环试验，对不同碳化龄期、不同冻融循环次数、不同荷载水平的混凝土试件进行氯离子侵蚀试验研究。建立碳化作用、荷载作用、及碳化冻融荷载耦合作用对氯离子扩散系数修正模型并确定了其中参数，所建立的数值模型计

5、算结果与试验结果吻合较好。（4）基于宏观氯离子侵蚀数值模型和已经建立的混凝土三维细观模型，从细观层次探究饱水混凝土中氯离子传输规律。研究结果表明：混凝土试件同一深度处氯离子含量不同，骨料对氯离子传输具有阻碍作用，骨料改变了氯离子在混凝土内部的传输路径，氯离子分布在骨料周围有绕流现象。关键词：桥梁工程；混凝土耐久性；氯离子侵蚀；碳化；冻融损伤；荷载；随机骨料；i投放算法；干涉判断；MATLAB；网格剖分iiAbstractUndertheeffectsoffreeze-thawdamage,carbonizati

6、on,chlorideionerosionandotherfactors,thedurabilityofreinforcedconcretestructuresisbecomingincreasinglyserious,Amongthem,theerosionofchloridesaltsisanimportantfactorleadingtosteelcorrosion.Therefore,chlorideionerosioninconcreteisthemainline,andtheeffectsofcar

7、bonization,load,freeze-thawdamage,andtheircouplingonchloridediffusionarestudiedinthispaper.Themaincontentsareasfollows：(1)Theconcretewasassumedasatwo-phasecompositematerialofaggregateandmortar.Thesphericalandellipsoidalrandomaggregatedeliveryalgorithmswerede

8、signedrespectively,andthecorrespondingprogramwascompiledbyusingMATLABtorealizethegenerationofthree-dimensionalmesoscopicrandomconcretegeometricmodel.Theprogramnamedmat2scr2017wasdevelopedbasedon