干湿循环与交变荷载作用下水泥混凝土氯离子侵蚀机制

At present, the research on chloride penetration mechanism of cement concrete under alternating loads and drying-wetting cycles is rarely reported. Existing experimental study and theoretical modeling cannot reflect the real working condition of cement concrete structure such as road, bridges , airport pavement， which always suffer from alternating loads. In this project, with the chemical corrosion test device for cement concrete under alternating loads and wetting-drying cycles, properties of chloride penetration of cement concrete under alternating loads and wetting-drying cycles is researched.With testing technique such as chemical analysis，Laws of chloride penetration of cement concrete which is subjected to coupled action from alternating stresses and wetting-drying cycles are revealed. According to the damage and fracture mechanics,effect of alternating loads on chloride ion transport processes in cement concrete is analyzed.Based on diffusion - convection problems, combined with the relationship between the alternating loads and transport of chloride ions,the model of chloride penetration of cement concrete under alternating loads and wetting-drying cycles can be established. The research results will reveal the behavior of chloride penetration of cement concrete under alternating loads and wetting-drying cycles. It will provide theoretical foundation for the life prediction of road engineering structures and structural design.

目前,干湿循环与交变荷载作用下水泥混凝土氯离子侵蚀机制研究鲜有报道，已有的试验研究及理论建模也未能反映承受频繁的交通荷载反复作用的公路、桥梁、机场道面等道路工程结构遭受氯离子侵蚀的真实情况。本项目采用自行研制的干湿循环与交变荷载作用下混凝土化学腐蚀试验装置，对干湿循环与交变荷载作用下水泥混凝土氯离子侵蚀特性展开研究，分析氯化钠浓度、干湿循环温度与频率、交变荷载的应力水平等因素对混凝土氯离子渗透性的影响规律；利用化学分析、SEM等测试技术，揭示干湿循环与交变荷载作用下氯离子在混凝土中的迁移规律与动力机制；根据损伤及断裂力学，将交变荷载对氯离子在混凝土中输运过程的影响进行表征。基于扩散-对流问题，结合交变荷载与氯离子输运之间的关系，建立干湿循环与交变荷载作用下混凝土氯离子侵蚀模型。 研究成果揭示干湿循环与交变荷载作用下水泥混凝土氯离子侵蚀行为，为道路工程混凝土的寿命预估与结构设计提供理论依据

氯盐对混凝土的侵蚀作用是影响钢筋混凝土耐久性能的重要因素之一。国内外研究仅考虑了单一因素作用、荷载与干湿循环等多因素作用下混凝土氯离子侵蚀机理，其中荷载仅限于持续荷载作用，难以反映公路、桥梁、高桩码头等混凝土结构承受频繁反复交通荷载的真实损伤情况，现有成果不能满足氯盐富集环境下道路工程混凝土结构耐久性设计需要。鉴于此，本项目对干湿循环与交变荷载作用下水泥混凝土氯离子侵蚀机制研究进行系统研究。.设计研制高精度、高耐久、易测试的干湿循环与交变荷载作用下混凝土化学离子侵蚀试验装置，提出交变荷载-氯离子腐蚀作用下混凝土损伤试验方法。通过研究溶液浓度、应力水平、水灰比对交变荷载作用下混凝土氯离子传输规律的影响，并通过设置不同的干湿制度，分析交变荷载、干湿循环联合作用下混凝土氯离子传输行为。.利用交变荷载-氯盐、交变荷载-干湿-氯盐同步耦合作用下混凝土内部氯离子传输试验结果，提出影响效应系数K，分析交变荷载对混凝土抗氯离子迁移规律的影响；采用SEM分析等现代物相分析技术，揭示干湿循环与交变荷载作用下氯离子在混凝土中的动力机制； .根据断裂力学和损伤力学理论，通过用混凝土裂纹面积表征氯离子扩散系数，定量分析了混凝土疲劳损伤对混凝土微裂纹面积的影响变化，建立了氯离子扩散系数与疲劳损伤的关系模型；将交变荷载参数引入氯离子扩散系数随疲劳损伤变化的关系模型中，建立了交变荷载下混凝土氯离子传输模型。.根据干湿循环作用下氯离子传输机制，综合考虑混凝土龄期、饱和度、温度、氯离子吸附效应对氯离子、水分传输的影响，建立了干湿循环下混凝土氯离子对流-扩散模型；在已推导出的氯离子扩散系数与疲劳损伤关系模型基础上，建立了交变荷载与干湿循环联合作用下混凝土氯离子传输模型。.研究成果揭示干湿循环与交变荷载作用下水泥混凝土氯离子侵蚀行为，为道路工程混凝土的寿命预估与结构设计提供理论依据。