混凝土结构全寿命周期耐久性能提升与控制的基础理论研究

The durability of concrete structure is a key performance index through whole structural life process, and durability enhancement and control of concrete structures is the important assurance for realizing the safe application performance and prolonging the service life of the structures. The project focuses on the core problems during life-cycle performance degradation, enhancement and control of concrete structures by using electrochemical method to accomplish the enhancement and control of concrete structures and utilizing multi-disciplinary overlapping comprehensive knowledge for civil engineering structure, materials, electrochemical and other subjects. The following research content will be done, which includes the multiple material transport mechanism and the coupling effect in concrete during the electrochemical process, the electrochemical action and effect of structure durability performance enhancement, the control criterion and the maintenance method of structure life-cycle durability performance and the structure durability design and evaluation methods based on life-cycle cost. Those research work could propose a multiple target performance enhancement and control method based on concrete structure durability, establish an optimization design method of concrete structure durability based on life-cycle cost and form the whole life cycle of concrete structure durability performance enhancement and control of scientific evaluation system. The project has important theoretical value and engineering significance for developing concrete structure durability theory system and promoting sustainable development of concrete structure life-cycle maintenance system.

混凝土结构耐久性是贯穿结构全寿命过程的重要性能指标，提升和控制混凝土结构耐久性是实现结构安全适用性能和延长结构使用寿命的重要保障。本项目将围绕混凝土结构全寿命周期耐久性能劣化、提升和控制中的关键问题，以电化学方法实现混凝土结构耐久性能提升与控制为研究手段，运用土木工程结构、材料、电化学等多学科交叉综合知识，开展电化学过程中多重物质在混凝土内的传输机理与耦合效应、结构耐久性能提升的电化学作用与效应、结构全寿命耐久性能控制判据与维护方法和基于全寿命成本的耐久性能设计与评估方法等研究内容，提出基于耐久性的混凝土结构多重目标性能提升和控制方法，建立混凝土结构全寿命成本优化的耐久性设计方法，形成全寿命周期混凝土结构耐久性能提升与控制的理论体系。这对发展和完善混凝土结构耐久性理论体系，推进可持续发展的混凝土结构全寿命维养体系，具有重要的理论价值和工程意义。

项目围绕混凝土结构全寿命周期耐久性能劣化、提升和控制中的关键问题，以电化学方法实现混凝土结构耐久性能提升与控制为研究手段，运用土木工程结构、材料、电化学等多学科交叉综合知识，开展电化学过程中多重物质在混凝土内的传输机理与耦合效应、结构耐久性能提升的电化学作用与效应、结构全寿命耐久性能控制判据与维护方法和基于全寿命成本的耐久性能设计与评估方法等内容的研究，提出基于耐久性的混凝土结构多重目标性能提升和控制方法，建立混凝土结构全寿命成本优化的耐久性设计方法，形成全寿命周期混凝土结构耐久性能提升与控制的理论体系。.项目组具体开展了如下工作：探明了电化学作用下混凝土内离子的多离子传输机理、阻锈阳离子迁移与作用机理，建立了混凝土内离子传输的多维度模型和多相细观模型；探明了电迁移型阻锈剂对钢筋析氢抑制作用，提出了钢筋及预应力筋的氢脆风险控制，并开展了电化学作用后构件静载试验，明确了电化学作用下钢筋析氢对构件静力性能的作用效应；揭示了电化学作用下钢筋-混凝土粘结滑移性能的变化规律，提出了纳米电动技术以控制电化学作用下混凝土性能；提出了基于阳极极化电流的氯离子浓度侵蚀前锋线检测与判别方法，实现了混凝土内钢筋锈蚀状态检测与评估；提出了混凝土锈胀开裂的光纤检测与锈蚀程度判别方法，实现了混凝土锈胀开展的检测与评估。利用电化学方法，实现了全寿命阶段中的氯盐侵蚀、钢筋脱钝、钢筋初锈以及结构加固阶段的混凝土结构的耐久性控制与寿命提升；项目组改进了工程结构全寿命设计理论指标体系，体系中考虑了结构耐久性对安全性、适用性的影响，以及全寿命环境指标、社会指标与全寿命成本的关系。.本项目共培养博士生4名、硕士生18名；共出版专著3部，发表论文43篇（其中SCI检索14篇，EI检索12篇），授权中国发明专利8项、形成技术规范8部；发起并组织了混凝土结构长期性能学术研讨会，已成功连续举办4届；成果经鉴定达到国际领先水平，已在杭州湾跨海大桥、浙江舟山跨海大桥等工程中应用。