碳化、凍融、荷載耦合作用下混凝土氯離子侵蝕試驗研究

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1、分類號:U44,U5510710-2015121148碩士學位論文碳化、凍融、荷載耦合作用下混凝土氯離子侵蝕試驗研究張立興導師姓名職稱胡大琳教授申請學位級別碩士學科專業(yè)名稱橋梁與隧道工程論文提交日期2018年4月15日論文答辯日期2018年5月7日學位授予單位長安大學Experimentalstudyonchlorideionerosionofconcreteundercarbonation,freeze-thawandloadcouplingactionADissertationSubmittedforthe

2、DegreeofMasterCandidate：ZhangLixingSupervisor：Prof.HuDalinChang’anUniversity,Xi’an,China摘要在凍融損傷、碳化、氯離子侵蝕等因素作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題日益嚴重，其中，氯鹽侵蝕是導致鋼筋銹蝕重要因素。因此，本文以混凝土中氯離子侵蝕為主線，研究碳化、荷載、凍融損傷、及其耦合作用對氯離子擴散的影響。主要研究內(nèi)容如下：（1）將混凝土假定為由骨料和砂漿組成的兩相復合材料，分別設(shè)計球形、橢球形骨料隨機投放算法，并利用MATLAB

3、編制相應(yīng)程序，從而實現(xiàn)了細觀層次三維隨機混凝土幾何模型的生成?；贛ATLAB平臺研制了mat2scr2017程序，將MATLAB中圖形文件數(shù)據(jù)讀入SCR腳本文件中，實現(xiàn)了MATLAB圖形向CAD圖形的轉(zhuǎn)換，極大地提搞了隨機混凝土模型的通用性。將MATLAB和COMSOL軟件結(jié)合，對混凝土幾何模型進行有限元網(wǎng)格剖分。研究結(jié)果表明：建立的隨機骨料模型骨料含量可達到較高水平，骨料粒徑、投放位置滿足隨機性要求；橢球形隨機骨料投放算法簡單高效，并保證了橢球自身傾角的隨機性；模型適用于任意級配混凝土的生成，對連續(xù)級配混凝

4、土骨料逐級隨機投放，保證了各級配骨料體積率；對隨機混凝土進行網(wǎng)格剖分取得較好的效果，滿足有限元分析的需要。（2）基于Fick第二定律，在已有研究的基礎(chǔ)上，推導出綜合考慮混凝土對氯離子結(jié)合效應(yīng)、氯離子擴散時間依賴性、表面氯離子濃度、離子靜電場作用、溫度、混凝土內(nèi)部相對濕度影響的氯離子擴散方程。（3）設(shè)計混凝土碳化、凍融循環(huán)試驗，對不同碳化齡期、不同凍融循環(huán)次數(shù)、不同荷載水平的混凝土試件進行氯離子侵蝕試驗研究。建立碳化作用、荷載作用、及碳化凍融荷載耦合作用對氯離子擴散系數(shù)修正模型并確定了其中參數(shù)，所建立的數(shù)值模型計

5、算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。（4）基于宏觀氯離子侵蝕數(shù)值模型和已經(jīng)建立的混凝土三維細觀模型，從細觀層次探究飽水混凝土中氯離子傳輸規(guī)律。研究結(jié)果表明：混凝土試件同一深度處氯離子含量不同，骨料對氯離子傳輸具有阻礙作用，骨料改變了氯離子在混凝土內(nèi)部的傳輸路徑，氯離子分布在骨料周圍有繞流現(xiàn)象。關(guān)鍵詞：橋梁工程；混凝土耐久性；氯離子侵蝕；碳化；凍融損傷；荷載；隨機骨料；i投放算法；干涉判斷；MATLAB；網(wǎng)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