人工模擬和自然氯鹽環(huán)境下混凝土氯鹽侵蝕相似性研究.pdf

1、氯離子引起鋼筋銹蝕是導致氯鹽環(huán)境中鋼筋混凝土結構耐久性退化的主因;建立人工模擬和自然氯鹽環(huán)境中混凝土氯鹽侵蝕的相似關系，對準確地預測氯鹽環(huán)境中混凝土結構的使用壽命和評估其耐久性具有重要意義。若要建立人工模擬和自然氯鹽環(huán)境中混凝土氯鹽侵蝕的相似關系，前提條件則是先確立適宜的人工模擬環(huán)境試驗制度以保證兩種環(huán)境中混凝土氯鹽侵蝕過程和機理的相似;而確立人工模擬環(huán)境試驗制度的核心工作則是解決模擬環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度、潤濕時間、循環(huán)時間和風速等）

2、取值依據(jù)和范圍問題。然而，現(xiàn)有研究在試驗制度和依據(jù)方面尚未達成共識，研究成果難以定量對比。本文在總結已有研究的基礎上，提出了基于混凝土內部微環(huán)境響應相似的人工模擬環(huán)境試驗制度的設計方法;基于該試驗制度和混凝土氯鹽侵蝕相似準則模型，構筑了人工模擬和自然環(huán)境中混凝土氯鹽侵蝕相似關系。研究內容如下:
　　(1)基于混凝土內部微環(huán)境層次理念，建立了分段形式的自然環(huán)境溫/濕度作用譜和混凝土內微環(huán)境溫/濕度響應譜模型。摒除了將自然環(huán)境直接等效

3、為混凝土內微環(huán)境觀念的不足，分析了環(huán)境因素作用和混凝土內部微環(huán)境響應間的異同，探討了濕度采用相對濕度與水汽密度表達形式間的關聯(lián)和適用范圍。研究結果表明:混凝土內微環(huán)境與自然環(huán)境間的異同主要表現(xiàn)為波動周期相等、相位滯后和峰值衰減等方面，不可將自然環(huán)境簡單地視為混凝土內部微環(huán)境;采用水汽密度表達形式可更好地描述自然環(huán)境濕度變化規(guī)律和表征混凝土內部微環(huán)境濕度特征。
　　(2)通過探討人工模擬環(huán)境中混凝土內部微環(huán)境溫度響應，建立了混凝土內

4、部微環(huán)境溫度響應模型，并提出了求解模型數(shù)值解的新方法。分析表明:因環(huán)境作用機制的不同使得人工模擬環(huán)境中混凝土內微環(huán)境響應規(guī)律有別于自然環(huán)境，人工模擬環(huán)境中混凝土內微環(huán)境響應實測結果與理論模型曲線吻合較佳。
　　(3)建立了含溫度和風速參數(shù)的混凝土水分傳輸表面因子模型，并采用數(shù)值模擬法探討了風速對混凝土內濕度分布狀態(tài)的影響。數(shù)值模擬結果表明:若風速和臨界干燥時間超過定值（風速約為3.0 m/s，臨界干燥時間約為13 h），則可將模擬

5、環(huán)境濕度等效為混凝土與環(huán)境間的界面濕度;這是因混凝土內部、混凝土表層和外界環(huán)境間的水分傳輸量達到平衡態(tài)造成的。
　　(4)提出了基于混凝土內部微環(huán)境響應相似的人工模擬環(huán)境試驗制度的設計方法。通過分析混凝土內部微環(huán)境響應規(guī)律和邊界條件，確立了人工模擬環(huán)境試驗參數(shù)（如溫度、濕度、潤濕時間、干燥時間、循環(huán)風速和氯鹽溶液濃度等）取值依據(jù)和范圍，解決了現(xiàn)有研究中人工模擬試驗制度參數(shù)取值依據(jù)不充分的難題。基于混凝土表層內水分傳輸模型，分析了混

6、凝土水灰比、混凝土初始飽和度和濕度梯度對干濕平衡時間比和水分影響深度的影響;還提出了采用BET等溫吸附曲線求解混凝土內水分特征曲線的新途徑。結果表明:混凝土干濕平衡時間比和水分影響深度是確立人工模擬試驗制度的重要指標。
　　(5)推導了人工模擬和自然氯鹽環(huán)境混凝土氯鹽侵蝕相似準則模型和相似關系，并為實際工程測試數(shù)據(jù)所驗證。通過建立混凝土氯離子擴散系數(shù)和表層氯離子對流區(qū)深度模型，利用人工模擬試驗制度和研究方法評估了氯鹽環(huán)境中典型混凝