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目前国内外对氯腐蚀环境混凝土结构的耐久寿命预测作了大量的研究,核心问题是如何确定与实际相符的氯离子扩散系数。现有的扩散系数确定方法主要有长期自然扩散试验法和电场加速扩散试验法。自然扩散法原理简单,容易令人接受,且表观扩散系数比较接近实际情况,可信度高,经修正后可用于实际寿命预测。但是试验周期漫长,试验过程繁琐,不利于实际工程的应用。电迁移试验由于操作简便,测试时间短,可以得到自然渗透试验的类似结果,可重复性好,在实践中得到了广泛的应用。但是目前缺乏对电场加速扩散试验法和自然扩散试验法的结果相关性关系的研究。研究二者存在的关系,把电场加速得到的结果和自然扩散得到的结果很好的结合起来,运用于工程实际,对于相关的工程耐久性设计、施工等都具有普遍和现实意义。
针对上述问题,本论文的研究主要围绕如下五个方面展开,并取得了相关的研究成果:
1、通过室内试验研究氯离子在混凝土中的扩散规律
通过室内电场加速扩散试验,研究了在外加电场情况下氯离子在混凝土中扩散规律,并对其各种影响因素进行了深入分析;通过自然扩散试验,研究了氯离子在自然浸泡的情况下于混凝土中的扩散规律,并对其各种影响因素进行了深入分析。
2、建立电流和氯离子扩散系数的理论关系式,探讨扩散系数的计算方法
为了快速得到混凝土不同养护龄期的氯离子扩散系数,采用外加电场的试验方法来加速氯离子在混凝土中的扩散。建立电流和氯离子扩散系数的理论关系式,根据试验结果采用不同的计算方法计算氯离子扩散系数,同时对不同的计算方法进行比较讨论。
3、基于“逐步推进法”修正自然扩散情况下的有效扩散系数
氯离子扩散系数是影响混凝土结构耐久寿命的关键参数。论文通过室内氯离子自然扩散试验研究氯离子在混凝土内的扩散规律,采用“逐步推进法”确定与各种龄期相应的有效扩散系数。
4、氯离子扩散系数分阶段衰减模型的建立
在目前氯离子扩散系数衰减规律研究的基础上,把氯离子扩散系数衰减分成两个阶段,即养护衰减阶段和自然扩散衰减阶段,建立相应的衰减模型。结合电场加速试验和自然扩散试验结果,通过非线性拟合方法确定衰减模型中的相关参数,进而确定氯离子扩散系数随着养护龄期和自然扩散时间的递变规律。
5、改进的氯离子扩散模型的提出
把氯离子扩散系数衰减模型运用于Fick第二定律,提出改进的氯离子扩散模型,用于对混凝土结构耐久性寿命的预测。在实际工程中,通过电加速试验得到小龄期的氯离子扩散系数,就可运用改进的扩散模型预测实际工程中混凝土结构耐久性寿命。