氯盐和碳化耦合侵蚀自密实混凝土的试验研究与数值模拟

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氯盐侵蚀和碳化侵蚀是导致钢筋混凝土结构在服役期间性能劣化的重要原因,而相关的耦合侵蚀研究还有待完善。同时,自密实混凝土越来越广泛地应用到工程建设中,但对其耐久性能的研究还不够充分。因此,研究自密实混凝土的耐久性能是重要且迫切的。基于此,本文对氯盐和碳化耦合侵蚀自密实混凝土的耐久性问题进行了相关研究。首先开展了普通自密实混凝土耦合侵蚀试验研究。试验设计了2种水灰比的自密实混凝土和3种侵蚀机制。耦合侵蚀机制为氯盐浸泡和快速碳化循环交替进行,且在试验中不进行烘干处理;单一氯盐侵蚀为试块只进行氯盐浸泡;单一碳化侵蚀为试块只进行快速碳化。接着检测了侵蚀后试块的氯离子浓度、碳化深度、pH值、微观形貌及抗压强度。结果表明由于水分存在,碳化作用在耦合侵蚀中的影响较小;氯盐侵蚀会抑制混凝土中的碳化侵蚀作用;在氯盐侵蚀、碳化侵蚀及耦合侵蚀中,混凝土强度都有所提高。接着开展了矿物掺合料对自密实混凝土耦合侵蚀影响的试验研究。试验组为分别掺入粉煤灰、矿粉、硅粉等3种矿物掺合料的自密实混凝土,对照组为未掺入掺合料的同水灰比自密实混凝土,并对上述4组试块进行氯盐和碳化耦合侵蚀。接着对侵蚀后的试块进行碳化深度、pH值、氯离子浓度、孔结构及抗压强度检测。结果表明各组混凝土受到碳化影响的程度从高到低依次为粉煤灰>矿粉≈硅粉>普通自密实混凝土;碳化导致混凝土内部氯离子浓度增加,从而使掺入矿物掺合料的自密实混凝土抵抗氯盐侵蚀的能力更差;在耦合侵蚀下,矿粉混凝土和硅粉混凝土的氯离子结合能力显著高于普通混凝土,而粉煤灰自密实混凝土结合能力与普通混凝土相近。最后对氯盐和碳化耦合侵蚀过程进行了数值模拟。先根据鲍格(Bogue)公式及水泥水化动力学方程确定混凝土中各组分的含量;接着根据碳化对混凝土孔结构、混凝土氯离子吸附曲线及氯离子扩散系数的影响,并考虑氯离子扩散系数的时变性,对Cl-扩散偏微分方程进行修正;再根据质量平衡和扩散定律建立CO2及各组分的微分方程组。最后,运用Euler公式和古典显格式,通过Matlab编程求解方程组。经模拟值与试验值对比及模型参数分析,验证了本模型具有较高的适用性及可靠性。
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