干湿循环下盐结晶对混凝土的应力分析文献综述

 2022-10-31 11:10
  1. 文件综述(或调研报告):

文献综述

1前言:

混凝土材料是工程中用量最多的建筑材料,也是主要的结构材料,广泛用于桥梁、大坝、高速公路、工业与民用建筑等结构中,当今我国已进入到大规模的建设以及高速发展的时期。由于水泥混凝土有着价格低廉、耐久性好与施工便捷等优点,在未来相当长的时间内仍是不可替代的土木工程材料之一。海洋工程是海洋环境开发中的核心,21世纪以来,我国大兴土木,港口码头以及跨海大桥等海洋工程发展迅速。作为当代五大工程材料(混凝土、砌体、钢材、木材、合成材料)中用量最大,应用范围最广的材料,混凝土在海洋环境中的耐久性问题也收到了广泛的关注,引起了人们的高度重视。

耐久性体现的是材料自身与所处环境条件的适应程度[1]。对于混凝土结构来说,在不同环境条件下所表现出来的耐久性能可以是截然不同。这说明了结构耐久性能与所处环境条件密切相关。所以对于混凝土结构耐久性,要充分考虑外部环境条件因素、结构自身因素影响,保证结构能够达到设计要求,在规定的使用年限内,在各种环境条件作用下,不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观。

在海洋工程中,对混凝土的耐久性要求极高,港口码头工程,特别是接触海水、盐水工程,破坏更严重,破坏的主要部分是防波堤、土墙、码头栈桥等[2]。在这些受侵蚀的混凝土结构中,相对于其位于稳定水位线以下经受长期侵蚀溶液作用的部分,位于地下水位、库水位变动区以及浪溅区的部分,由于受干湿循环作用,混凝土劣化机理要复杂的多。所谓干湿循环作用是指混凝土处于连续浸泡状态(湿状态)和空气中干燥状态(干状态)的交替作用。服役于海洋工程中的混凝土结构中的潮汐区和浪溅区部位很容易受到海水的侵蚀,因为处于潮汐区域的混凝土长期承受干湿循环,而海水中又存在硫酸盐,所以造成潮汐区和浪溅区的混凝土处于硫酸盐侵蚀和干湿循环的双重作用环境中,很容易发生破坏。

因此,干湿循环下硫酸钠溶液结晶加速了位于潮汐区和浪溅区域的混凝土的损伤破坏,从而危机了整个混凝土结构的服役寿命,因此有必要研究干湿循环下硫酸钠溶液结晶导致混凝土损伤破坏问题,从而为针对处于这种环境作用下的混凝土提高结构设计质量,延长其使用寿命提供参考或者借鉴。

2 干湿循环作用下水分传输研究现状

混凝土干湿循环作用下受盐侵蚀时,水分是盐在混凝土内传输的载体,由环境温湿度变化引起的水的蒸发会导致混凝土的干湿循环条件下产生盐结晶,导致混凝土孔隙开裂,进而使得材料中的介质(如水、气体或者离子)的传输性能提高,从而加速盐对混凝土的侵蚀。而在润湿过程中,混凝土中的毛细孔会发生吸水作用能快速将水分迁移进混凝土内部,如果混凝土孔隙中含有盐结晶,将引起混凝土材料性能劣化。

2.1润湿过程

润湿过程中,混凝土中毛细管的虹吸作用能快速将水分迁移进混凝土内部,目前混凝土在润湿过程中的理论研究主要集中于:确定混凝土在润湿过程中的水分扩散系数与饱水度之间的关系,运用相对湿度与饱水度之间的关系转化可以得到水分扩散系数与相对湿度之间关系,确定边界条件,通过建立润湿过程中的水分传输方程,运用有限差分数值方法或有限元方法计算得到距离表面不同位置处的饱水度分布随着时间变化的关系。

混凝土在润湿过程中,混凝土的含水特征通常用水分含量与水的能量状态表示,水分含量通常用饱水度s表示,能量状态通常用孔隙毛细压力pc或相对湿度h表示,pc与饱水度s之间的关系通常称为水分特征曲线。

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