1、海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因是氯離子侵入而導(dǎo)致的鋼筋腐蝕,研究氯離子在混凝土中的擴(kuò)散規(guī)律、建立氯離子的擴(kuò)散模型是對(duì)海洋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性和服役壽命進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)的關(guān)鍵。本文在實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行了高性能混凝土的氯離子一維擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)和水泥砂漿的氯離子二維擴(kuò)散實(shí)驗(yàn);在數(shù)值方面提出了混凝土中氯離子擴(kuò)散場(chǎng)的補(bǔ)償長(zhǎng)度理論,并在此基礎(chǔ)上分別研究建立了基于常擴(kuò)散系數(shù)和時(shí)變擴(kuò)散系數(shù)的氯離子一維和二維擴(kuò)散分析的邊界元法;進(jìn)而通過實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值分析的結(jié)合,根據(jù)實(shí)

2、驗(yàn)結(jié)果得到的氯離子擴(kuò)散參數(shù)建立基于邊界元法的海洋混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命預(yù)測(cè)模型,括此對(duì)海洋混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。
　　 本文主要的研究工作和結(jié)論有:
　　 (1)研究了從高性能混凝土中提取并準(zhǔn)確測(cè)定自由氯離子和總氯離子的方法,即使用常溫下蒸餾水浸泡并振蕩24小時(shí)的方法提取高性能混凝土中自由氯離子,使用常溫下15％硝酸溶液浸泡振蕩24小時(shí)的方法提取高性能混凝土中總氯離子,對(duì)自由氯離子和總氯離子的濾液采用本文提出的改

3、進(jìn)的佛爾哈德化學(xué)滴定法進(jìn)行滴定,得到高性能混凝土樣品中的自由氯離子含量和總氯離子含量。
　　 (2)開展了高性能混凝土的氯離子一維擴(kuò)散實(shí)驗(yàn),分析發(fā)現(xiàn)復(fù)合摻加粉煤灰、硅灰和礦渣的高性能混凝土具有最佳的抗氯離子擴(kuò)散能力,普通混凝土的抗氯離子擴(kuò)散能力最差,對(duì)于單摻粉煤灰的高性能混凝土,隨粉煤灰摻量增加,混凝土的抗氯離子擴(kuò)散能力增強(qiáng),但當(dāng)摻量在50％以上時(shí),混凝土的抗氯離子擴(kuò)散能力明顯下降。普通混凝土和粉煤灰高性能混凝土中的自由氯離子與

4、固化氯離子的關(guān)系符合Freundlich等溫方程,方程中系數(shù)α的值與混凝土材料的固化潛力有關(guān),系數(shù)β的值與混凝土材料的初始固化能力有關(guān),分析表明摻加粉煤灰后混凝土的初始固化能力和固化潛力降低。
　　 (3)首次設(shè)計(jì)并進(jìn)行了人工海水環(huán)境下的水泥砂漿二維氯離子浸烘加速擴(kuò)散實(shí)驗(yàn),獲取二維擴(kuò)散后試塊內(nèi)部的氯離子濃度分布數(shù)據(jù),結(jié)果表明,兩個(gè)暴露面的交點(diǎn)及對(duì)角線附近的總氯離子濃度和自由氯離子濃度均明顯增加,說明氯離子會(huì)在混凝土結(jié)構(gòu)相鄰暴露面

5、的交匯處發(fā)生積聚。砂漿試塊中的自由氯離子與固化氯離子的關(guān)系均符合Freundlich等溫方程,擬合得到的砂漿試塊的Freundlich等溫方程中系數(shù)α和系數(shù)β的值均較小,且在擴(kuò)散的不同時(shí)期其Freundlich等溫方程基本一致,說明試塊的固化能力只與實(shí)驗(yàn)材料有關(guān)。
　　 (4)提出了混凝土中氯離子擴(kuò)散場(chǎng)的補(bǔ)償長(zhǎng)度理論,建立了補(bǔ)償長(zhǎng)度表達(dá)式,并分別對(duì)常擴(kuò)散系數(shù)和時(shí)變擴(kuò)散系數(shù)下氯離子一維及二維擴(kuò)散場(chǎng)補(bǔ)償長(zhǎng)度系數(shù)的取值范圍進(jìn)行了分析。

6、
　　 (5)提出了混凝土中氯離子擴(kuò)散分析的邊界元法,建立了邊界元法計(jì)算格式,分析了在邊界元模型中擴(kuò)散場(chǎng)補(bǔ)償長(zhǎng)度系數(shù)的取值,并驗(yàn)證了氯離子擴(kuò)散場(chǎng)補(bǔ)償長(zhǎng)度理論對(duì)于邊界元法的必要性以及補(bǔ)償長(zhǎng)度系數(shù)取值的合理性,并通過算例證明了本論文中建立的基于常擴(kuò)散系數(shù)的邊界元法具有較好的計(jì)算效率和較高的計(jì)算精度。
　　 (6)提出了基于時(shí)變擴(kuò)散系數(shù)的氯離子擴(kuò)散問題的邊界元法,推導(dǎo)出了基于時(shí)變擴(kuò)散系數(shù)的邊界元法計(jì)算格式,分析了在時(shí)變擴(kuò)散系數(shù)

7、下邊界元模型中擴(kuò)散場(chǎng)補(bǔ)償長(zhǎng)度系數(shù)的取值,并通過算例證明了時(shí)變擴(kuò)散系數(shù)下的混凝土中氯離子擴(kuò)散的邊界元法具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)用性,可以更好地分析和模擬實(shí)際情況下氯離子在混凝土中的擴(kuò)散過程。
　　 (7)利用氯離子擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)擬合得到的擴(kuò)散參數(shù)建立邊界元模型對(duì)混凝土中的氯離子分布情況進(jìn)行計(jì)算,其計(jì)算結(jié)果表明氯離子一維擴(kuò)散和二維擴(kuò)散的邊界元模型可以較好地應(yīng)用于實(shí)際工程中混凝土結(jié)構(gòu)的氯離子分布的計(jì)算和分析。
　　 (8)首次利用邊界元

8、法建立混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命預(yù)測(cè)模型,對(duì)海洋混凝土結(jié)構(gòu)在給定條件下的服役壽命進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。結(jié)果表明,常擴(kuò)散系數(shù)下,海洋混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命主要取決于混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù);時(shí)變擴(kuò)散系數(shù)下,海洋混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命主要取決于混凝土的初始擴(kuò)散系數(shù)和齡期衰減系數(shù)。處于氯離子二維擴(kuò)散條件下的海洋混凝土結(jié)構(gòu)的服役壽命與一維擴(kuò)散條件下相比有明顯下降;通過增加混凝土的保護(hù)層厚度可以有效提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性?；诔U(kuò)散系數(shù)和時(shí)變擴(kuò)散系數(shù)邊界元法的海洋混