預應力混凝土結構多尺度多因素耦合的耐久性研究

《預應力混凝土結構多尺度多因素耦合的耐久性研究》是依託東南大學，由塗永明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：預應力混凝土結構多尺度多因素耦合的耐久性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：塗永明
• 依託單位：東南大學

中文摘要

在碳化和氯離子等因素耦合作用下，預應力砼結構功能會逐漸衰退，最終耐久性失效。傳統研究方法通常將微觀尺度的材料耐久性和巨觀尺度的結構耐久性獨立進行研究，未開發出連線微觀到巨觀尺度的一體化預應力砼結構耐久性預測模型；且傳統多因素耦合研究多是根據Fick定律，通過回歸試驗數據而建立的，既忽略CO2和氯鹽在砼孔隙水溶液中的溶解過程，也忽略了試驗箱中侵蝕物質高濃度帶來的體系非理想性，因而不易準確考察砼碳化和氯離子侵蝕耦合作用機理及實現耐久性的準確預測。本項目研究擬建造兩座橋樑：第一座橋樑是化工熱力學模型，通過它可以將微觀尺度多侵蝕因素作用關聯起來；第二座橋樑是擬建立的微觀尺度耐久性指標（例如熱力學模型預測的碳化深度、碳化程度、氯離子濃度等）與巨觀結構材料的強度、應變之間的關係，通過它可以實現微觀尺度研究結果直接用於巨觀結構分析。從而，最終實現構建多尺度多因素耦合的預應力砼結構耐久性預測模型。

結題摘要

耐久性是混凝土材料的重要性能之一，它涉及混凝土結構或構築物的服役壽命和使用安全。但耐久性問題涉及面廣、實際服役環境複雜、多因素耦合試驗缺乏、現有理論不夠完善，故本項目針對四個方面開展了多尺度、多因素耐久性問題的理論分析、試驗研究及精細化數值模擬。 在混凝土及預應力混凝土結構凍融機理及耐久性評估中，材料試驗發現：隨著細觀凍融損傷的增長，混凝土的巨觀抗壓強度呈三段式下降；在預應力構件試驗中，建議寒冷地區軸心預應力構件的凍融預應力損失的取值不小於5%；在有限元模擬分析研究中，開發了一套混凝土細、巨觀凍融損傷的模擬程式，給出了凍融壽命預測的建議方法 。 在對混凝土碳化過程的精細化數值模擬研究中，從化學反應動力學的角度出發，建立了偏微分方程組，並基於骨料級配理論和孔隙機率密度函式，用ABAQUS模擬了二氧化碳在混凝土中的擴散。 在對普通混凝土結構受氯鹽侵蝕的耐久性試驗研究中，開展模擬浸沒區、浪濺區以及大氣區 的複合氯鹽侵蝕試驗，研究不同工況、不同氯鹽侵蝕對混凝土耐久性的影響。 在對氯鹽侵蝕自密實混凝土過程的精細化數值模擬與試驗研究中，首先，分別進行了氯鹽溶液浸泡、氯鹽鹽霧侵蝕和RCM法測氯離子擴散係數試驗。然後對不同齡期的自密實混凝土的氯離子擴散係數進行預測。最後，建立偏微分方程組，並通過ABAQUS二次開發和MATLAB計算，實現了氯鹽侵蝕自密實混凝土的多尺度精細化數值化模型。