[发明专利]预应力混凝土氯离子扩散系数多尺度预测模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种预应力混凝土氯离子扩散系数多尺度预测模型的构建方法，其特征在于将混凝土视为由不同尺度材料构成的水泥基复合材料，从小尺度的硬化水泥浆体开始，逐步过渡到大尺度的混凝土，依次建立起不同尺度水泥基材料的氯离子扩散系数预测模型，然后考虑预应力混凝土内部预应力对其氯离子扩散的影响，最终建立预应力混凝土的氯离子扩散系数多尺度预测模型。该法从水泥基材料的多尺度结构组成出发，研究了预应力水平对氯离子扩散的影响，建立的预应力混凝土的氯离子扩散系数多尺度预测模型对预应力混凝土的抗氯离子渗透研究和耐久性设计有着十分重要的意义。

技术领域

本发明属于预应力混凝土氯离子扩散系数的预测方法，尤其涉及一种预应力混凝土氯离子扩散系数多尺度预测模型的构建方法。

背景技术

混凝土是一种由水泥、粗骨料和细骨料等组成的非匀质、多尺度结构的材料，且内部存在很多孔隙和微裂缝，这些孔隙为有害物质进入混凝土内部提供了通道。氯离子侵入钢筋混凝土内部可以造成钢筋的严重锈蚀，进而影响结构安全。氯离子在混凝土内部传输是一个复杂的过程，其传输过程受到混凝土本身尺度结构组成的影响，此外，混凝土的龄期、温度和内部应力水平等因素都对氯离子传输有重要的影响。

当下，预应力混凝土结构被广泛应用于公共基础建设，预应力混凝土结构内部的预应力能够更好的防止混凝土裂缝的发生及控制开裂宽度，所以被认为其耐久性能要优于钢筋混凝土结构。然而，与普通混凝土结构一样，预应力混凝土结构长期在不利的使用环境如氯离子侵蚀作用下其功能将逐渐衰退，直至最终达到破坏。普通混凝土结构的耐久性失效一般经历钢筋锈蚀、混凝土局部开裂、混凝土大面积纵向开裂、结构失效等几个阶段，破坏前有明显的预兆，而与普通混凝土结构不同，预应力混凝土结构的耐久性失效有如下特点：一方面预应力能够控制混凝土裂缝的发生及开展宽度，因此，预应力混凝土结构的耐久性比普通混凝土结构好，更多适用于恶劣的工作环境；另一方面，恶劣的工作环境存在多种侵蚀作用的耦合作用，加剧了预应力结构侵蚀破坏的可能性，此外由于预应力筋断面小且长期处于高应力状态，其应力腐蚀及氢脆腐蚀现象突出，预应力筋自开始腐蚀至失效历时很短，破坏形式通常表现为无任何先兆的脆性破坏。预应力混凝土结构的耐久性比普通混凝土结构有更多及更高的要求。

已有的实际工程经验和试验研究表明钢筋锈蚀是普通混凝土破坏的主要原因，混凝土内部钢筋锈蚀的主要与氯离子有关，混凝土中的氯离子来源于原材料的“混入”与环境“渗入”两类。“混入”是指掺用含氯离子外加剂、使用海砂、施工用水含氯离子等，而“渗入”是在后期使用过程中环境中的氯离子通过混凝土的宏观、微观缺陷渗入到混凝土中，并到达钢筋表面，从而发生相关反应导致钢筋锈蚀。一般认为，氯离子对钢筋的锈蚀机理，可以分为以下几类：

破坏钝化膜：混凝土中钢筋表面的钝化膜只有在高碱性环境中才能稳定，当pH值11.5时，就开始进入不稳定状态；而氯离子是很强的去钝化剂，当其吸附于钢筋钝化膜处时，就会降低该处的pH值，从而破坏钢筋表面的钝化膜。

形成腐蚀电池：氯离子在钢筋局部处破坏钝化膜，使钢筋露出了铁基体，形成阳极，而完好的钝化膜处为电池的阴极。作用的结果是在钢筋表面产生蚀坑，蚀坑发展十分迅速。

去极化作用：其化学反应为：

F_e²⁺+2Cl^-1→F_eCl₂

F_eCl₂+2OH^-1→F_e(OH)₂+2Cl^-1

在上述反应中，Cl^-1不被消耗，进入混凝土中的Cl^-1会一直对钢筋起到破坏作用，这是混凝土内部渗入Cl^-1后的危害特点之一。