一般大气环境基于荷载与环境作用的混凝土中性化研究

本项目以一般大气环境中混凝土结构的中性化为主线，采用实验室模拟试验与现场试验相结合、模型试验与计算机模拟相结合、理论模型分析与工程验证相结合的研究方法，深入系统地开展混凝土结构耐久性退化规律与建模、耐久性设计理论与实用设计方法的研究。由我国南北方气候差异的特点，确定影响混凝土中性化的主要环境因素，结合工程实际，以受荷载的混凝土结构为研究对象，研究混凝土保护层在荷载与环境共同作用下的气体扩散和液体侵蚀介质传输机理，研究不同环境因素影响下混凝土结构的中性化规律，建立一般大气环境中更贴近实际状况的混凝土结构中性化深度预测模型，进而确立混凝土结构中性化的耐久性极限状态，提出混凝土结构耐久性设计的实用方法。本项目瞄准混凝土结构耐久性研究前沿，对于推动结构工程与材料工程的学科交叉与发展、及保证国民经济可持续稳定发展具有重要意义。

处于一般大气环境中的混凝土结构种类繁多，数量巨大。工业化的进程，导致全球大气污染日趋严重，环境中酸性物质的增加使混凝土的中性化问题越来越受关注。本项目以一般大气环境中混凝土结构的中性化为研究内容。. 开展了粉煤灰混凝土快速碳化试验，研究了各种因素对粉煤灰混凝土碳化规律的影响；进行了粉煤灰混凝土酸雨侵蚀模拟试验，采用混凝土表层溶蚀、质量变化、力学性能降低和中性化深度等评价指标研究了粉煤灰混凝土的酸雨侵蚀规律，分析了不同酸雨侵蚀影响因素对评价指标的影响；进行了粉煤灰混凝土SO2侵蚀试验，研究了混凝土外观、质量、中性化深度和混凝土微观结构变化。. 考虑酸雨和CO2的共同作用，在分析混凝土酸雨侵蚀机理、碳化机理以及二者共同作用特点的基础上，设计了酸雨和碳化共同作用试验模式，通过一般大气环境中酸雨侵蚀和碳化共同作用粉煤灰混凝土的耐久性试验，研究了粉煤灰混凝土在酸雨侵蚀和碳化共同作用下的性能退化规律，分析了二者之间的耦合效应，得出了混凝土酸雨侵蚀和碳化共同作用的机理。. 开展了冻融循环和碳化共同作用下的混凝土耐久性试验，分析了冻融循环对混凝土碳化深度的影响，得到了冻融作用下混凝土碳化深度发展规律及碳化深度预测模型。考虑风压对混凝土碳化的影响，探讨了风荷载作用下混凝土碳化深度模型，尝试了风荷载作用下混凝土结构耐久性设计，确定了各分项系数。 . 考虑应力状态对混凝土耐久性的影响，研究了一般大气环境承载混凝土在不同侵蚀介质作用下的耐久性能，通过承载混凝土试件的快速碳化试验、酸雨侵蚀试验、酸雨和碳化共同作用循环试验，分析了弯曲荷载水平对粉煤灰混凝土侵蚀规律及中性化的影响，提出了混凝土中性化弯曲应力影响系数的计算公式。. 以混凝土碳化作用为主，建立了一般大气环境下考虑酸雨作用和荷载影响的粉煤灰混凝土中性化深度预测模型。通过模型计算值和试验结果的比较验证了中性化深度预测模型，计算值与试验结果吻合较好，该模型为一般大气环境下粉煤灰混凝土结构的寿命预测提供了科学依据。