在多因素条件作用下，应力场对混凝土中复合碳化及氯离子侵蚀过程的影响

Reinforcement of concrete structures in marine environment may get corrode under the effect of CO2 and Cl-. External forces will influence the transport of CO2 and Cl- in concretes. Therefore, the corrosion of reinforcement is under the effect of many factors, including forces, carbonation and chloride ingress. However, to-date, study on deterioration of concrete under multiple factors is limited and it is difficult to predict its deterioration in actual environments. This application will study on the influence of individual constant stress field on the progress of carbonation and chloride ingress in concrete under the combined mechanisms of regimes. Content of the project will include to establish a stress, carbonation and chloride ingress model based on experiment results of previous study and theoretical analyses, and to validate and revise the model with laboratory based experiment results; to study the influence of constant stress field on the combined carbonation and chloride ingress in concrete; to evaluate the performances of concrete with different type of cementitious materials under the multiple effects of stress, carbonation and chloride ingress. This study will contribute to establishing a model that can assess the deterioration of concrete under complicated marine environment; offer fundamental support for studying the deterioration of concrete under much more complicated stress field.

在滨海混凝土结构中，钢筋会在CO2和Cl-的作用下发生锈蚀。而结构受到的各种外力作用会影响CO2和Cl-在混凝土中的传输过程。因此，混凝土结构中的钢筋锈蚀受到包括外力，碳化和氯离子侵蚀在内的多因素的共同影响。然而，现阶段国内外对混凝土在多因素作用条件下劣化的研究比较缺乏，现有的知识很难准确的预测混凝土在实际使用时的劣化过程。基于以上现状，本课题将探讨在单一恒定应力场的作用下，复合碳化及氯离子在混凝土中传输机理。主要内容包括：通过前期试验及理论分析，建立应力-碳化-氯离子共同作用下的混凝土劣化模型，并使用实验结果对此模型进行验证与修正；研究单一恒定应力场对混凝土复合碳化和氯离子侵蚀作用的影响；评价采用不同胶凝材料的混凝土，在应力场-碳化-氯离子共同作用下的性能劣化差异。本研究将为建立复杂海蚀环境作用下混凝土的劣化模型奠定基础；为研究在更加复杂的应力场的作用下，混凝土性能的劣化提供支持。

混凝土在使用中会因环境中CO2或Cl-扩散至钢筋位置而引起内部的钢筋锈蚀。此外，实际工程的混凝土还因受到荷载的作用，物质在其中的传输会产生变化，使得现有的基于实验室结果的钢筋锈蚀预测模型可能无法准确指导真实结构的劣化规律。本研究以此为背景探讨了轴向拉压荷载作用下，CO2和Cl-在混凝土中的侵蚀规律。. 项目执行过程中发现混凝土中砂浆、净浆和界面过渡区的传输系数在荷载影响下的变化有差异；在混凝土界面过渡区，气体和离子的传输速度差别不大，其传输系数受外力荷载的影响最为明显；净浆的密实度最高，在所研究的三种不同物相中传输系数最低，在荷载的作用下传输系数的变化相对较小；由于在传输过程中Cl-+6H2O的结构比CO2有较大的尺寸，荷载对Cl-传输的敏感性比CO2高。通过测试复合CO2和Cl-共同作用下，混凝土内部的Cl-分布和pH的变化规律，发现Cl-的存在将降低混凝土内部碳化的速度，但是CO2侵蚀的最深位置却与单一CO2作用时相差不大；由于氯离子的作用，混凝土内部由碳化引起的pH变化规律与单一因素CO2作用下的规律出现了明显的差别，并由此推断酚酞法测试碳化深度，进而判断钢筋是否有由于pH降低导致的脱钝现象在复合CO2和Cl-共同作用下的情况并不适合；碳化过程引起了混凝土内部Cl-的重新分布，而且此分布与碳化导致的混凝土pH变化的程度相关。探讨了XCT技术试验结果的合理分析方法，进而分析了XCT技术在水泥基材料耐久性研究方面的适用领域，结果证明：5%和20%的CO2浓度都引起了材料从表层到底部的密实过程，20%的碳化过程比5%迅速，且未发现有宏观孔尺寸的明显变化；XCT技术在修行了灰度的均一化之后能够定量表征碳化的侵入深度；将样品暴露于海水或165g/L NaCl溶液环境中时，发现了样品表面变得疏松的现象，但此结果并不是由于Cl-侵入的直接结果，分析表面Ca溶出的现象十分明显，是材料变得疏松的主要原因。