北部湾混凝土结构中腐蚀性物质传输机理与抗腐蚀调控设计

Degradation of reinforced concrete structures due to ingress of corrosive sbustances such as chloride and carbon dioxide followed by reinforcement corrosion has been a serious problem in civil engineering for many years in marine environment of Chinese Beibu Gulf with high ambient temperature and high ambient humidity. As a result, the repair costs nowadays constitute a major part of the current spending on infrastructure, and its' service life beyond its design target obviously. The transmission of corrosive sbustances in concrete structures was treated as a linear transmission in traditional research and the heterogeneous and nolinear path of transmission were not considered in transmission mechanism, which makes it very difficult for controlling the transmission of corrosive sbustances quantitatively in concrete structures. A series of experiments for durability of concrete sturctures will be conducted in artificial marine environment of Chinese Beibu Gulf. Combined with theoretical research, results of experiments and numerical simulation analysis, the transmission mechanism, path and model of corrosive sbustances in concrete structures and the nolinear models of transmission control parameters will be developed. Furthermore, the technology of controlling the transmission of corrosive sbustances quantitatively and the method of anti-corrosion control design will be proposed for improving the durablility of reinforced concrete structures in marine environment of Chinese Beibu Gulf.

在北部湾炎热高湿度海洋环境下，混凝土结构常常由于氯离子和二氧化碳等腐蚀性物质的侵入而引发其中钢筋的锈蚀，进而导致混凝土结构的劣化甚至破坏，造成重大经济损失。传统研究通常将腐蚀性物质在混凝土结构中的传输当作线性传输，未考虑传输机理的非各向同性和传输路径的非线性，难以定量控制腐蚀性物质在混凝土结构中的传输，难以开展合理的抗腐蚀调控设计。本项目针对北部湾地区的气候特性和地域特色，通过理论分析、模型试验和数值模拟，揭示腐蚀性物质在混凝土结构中的传输机理和传输路径并建立其二维传输模型，进而建立传输控制参数的非线性计算模型，并通过对混凝土配合比设计参数、构件类型、保护层厚度等混凝土材料和结构设计参数的合理选取与计算，提出阻碍物质传输的定量控制策略，形成北部湾混凝土结构抗腐蚀定量调控设计方法，为增强北部湾混凝土结构的耐久性和延长其服役寿命提供理论和技术支撑。

本项目围绕北部湾混凝土结构中腐蚀性物质传输机理与抗腐蚀调控设计开展研究。在混凝土中腐蚀性物质传输试验、混凝土中腐蚀性物质传输模型和混凝土结构抗腐蚀性能分析与调控设计方法等方面取得了系列研究成果：（1）提出了混凝土试块中氯离子含量三维分布的测试方法，建立电场加速条件下和浸泡条件下高性能混凝土抗氯盐侵蚀性能相关关系模型；提出了硫酸盐二维侵蚀的试验方法并开展试验；研发了分析连续高湿度环境条件下和含侵蚀性二氧化碳地下水环境条件下混凝土碳化规律的方法和装置。（2）揭示了大气区、潮汐区和浪溅区、水下区混凝土中氯离子的传输机理和积聚规律，建立了腐蚀性海洋氯化物环境作用的量化指标体系；揭示了影响混凝土中氯离子、硫酸根离子和二氧化碳等腐蚀性物质传输的关键因素和影响规律，并建立了相应条件下混凝土抗氯盐侵蚀性能、抗硫酸盐侵蚀性能和抗碳化性能的多因素计算模型；提出了混凝土骨料随机投放的双向游走法；提出了混凝土的多相多连域边界元模型；建立了混凝土硫酸盐侵蚀的二维均匀扩散-反应模型和二维非均匀扩散-反应模型。（3）提出了硫酸盐环境下混凝土结构耐久性分析方法，建立了硫酸盐环境下混凝土结构耐久性分析的极限状态方程及相应的服役寿命计算模型，并开展了不同硫酸盐环境条件和不同材料参数下混凝土结构的耐久性分析及服役寿命预测；提出了基于强度和抗氯盐耐久性指标的混凝土配合比设计新方法，实现对混凝土强度和抗侵蚀性能的调控；提出了评价混凝土中钢筋腐蚀等级的概率方法，建立了混凝土电阻率的影响因子的计算模型。相关研究成果在《Construction and Building Materials》、《土木工程学报》、《建筑材料学报》、《混凝土》等期刊上发表和录用论文15篇（SCI、EI收录8篇），获授权发明专利12项，获授权实用新型专利3项，获授权软件著作权3项。联合培养博士生4名，硕士生16名。参编行业标准1部、地方标准3部。