论文总字数：35273字

摘 要

在海洋环境下服役的混凝土因外部环境条件的严酷，会发生较为严重的耐久性问题，而处于潮汐区和浪溅区的混凝土构件更容易受到破坏，这是由于位于潮汐区的混凝土长期承受干湿循环，而海水是一种具有多种离子的盐溶液，因此位于潮汐区的混凝土在干湿循环的作用下，盐结晶行为造成的耐久性问题更为严峻，影响海洋环境下混凝土的服役寿命。因此研究干湿循环下盐结晶对混凝土的破坏具有重要的意义。考虑到多种离子可能具有交互作用，为了减少干扰，本文主要对干湿循环下盐结晶对混凝土的损伤模式进行研究并初步建模。

首先，本文探究了混凝土在干湿循环模式下的水分传输机理，建立了混凝土在干湿循环过程中的传输方程，列出了文献中混凝土孔结构对传输系数的影响。并求解了一定初始条件下，润湿过程中混凝土的水分传输的一维传输模型，得到了混凝土饱和度随时间的分布。对离子传输方面，本文探究了混凝土在干湿循环模式下离子的传输机制，根据不同影响机制的主导作用对混凝土离子传输进行区域划分，并给出了对流区离子累积传输的迭代模型。

其次，根据国内外学者的研究，分析了在干湿循环下盐溶液结晶作用下混凝土的破坏机理以及破坏方式，表征了无限大平面过饱和溶液结晶时的结晶压应力，考虑了混凝土的孔的形状和尺寸对盐结晶压应力的影响，掌握给定孔结构的混凝土盐结晶行为下的平均盐结晶压应力计算。盐结晶压力对混凝土造成了损伤，该损伤对传输系数的影响也列入考虑。

最后，根据干湿循环下水分、离子的传输规律，以离子累积迭代模型为基础，通过传输影响结晶、结晶产生破坏影响传输的循环机制，初步建立了干湿循环盐结晶对混凝土的损伤流程。结合实验论证了不同盐溶液的结晶破坏的机制存在差异，进行了一次循环的应用。

关键词：混凝土，干湿循环，盐结晶，破坏机理，损伤表征。

Abstract

The structure concrete in marine environment is easily to be attacked because of the harch environment, due to the wave action, drying-wetting cycles. Because combination of drying-wetting cycles with crystallization of salts could be one of the detrimental factors to the service life of structure concrete. Consequently, it is important to inveterate the damage process and corresponding mechanism of concrete subjected the coupling action of drying-wetting cycles and crystallization of sulfates. Considering that multi irons may have interaction, to reduce the influence of it, this paper will fasten on preliminary modeling of concrete damage subjected to coupled action of crystallization of salt and drying-wetting cycles

Firstly, the moisture transport process was analyzed during the wetting and drying process. And then, the moisture transport equation during wetting and drying process was established. The concrete degree of saturation distribution under certain initial and boundary conditions was calculated. As to the irons transport, we explored the mechanism of irons transportation during wetting and drying process, and divided the concrete area by the basis of leading mechanism, established the iteration model of irons transportation.

Secondly, according to the study of domestic and foreign scholars, the concrete damage mechanism and damage form under crystal attack in wet-dry cycles was analyzed. The crystallization pressure was characterized when the supersaturation solution of the infinite plane crystallized. And then, the effect of the size and shape of concrete pore structure on crystallization pressure was considered. Finally, the average crystallization pressure when a given pore structure concrete crystallized was calculated. And also, the influence of the damage to transportation is into consideration.

Finally, based on the rules of moisture and irons transportation, based on the irons iteration model, according to the circles between transportation and crystal damage, Preliminary establish the modeling of concrete damage subjected to coupled action of crystallization of salt and drying-wetting cycles. Combining the test results, we proved the differences between different salts, and calculated one cycle.

Keywords: Concrete, Wet-dry cycles, crystallization, Damage mechanism, damage representation.

目录

摘要 I

Abstract II

1.1 研究背景及意义 4

1.2 国内外研究现状及存在的问题 5

1.2.1干湿循环作用下水分传输研究现状 5

1.2.1.1润湿过程 6

1.2.1.2干燥过程 7

1.2.2 干湿循环作用下离子传输现状 9

1.2.3盐结晶侵蚀破坏机理及结晶应力 10

1.2.3.1 盐结晶侵蚀破坏机理 10

1.2.3.2 盐结晶产生的应力计算 11

1.2.4 当前研究存在的问题 13

1.3 本文研究的内容本文的主要研究思路和主要内容 14

1.3.1本论文的研究思路 14

2.1混凝土在干湿循环过程中的水分传输 15

2.1.1 干湿循环过程中混凝土水分传输的机理 15

2.1.2 干湿循环过程中混凝土水分等效传输系数 17

2.1.3 混凝土在润湿过程饱水度分布数值计算 22

2.2混凝土在干湿循环过程中的离子传输 24

2.3.1 干湿循环中混凝土离子传输的机理 25

2.3.2 干湿循环过程离子累积模型及分布计算 25

2.3.3累积量试算 27

2.3小结 27

3.1干湿循环盐结晶作用下混凝土的破坏机理及破坏模式 28

3.1.1 干湿循环下盐结晶对混凝土的破坏机理 28

3.1.2 干湿循环下盐结晶对混凝土的破坏模式 30

3.2盐结晶应力计算及混凝土缺陷表征 31

3.2.1无限大平面盐结晶应力表征 31

3.2.2孔径大小以及孔形状对硫酸盐结晶压应力的影响 31

3.2.2.1 圆柱形孔孔径大小对盐结晶压应力的影响 32

3.3.2.2 球形孔孔径大小对盐结晶压应力的影响 33

3.2.3 混凝土孔径分布对盐结晶压应力的影响 33

3.2.4 盐结晶损伤产生的体积应变及孔隙率表征 35

3.2.4.1单个球形孔开裂判据 35

3.2.4.3 混凝土盐结晶损伤后传输性能表征 37

4.1 模型试算 38

4.1.1 干湿循环盐结晶累积缺陷模型思路 38

4.2 模型分析 43

4.2.1干湿循环中盐结晶迭代模型适用范围分析 43

4.2.2干湿循环盐结晶累积缺陷模型的可调控性分析 43

4.3 模型应用 43

4.3.1干湿循环盐结晶模型计算示例及分析 43

5.总结与展望 45

参考文献： 45

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

混凝土材料是工程中用量最多的建筑材料，也是主要的结构材料，广泛用于桥梁、大坝、高速公路、工业与民用建筑等结构中，当今我国已进入到大规模的建设以及高速发展的时期。由于水泥混凝土有着价格低廉、耐久性好与施工便捷等优点，在未来相当长的时间内仍是不可替代的土木工程材料之一^，。

海洋工程是海洋环境开发中的核心，21世纪以来，我国大兴土木，港口码头以及跨海大桥等海洋工程发展迅速。作为当代五大工程材料(混凝土、砌体、钢材、木材、合成材料)中用量最大,应用范围最广的材料，混凝土在海洋环境中的耐久性问题也收到了广泛的关注，引起了人们的高度重视。

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