关键词：
预应力混凝土结构
干湿交替区
环境-时间相似模型
氯离子扩散系数
寿命预测
摘要：
现代预应力混凝土结构(简称PC结构)相较于传统的混凝土结构(简称RC结构)或钢结构,不仅在结构性能方面有着明显的优势,还具有节材、节能和经济等众多优点,被广泛应用于土木工程领域。然而在服役过程中,由于环境中氯离子、二氧化碳等有害物质的侵蚀,预应力筋与普通钢筋极易锈蚀,这些耐久性问题严重制约着PC结构的使用范围和使用效果,尤其是在氯离子含量较高的沿海环境。受海水长期侵蚀的影响,PC结构内部会提前出现耐久性问题。相对于单纯的干燥或润湿环境,氯离子在干湿交替区侵入混凝土的速度明显加快,导致混凝土内钢筋更容易发生电化学腐蚀。本文在国家自然科学基金项目“海工预应力混凝土结构耐久性试验相似理论探索与工程应用研究(51278230)”的资助下,采取现场取样与人工气候模拟加速试验相结合的方式,探索干湿交替区PC结构在氯离子侵蚀过程中的耐久性劣化问题。主要内容如下：(1)制定干湿交替区人工模拟加速试验方案。基于经典相似理论,分析连云港港口地区服役结构所处侵蚀环境的各参数影响,确定三种主要环境影响参数：温度、氯离子浓度与干湿比。对比已有理论,确定一种相似度较高的模拟海洋环境的侵蚀制度与干湿交替区人工模拟加速试验方案；(2)研究氯离子在现场结构与实验室混凝土内传输规律。开展干湿交替区PC构件人工加速模拟试验,通过对连云港港口地区的PC结构现场取样与对实验室内人工模拟加速侵蚀试验环境下试件定期取粉检测,采集不同深度下混凝土内自由氯离子含量。对比分析试验数据,得到应力、水胶比及干湿比对混凝土耐久性能的影响；(3)建立环境-时间相似模型。由相似性理论及Fick第二定律,并考虑干湿交替区混凝土内对流区深度x'对氯离子扩散的影响,得出现场结构与人工气候模拟环境下试件在扩散系数与时间上的相似系数计算公式：根据已有的龄期衰减系数模型,考虑应力比的影响,对已有模型进行修正。利用现场取样与人工气候模拟加速试验的数据进行拟合,得出不同应力状态、应力比下,预应力混凝土试件的龄期衰减系数模型：拉应力试件：nA=(0.7-0.3√η)(2.5W/B-0.6+ 2·%FA),压应力试件：nB=(0.9·e-0.15η)(2.5W/B-0.6+1.5·%FA),无应力试件：nC=2.5W/B-0.6+2·%FA;(4)基于环境-时间相似模型,提出现场PC结构耐久性寿命的预测方法。以连云港港口60号泊位PC结构为例,利用室内人工模拟加速试验结果,分析得到该港口现场环境与室内加速试验环境下,氯离子侵蚀的时间相似系数λ。=7.55。根据该结果和应用方法,设计多种工况代入环境-时间相似模型计算得出：每提高混凝土保护层厚度5mm,海工PC结构寿命延长约30%左右；水胶比每降低0.05,寿命延长约10%左右。
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