一种氯盐环境作用下装配式混凝土及其结合界面设计方法技术

本发明专利技术公开了一种氯盐环境作用下装配式混凝土及其结合界面设计方法，涉及装配式建筑技术领域。所述方法包括：获取第一基体的第一氯离子扩散系数、第二基体的第二氯离子扩散系数、第一基体和第二基体之间的结合界面层的第三氯离子扩散系数；采集结合界面层的最大粗骨科直径；以得到结合界面层的氯离子浓度达到腐蚀临界浓度时氯离子的实际传输距离、结合界面的倾斜角度和凹陷深度；最终构建锯齿状结合界面。本发明专利技术通过量化确定混凝土结合界面的氯离子扩散系数和混凝土结合界面的粗糙度参数，能够定量指导结合界面的处理参数，能够更有效地提高、指导、控制施工质量，显著延长装配式混凝土结构的耐久性和使用年限。土结构的耐久性和使用年限。土结构的耐久性和使用年限。

【技术实现步骤摘要】
一种氯盐环境作用下装配式混凝土及其结合界面设计方法


[0001]本专利技术涉及装配式建筑
，尤其涉及一种氯盐环境作用下装配式混凝土及其结合界面设计方法。

技术介绍

[0002]混凝土结合界面广泛存在于混凝土结构中，如混凝土浇筑过程中的施工缝、沉降缝和伸缩缝等结构缝、预制构件湿法安装过程中的拼接缝以及结构修复加固中新旧混凝土的接缝等。混凝土结合界面由不同混凝土基体、界面层以及界面钢筋共同构成。界面层附近不同混凝土基体的材料性能和水化程度不同，界面层存在变形协调问题，在荷载和收缩作用下，容易形成薄弱环节；另一方面，这些薄弱界面层为有害物质提供了便捷的传输途径，加速了界面钢筋的腐蚀，腐蚀产物的体积膨胀将加剧结合界面损伤，导致结构在结合界面附近耐久性降低甚至失效。由混凝土结合界面耐久性不足引起的失效案例屡见不鲜，严重地影响了结构的适用性能，并威胁结构的安全服役。
[0003]在海洋环境下，装配式混凝土结合界面容易受到氯离子侵蚀而导致钢筋发生腐蚀，严重影响混凝土结构的耐久性能，甚至危害结构的安全服役。因此，氯盐环境作用下混凝土结合界面的耐久性能和安全服役是关系混凝土结构能否长效工作的重要基础，对延长结构使用寿命，实现土木工程可持续发展具有重要的科学意义和社会价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于，提供一种氯盐环境作用下装配式混凝土及其结合界面设计方法，通过量化确定混凝土结合界面的氯离子扩散系数和混凝土结合界面的粗糙度参数，以提升装配式混凝土结构结合界面的耐久性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术实施例提供一种氯盐环境作用下装配式混凝土，包括第一基体和第二基体；所述第一基体和所述第二基体之间的结合界面呈锯齿状；所述结合界面的锯齿的高度和角度，通过所述第一基体和所述第二基体两侧混凝土的氯离子扩散系数，及所述第一基体和所述第二基体之间的结合界面层的氯离子扩散系数获得。
[0006]优选地，所述结合界面的锯齿的高度和角度，还与结合界面层的最大粗骨科直径相关联。
[0007]本专利技术实施例还提供一种氯盐环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，包括：
[0008]获取第一基体的第一氯离子扩散系数、第二基体的第二氯离子扩散系数、第一基体和第二基体之间的结合界面层的第三氯离子扩散系数；
[0009]采集结合界面层的最大粗骨科直径；
[0010]基于表面离子浓度和初始浓度，并根据所述第一氯离子扩散系数、所述第二氯离子扩散系数、所述第三氯离子扩散系数和所述最大粗骨科直径，得到结合界面层的氯离子浓度达到腐蚀临界浓度时氯离子的实际传输距离；
[0011]基于所述实际传输距离，并根据所述第一氯离子扩散系数、所述第二氯离子扩散系数、所述第三氯离子扩散系数和所述最大粗骨科直径，得到结合界面的倾斜角度和凹陷深度；
[0012]根据所述倾斜角度和所述凹陷深度构建锯齿状结合界面。
[0013]优选地，所述第一氯离子扩散系数、所述第二氯离子扩散系数和所述第三氯离子扩散系数是通过对混凝土试件进行RCM试验获得的，所述RCM试验包括：
[0014]取浇筑并养护完成后的第一基体普通混凝土芯体试件、第二基体普通混凝土芯体试件、结合界面层混凝土芯体试件各若干个，并将试件切割成较小的标准试块；
[0015]将所述标准试块放入真空容器中，将所述真空容器中的绝对压力减小至1～5千帕并维持3～5h；
[0016]在保持真空泵工作的同时，将饱和氢氧化钙溶液吸入所述真空容器，浸没所述标准试块；
[0017]浸没所述标准试块1h后给所述真空容器放入空气，浸泡18
±
2h后取出所述标准试块；
[0018]擦干所述标准试块表面的水分，测量所述标准试块得到厚度L；
[0019]将所述标准试块放入RCM测试装置并通电，读取初始电流I0，确定最终电压U及加压时间t，记录RCM测试装置中溶液的初始温度T0和最终温度T1；
[0020]通电结束后，将所述标准试块沿轴向分成两半；
[0021]在所述标准试块的分割面喷涂0.1mol/L的硝酸银显色溶液，显色后读取显色深度d，取每组若干个试件的平均值X
d
；
[0022]取第一基体普通混凝土芯体试件及第二基体普通混凝土试件迁移系数较大的值作为混凝土等效氯离子扩散系数D
con
，取结合界面左右两侧迁移系数较大的值作为结合界面层等效氯离子扩散系数D
face
；并根据以下公式计算非稳态氯离子迁移系数D
nssm
：
[0023][0024]其中，D
nssm
为非稳态下氯离子的迁移系数；T为RCM测试装置中溶液的初始温度T0和最终温度T1的平均值；L为所述标准试块的厚度；X
d
为所有试件渗透深度的平均值；t1为RCM测试装置的通电时间。
[0025]优选地，氯离子侵入混凝土的驱动力以扩散为主，整个侵入过程符合菲克第二定律，其一维扩散的控制方程为：
[0026][0027]其边界条件和初始条件为：
[0028]C|
x
＝0＝C
s
[0029][0030]C|
x
＝∞＝C0[0031]其中，c为保护层的厚度，x为氯离子的扩散深度，t2为氯离子的扩散时长，C
s
为表面离子浓度，C0为初始离子浓度。
[0032]优选地，所述控制方程的解析解为：
[0033][0034]其中，x为氯离子的扩散深度，t2为氯离子的扩散时长，erf表示误差函数：
[0035]优选地，传输时间t后钢筋表面氯离子浓度达到腐蚀临界浓度C
e
，此时氯离子的扩散深度x等于保护层厚度c，氯离子的扩散时长t2等于混凝土寿命，氯离子的扩散时长t2的关系式为：
[0036][0037]在侵蚀时间t后，结合界面层处氯离子浓度为C
e
的实际传输距离c
j
为：
[0038][0039]其中，c
j
为结合界面层处氯离子浓度为C
e
的深度，D
con
为混凝土等效氯离子扩散系数，D
face
为结合界面层等效氯离子扩散系数。
[0040]优选地，将结合界面层传输距离进行α角度旋转，得到倾斜角度α的计算式为：
[0041]其中，D
con
为混凝土等效氯离子扩散系数，D
face
为结合界面层等效氯离子扩散系数。
[0042]优选地，根据所述第一氯离子扩散系数、所述第二氯离子扩散系数、所述第三氯离子扩散系数和所述最大粗骨科直径，得到凹陷深度h的计算式为：
[0043][0044]其中，dx为结合界面层的最大粗骨科直径，D
con
为混凝土等效氯离子扩散系数，D
face
为结合界面层等效氯离子扩散本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氯盐环境作用下装配式混凝土，其特征在于，包括第一基体和第二基体；所述第一基体和所述第二基体之间的结合界面呈锯齿状；所述结合界面的锯齿的高度和角度，通过所述第一基体和所述第二基体两侧混凝土的氯离子扩散系数，及所述第一基体和所述第二基体之间的结合界面层的氯离子扩散系数获得。2.根据权利要求1所述的氯盐环境作用下装配式混凝土，其特征在于，所述结合界面的锯齿的高度和角度，还与结合界面层的最大粗骨科直径相关联。3.一种氯盐环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，其特征在于，包括：获取第一基体的第一氯离子扩散系数、第二基体的第二氯离子扩散系数、第一基体和第二基体之间的结合界面层的第三氯离子扩散系数；采集结合界面层的最大粗骨科直径；基于表面离子浓度和初始浓度，并根据所述第一氯离子扩散系数、所述第二氯离子扩散系数、所述第三氯离子扩散系数和所述最大粗骨科直径，得到结合界面层的氯离子浓度达到腐蚀临界浓度时氯离子的实际传输距离；基于所述实际传输距离，并根据所述第一氯离子扩散系数、所述第二氯离子扩散系数、所述第三氯离子扩散系数和所述最大粗骨科直径，得到结合界面的倾斜角度和凹陷深度；根据所述倾斜角度和所述凹陷深度构建锯齿状结合界面。4.根据权利要求3所述的氯盐环境作用下装配式混凝土的结合界面设计方法，其特征在于，所述第一氯离子扩散系数、所述第二氯离子扩散系数和所述第三氯离子扩散系数是通过对混凝土试件进行RCM试验获得的，所述RCM试验包括：取浇筑并养护完成后的第一基体普通混凝土芯体试件、第二基体普通混凝土芯体试件、结合界面层混凝土芯体试件各若干个，并将试件切割成较小的标准试块；将所述标准试块放入真空容器中，将所述真空容器中的绝对压力减小至1～5千帕并维持3～5h；在保持真空泵工作的同时，将饱和氢氧化钙溶液吸入所述真空容器，浸没所述标准试块；浸没所述标准试块1h后给所述真空容器放入空气，浸泡18
±
2h后取出所述标准试块；擦干所述标准试块表面的水分，测量所述标准试块得到厚度L；将所述标准试块放入RCM测试装置并通电，读取初始电流I0，确定最终电压U及加压时间t，记录RCM测试装置中溶液的初始温度T0和最终温度T1；通电结束后，将所述标准试块沿轴向分成两半；在所述标准试块的分割面喷涂0.1mol/L的硝酸银显色溶液，显色后读取显色深度d，取每组若干个试件的平均值X
d
；取第一基体普通混凝土芯体试件及第二基体普通混凝土试件迁移系数较大的值作为混凝土等效氯离子扩散系数D
con
，取结合界面左右两侧迁移系数较大的值作为结合界面层等效氯离子扩散系数D
face
；并根据以下公式计算非稳态氯离子迁移系数D
nssm
：
其中，D
nssm
为非稳态下氯离子的迁移系数；T为RCM测试装置中溶液的初始温度T0和最终温度T1的平均值；L为所述标准试块的厚度；X
d
为所有试件渗透深度的平均值；t1为RCM测试装置的通电时间。5.根据权利要求4所述的氯盐环境作用...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小蕙，王彦峰，张章亮，王流火，陈辉祥，夏晋，胡淑婷，王洁，李嘉杰，蔡振华，车伟娴，雷翔胜，潘柏崇，王兴华，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：