干濕循環(huán)環(huán)境下現(xiàn)代混凝土性能衰變機理

工程實踐表明，混凝土結構開裂大多是由非荷載因素，即結構內溫度及水分變化引發(fā)的混凝土體積膨脹或收縮，約束條件下導致結構內拉應力大于材料抗拉強度所致。水既是水泥水化的必需物質，同時也和多數(shù)混凝土性能的衰退過程相關聯(lián)。而導致混凝土內部水分發(fā)生劇烈變化的外部環(huán)境最典型的是干燥與濕潤交替的環(huán)境，即通常所說的干濕循環(huán)環(huán)境。因此，混凝土結構在干濕循環(huán)下服役的環(huán)境通常被認為是最典型、最嚴酷、最容易引發(fā)混凝土耐久性問題的外部環(huán)境。本項目針對干濕循環(huán)環(huán)境下混凝土性能衰退研究中存在的問題，在申請人已完成的“現(xiàn)代混凝土材料自身收縮與干燥收縮一體化研究”基礎上，將研究范圍由混凝土單調干燥擴展到干濕循環(huán)，研究干濕循環(huán)環(huán)境下混凝土的變形及其引發(fā)的內應力問題。研究從混凝土干濕循環(huán)環(huán)境下失水收縮和吸水腫脹的內因—“水分含量”出發(fā)，通過研究水分變化與體積變形的關系，建立了能夠統(tǒng)一描述失水收縮和吸水腫脹的物理分析模型；通過測定混凝土試件的自由變形和內部濕度、溫度變化，揭示其變形產生的內部機制；在此基礎上，建立了干濕循環(huán)下混凝土結構水分變化預測計算模型和相應的收縮應力計算模型，研究了干濕循環(huán)參數(shù)、混凝土強度等級對脹縮應力的影響。與此同時，開展了現(xiàn)代混凝土自身與干燥收縮調控研究，提出了以預吸水多孔陶粒與面層永久性纖維水泥模板為技術基礎的普通與高強混凝土收縮調控措施，大幅度降低了中低強度混凝土干燥收縮的致裂風險和高強、超高強混凝土自身收縮的致裂風險。通過對本項目研究結果總結，共發(fā)表各類文章19篇，其中SCI期刊論文13篇，EI期刊論文6篇。

干濕循環(huán)服役環(huán)境是混凝土結構最典型、最嚴酷、最容易引發(fā)混凝土耐久性問題的外部環(huán)境。工程實踐表明，混凝土結構在干濕循環(huán)下破壞的主要形式是初期的結構表面有限條數(shù)的宏觀裂縫的形成和后期有害介質沿裂縫滲入引發(fā)二次化學反應，致使破壞模式逐漸發(fā)展成面層混凝土剝離、脫落、鋼筋外露。鑒于此，本項目擬從研究現(xiàn)代混凝土干濕循環(huán)環(huán)境下失水收縮和吸水腫脹的內因- - 水分含量出發(fā)，通過研究水分變化與體積變形的關系，建立能夠統(tǒng)一描述失水收縮和吸水腫脹的物理模型。通過同時測定干濕循環(huán)下混凝土試件的自由變形和內部濕度變化，深入研究混凝土干濕循環(huán)條件下的變形規(guī)律，揭示其變形產生的內部機制，為建立統(tǒng)一的縮脹預測模型提供理論依據。同時本研究還將建立干濕循環(huán)下混凝土水分變化預測計算模型和相應的收縮、濕脹應力計算模型，并分析干濕循環(huán)參數(shù)、混凝土強度等級對脹縮應力的影響。以期實現(xiàn)干濕循環(huán)環(huán)境下混凝土結構表層開裂的預測、預防與控制。

以濱海環(huán)境橋梁的橋墩為工程背景，擬通過理論、試驗和數(shù)值模擬相結合的方法，探索在干濕循環(huán)和腐蝕環(huán)境長期影響下鋼筋混凝土橋墩抗側向沖擊能力的退化及其計算。以干濕循環(huán)制度和氯離子濃度為控制指標，基于試驗研究干濕循環(huán)和腐蝕環(huán)境對混凝土材料性能的影響；以落錘沖擊試驗獲得橋墩模型在沖擊過程的應變時程曲線，由此計算割線斜率并將其等效為平均應變率。.以應變率為關鍵指標，基于CEB推薦的率型經驗公式確定鋼筋和混凝土的動態(tài)強度以及混凝土動態(tài)斷裂應變，以抗拉區(qū)邊緣混凝土動態(tài)斷裂應變?yōu)槌休d力極限狀態(tài)，建立材料的動態(tài)本構關系，確立鋼筋混凝土橋墩在側向沖擊荷載下的動態(tài)極限承載力計算模型。利用數(shù)值模擬方法，將模型試件層次的研究結果拓展到構件，建立干濕循環(huán)和腐蝕環(huán)境長期影響下鋼筋混凝土橋墩抗側向沖擊動態(tài)極限承載力計算，為處于濱海環(huán)境遭撞擊受損的鋼筋混凝土橋墩剩余承載力評估以及新建橋墩設計提供參考。

本項目以濱海環(huán)境橋梁的橋墩為工程背景，通過理論、試驗和數(shù)值模擬相結合的方法，探索在干濕循環(huán)和腐蝕環(huán)境長期影響下鋼筋混凝土橋墩抗側向沖擊能力的退化及其計算。 通過制作8根混凝土墩柱試件進行通電加速腐蝕后擬靜力加載試驗，研究獲得腐蝕鋼筋混凝土墩柱承受不同形式荷載作用下的性能變化，分析研究初始損傷裂縫、混凝土強度、保護層厚度及鋼筋直徑對保護層內裂紋萌生、擴展及混凝土力學性能的影響。 用有限元軟件Open Sees和DIANA分別對墩柱建立纖維模型單元和二維平面應力單元模型，用不同方法考慮鋼筋腐蝕，分析獲得鋼筋腐蝕對鋼筋混凝土墩柱滯回曲線，骨架曲線，耗能能力，延性，剛度退化，剛度退化等力學性能的影響。 通過以干濕循環(huán)和氯離子濃度為控制指標，基于試驗研究干濕循環(huán)和腐蝕環(huán)境對混凝土材料性能的影響，并通過落錘沖擊試驗完成15根不同腐蝕狀況的鋼筋混凝土墩柱的抗側向沖擊性能的試驗研究。 通過考慮混凝土墩柱的材料率效應，鋼筋腐蝕力學性能退化，鋼筋混凝土腐蝕粘結性能退化以及沖擊侵徹性能，分析得到腐蝕鋼筋混凝土墩柱的極限狀態(tài)計算方法。 利用ANSYS/LS-DYNA對試驗進行數(shù)值模擬，通過鋼筋力學性能的退化模擬鋼筋腐蝕作用，綜合分析獲得腐蝕率和不同腐蝕形式對鋼混墩柱抗側向沖擊性能的影響。在此基礎上進行拓展，分析支座形式、混凝土強度、主筋腐蝕率、撞擊速度和次數(shù)以及撞擊接觸面結構形式等各個因素對其抗側沖擊性能的影響。 使用支持向量機方法對重復荷載下受腐蝕的鋼筋混凝土構件的力學性能進行研究。獲得了基于機理建模的分段型和整體型的回歸公式以及基于黑箱建模的承載力預測模型以及最大裂紋寬度、跨中撓度和剛度的黑箱預報模型。使用支持向量機方法對受腐蝕鋼筋混凝土柱的沖擊性能進行了預報，包括單一通電加速和干濕循環(huán)銹蝕的銹蝕率預預測、沖擊荷載下的鋼筋應變和混凝土應變。 本項目研究獲得干濕循環(huán)和氯離子腐蝕對鋼筋混凝土橋墩抗側向沖擊性能的影響，建立干濕循環(huán)和腐蝕環(huán)境長期影響下鋼筋混凝土橋墩抗側向沖擊動態(tài)極限承載力計算，為處于濱海環(huán)境遭撞擊受損的鋼筋混凝土橋墩剩余承載力評估以及新建橋墩設計提供參考。 2100433B

α衰變

α衰變是一種放射性衰變。在此過程中，一個原子核釋放一個α粒子（由兩個中子和兩個質子形成的氦原子核），并且轉變成一個質量數(shù)減少4，核電荷數(shù)減少2的新原子核。

一個α粒子與一個氦原子核相同，兩者質量數(shù)和核電荷數(shù)相同。α衰變從本質上說，是量子力學隧道效應的一個過程。與β衰變不同，它由強相互作用支配。

衰變產生的α粒子的動能通常為5MeV左右，速度是15,000km/s，光速的二十分之一。因為它質量相對較大，帶兩個單位的正電荷，速度相對較慢（針對其他衰變粒子），所以它們容易與其他原子相互作用而失去能量。因此，它們可以被一層幾厘米厚的空氣幾乎完全吸收。

β衰變

β衰變是一種放射性衰變。在此過程中，一個原子核釋放一個β粒子（電子或者正電子），分為β 衰變（釋放正電子）和β-衰變（釋放電子）。

β-衰變中，弱相互作用把一個中子轉變成一個質子，一個電子和一個反電子中微子。其實質是一個下夸克通過釋放一個W-玻色子轉變成一個上夸克。W-玻色子隨后衰變成一個電子和一個反電子中微子。

β 衰變中，一個質子吸收能量轉變成一個中子，一個正電子和一個電子中微子。其實質是一個上夸克通過釋放一個W 玻色子轉變成一個下夸克。W 玻色子隨后衰變成一個正電子和一個電子中微子。

與β-衰變不同，β 衰變不能單獨發(fā)生，因為它必須吸收能量。在所有β 衰變能夠發(fā)生的情況下，通常還伴隨有電子捕獲反應。

γ衰變

γ射線通常伴隨其他形式的輻射產生，例如α射線，β射線。當一個原子核發(fā)生α衰變或者β衰變時，生成的新原子核有時會處于激發(fā)態(tài)，這時，新原子核會向低能級發(fā)生躍遷，同時釋放γ粒子。這就是γ衰變。

γ射線，x-射線, 可見光和紫外線,都是不同形式的電磁輻射。唯一的區(qū)別是光的頻率，也就是光子的能量。γ光子的能量最高。2100433B