混凝土裂缝预防论文提纲

论文题目：海洋环境下服役混凝土结构的维修加固策略研究

摘要：混凝土结构在海洋环境下的基础设施建设中得到了极为广泛的应用。在侵蚀环境和超负荷工作的共同作用下,混凝土结构已经提前出现了开裂、钢筋锈蚀等耐久性不足的问题。为了延长海洋环境下服役混凝土结构的使用寿命、减少结构后期巨额的运营费用,亟需制定合适的、完备的结构维修加固策略。当前,国内外学者已十分关注混凝土结构的维修加固方案研究,然而对结构的最优维修加固时间点及其维护手段等关键问题还未得到统一的认识。鉴于此,在国家自然科学基金项目（No.51378241）资助下,针对海洋环境下的服役混凝土结构,本文给出了基于安全性、经济性和可持续性角度的结构耐久性能动态监测框架,探讨了结合劣化状态指标、动态可靠指标以及经济效益指标的维修加固策略,分析了最优的维修加固时间点和维修加固手段,并从多角度探讨和评价了服役混凝土结构在开裂状态下的裂缝修复方法及其综合性能评价。具体内容如下:1、海洋环境下服役混凝土结构的耐久性能动态监测框架研究。首先,根据海洋环境下服役混凝土结构的退化过程确定了结构的耐久性能劣化监测指标及其评定标度值。其次,给出了基于安全性、经济性和可持续性角度的评估因子以及结构劣化状态的层次化评估值。最后,通过层次化评估值抉择维修加固手段,初步形成了海洋环境下服役混凝土结构的耐久性能动态监测框架。2、基于耐久性能劣化指标的服役混凝土结构维修加固决策方案研究。首先,利用裂缝宽度和钢筋局部锈蚀深度作为耐久性能劣化状态指标,给出了维修加固决策树框架,即当裂缝宽度在0.03mm～0.12mm之间时采取预防性维护措施,当钢筋局部锈蚀深度h达到保护层锈胀开裂时的最大锈蚀深度hmax时进行必要性加固处理。然后,采用Gamma随机过程模拟结构服役过程中的时变失效概率,并将其作为动态可靠指标。最后,综合耐久性能劣化状态和动态可靠指标初步建立了维修加固成本-收益期望的计算模型及其优化模型。以海洋环境下某服役混凝土结构为例,对三种维修加固方案进行了对比分析,结果表明最优的决策方案为先采取预防性维修再进行必要性加固,且预防性维护成本对方案成本最具经济性。3、服役混凝土结构在开裂状态下的裂缝修复方法及其性能评价试验研究。首先,分别选取劈裂法和四点受弯法得到了荷载作用下的两类开裂试件,即预压开裂试件和弯曲开裂试件。其次,对两类开裂混凝土试件分别采用表面封闭法、灌缝法以及微生物修复法（即微生物诱导碳酸钙沉淀,简称MICP）对裂缝进行修复,并利用外观检测和超声波探测对裂缝修复效果进行了初步评价。然后,对修复完成的两类开裂混凝土试件进行快速氯离子迁移试验,精确评价出裂缝的修复效果。上述试验结果表明,以上三种裂缝修复方法均能较好地修复荷载作用下的混凝土裂缝;相比而言,弯曲开裂试件比预压开裂试件的修复整体性要好。在抗氯离子渗透能力提升方面,两类开裂混凝土试件的裂缝修复效果从高到低排序均为:MICP微生物修复法＞表面封闭法＞灌缝法;其中,微生物修复后的预压开裂试件和弯曲开裂试件,它们的氯离子迁移系数分别比不处理试件降低了83.1%和58.0%;表面封闭法对弯曲开裂试件的氯离子迁移系数影响高于预压开裂试件,而灌缝法对预压开裂试件的氯离子迁移系数几乎无影响。最后,通过电镜扫描试验进一步分析了微生物修复法的修复机理,发现微生物细菌诱导出的碳酸钙沉淀是其修复裂缝的主要机理和产物。4、裂缝修复后海洋混凝土结构的耐久寿命分析及综合性能评价。对于海洋环境下的开裂混凝土结构构件,分别采用表面封闭法、灌缝法以及MICP微生物修复法处理后,对修复后的混凝土结构的耐久性能、经济性能以及环保性能等进行了综合评价。分析结果表明:微生物修复法综合效果最优,用该方法修复后的预压开裂和弯曲开裂构件的耐久寿命相较于不处理构件分别延长了约3.2倍和4.5倍;此外其修复成本相较于表面封闭法和灌缝法分别减少了87.5%和81.5%。需要指出的是,上述成本对比分析主要基于室内试验中的材料成本,未涉及实际工程施工中的其它成本,这部分工作需要在后续工作中得到重视。

关键词：海洋环境;服役混凝土结构;维修加固策略;裂缝修复;耐久寿命;综合评价

学科专业：建筑与土木工程（专业学位）

摘要

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外的研究现状

1.3.1 服役混凝土结构劣化过程的研究现状

1.3.2 服役混凝土结构动态监测的研究现状

1.3.3 服役混凝土结构维修加固策略的研究现状

1.3.4 服役混凝土结构裂缝修复方法的研究现状

1.4 本文主要研究内容

1.5 技术路线图

第二章 海洋环境下服役混凝土结构的耐久性能动态监测框架分析

2.1 引言

2.2 服役混凝土结构劣化状态指标的全过程监测

2.2.1 海洋环境下混凝土结构的劣化过程

2.2.2 腐蚀开始阶段

2.2.3 腐蚀扩展阶段

2.3 服役混凝土结构的层次化评估

2.3.1 安全性评价及其评估值UEc

2.3.2 经济性评价及其评估值US

2.3.3 可持续性评价及其评估值UEn

2.3.4 结构劣化状态的层次化评估值U

2.4 服役混凝土结构的动态化维护

2.4.1 维护手段

2.4.2 动态化维护决策

2.5 结构耐久性能动态监测框架

2.5.1 监测框架

2.5.2 算例分析

2.6 本章小结

第三章 基于耐久性能劣化指标的服役混凝土结构维修加固决策方案探讨

3.1 引言

3.2 基于劣化状态指标的维修加固决策

3.2.1 腐蚀开始阶段的预防性维修决策

3.2.2 腐蚀扩展阶段的必要性加固决策

3.2.3 维修加固决策树模型

3.3 基于动态可靠指标的维修加固决策

3.3.1 Gamma随机过程

3.3.2 腐蚀开始、腐蚀扩展阶段的随机发展过程

3.4 维修加固决策的经济-效益分析模型

3.4.1 经济-效益期望分析模型

3.4.2 维修加固决策的多目标优化模型

3.5 算例分析

3.5.1 状态与动态指标分析

3.5.2 优选维修加固决策方案

3.5.3 最佳决策方案的敏感性分析

3.6 本章小结

第四章 服役混凝土结构在开裂状态下的裂缝修复方法及其性能评价试验研究

4.1 引言

4.2 服役混凝土结构的荷载裂缝模拟与制备

4.2.1 混凝土试件的材料

4.2.2 试件的开裂方法

4.3 服役混凝土结构的裂缝修复方法

4.3.1 表面封闭法

4.3.2 灌缝法

4.3.3 微生物修复法

4.3.4 修复效果初步评价

4.4 RCM试验法评价开裂混凝土的裂缝修复效果

4.4.1 RCM试验法的试验流程

4.4.2 氯离子的渗透情况

4.4.3 氯离子迁移系数的计算

4.4.4 机理分析

4.5 本章小结

第五章 裂缝修复后海洋混凝土结构的耐久寿命分析及综合性能评价

5.1 引言

5.2 耐久寿命预测分析

5.2.1 寿命分析模型

5.2.2 蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法

5.2.3 寿命预测值

5.3 综合性能分析

5.3.1 经济性

5.3.2 环保性

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文主要研究结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢