全时域初值推进边界元法分析氯盐侵蚀下混凝土结构服役寿命

通常采用的分时段逐步推进边界元法在分析氯盐对混凝土的侵蚀问题时存在缺陷。为此,研究建立了全时域初值推进边界元法,据此计算了氯盐侵蚀环境中钢筋混凝土结构的服役寿命,分析了氯离子扩散维数对混凝土中氯离子浓度和服役寿命的影响。研究了分时段逐步推进边界元法计算氯离子扩散时产生问题的原因。算例结果表明：混凝土中氯离子扩散的维数将直接影响到混凝土结构的服役寿命,必须在设计中加以考虑。而且,全时域初值推进边界元法可以消除混凝土中氯离子扩散域内的积分项,避免域内离散,因此与分时段逐步推进边界元法相比,能够简化计算格式,提高迭代收敛过程的稳定性和计算结果的精度,减少计算耗时。     

氯盐腐蚀环境下混凝土结构氯离子渗透与扩散研究综述

氯离子渗透与扩散规律研究是氯盐腐蚀环境下混凝土结构耐久性研究的关键工作,论文主要介绍了氯盐腐蚀环境下混凝土结构氯离子渗透与扩散国内外研究状况。研究表明,建立混凝土结构中氯离子渗透与扩散理论模型必须考虑环境温湿度、混凝土材料劣化效应、混凝土表面氯离子浓度、氯离子扩散系数的时间依赖性、混凝土碳化、混凝土应力状态、混凝土材料对氯离子结合作用等因素,结合具体工程情况判断哪些因素起主导作用,并提出进一步的研究方向。     

矿物掺合料高性能混凝土氯离子扩散特性研究

为研究沿海地区高性能混凝土桩基础的耐久性,采用干湿循环浸泡法对18个高性能混凝土试件进行了氯盐侵蚀试验,分析了高性能混凝土的氯离子浓度分布,得到了高性能混凝土的表面氯离子浓度、氯离子扩散系数的时变方程。在此基础上进行了高性能混凝土氯盐侵蚀的数值模拟,分析了钢筋直径（20、28 mm和36 mm）和保护层厚度（20、30、40 mm和50 mm）对沿海地区高性能混凝土桩基础氯离子浓度分布和氯离子扩散系数的影响,提出了相应的耐久性设计建议。研究结果表明:高性能混凝土毛细管吸附区与氯离子扩散区的位置在0~5 mm之间,高性能混凝土的最大稳定深度为50 mm;随着时间的增长,高性能混凝土氯离子扩散系数逐渐降低,氯离子浓度增长速率拐点为25 mm;相较氯盐侵蚀溶液浓度,氯离子扩散系数与氯盐侵蚀时间的关系更大。结合钢筋的临界氯离子浓度正态分布,建议沿海地区输电工程高性能混凝土桩基础的保护层厚度为70 mm。     

氯盐腐蚀下混凝土服役寿命的可靠度分析

混凝土性能的随机性对混凝土结构的服役寿命有重要影响.在考虑混凝土的氯离子扩散系数和临界氯离子浓度的随机性基础上,利用摄动技术研究建立了混凝土中氯离子扩散分析的摄动随机有限元法,结合混凝土内钢筋锈蚀极限状态方程,建立氯盐腐蚀环境下混凝土结构服役寿命分析的可靠度分析方法.通过算例分析,验证了本研究方法具有较高的计算精度和效率,同时分析了保护层厚度、扩散系数变异性等因素对氯离子扩散过程和混凝土服役寿命的影响.     

荷载裂缝对混凝土中氯离子扩散的影响

混凝土结构中的荷载裂缝会缩短氯离子向钢筋表面传输的路径,导致钢筋局部脱钝起锈。采用二次加载法制作了8个带有自然开裂裂缝的普通混凝土(CO)和掺加矿粉混凝土(CS)试件,在恒温、盐水浸泡条件下进行开裂混凝土中的氯盐传输试验。将硝酸银显色法和电子探针扫描技术分别应用于定位裂缝周围区域氯离子的分布范围和测定氯离子浓度。结果表明,带有自然开裂裂缝的混凝土试件可用于非稳态氯盐传输试验;裂缝中氯离子浓度存在梯度,裂缝宽度增大浓度梯度变小;而缝宽增大会导致裂缝深度增加,因此对氯离子扩散的影响提高;混凝土中掺加矿粉有利于抑制氯离子的传输,对提高混凝土结构服役寿命有利。研究成果可为建立更加准确的开裂混凝土氯离子传输模型提供参考。     

混凝土圆柱中氯离子扩散的数值分析

为了更好地理解氯离子在混凝土中的扩散机制,运用有限差分法,对混凝土圆柱在氯盐环境下服役时的氯离子扩散过程进行数值模拟,模型同时考虑了混凝土圆柱表面氯离子浓度和柱内氯离子扩散系数的时间依赖效应,得到了氯离子在混凝土圆柱截面内随时间变化的浓度分布云图。结果表明:为延长服役寿命,工程实践中可以考虑适时更换钢筋外侧的混凝土保护层,混凝土保护层的更换会产生结构内氯离子浓度的重新分布,可通过减小钢筋附近的氯离子浓度来有效延长结构服役寿命,数值模拟的结果对混凝土结构中钢筋的布筋位置具有指导意义。     

海洋环境下混凝土内钢筋宏电池腐蚀危害及其防治

海洋环境中处于不同结构部位的混凝土所受的氯盐侵蚀不同,造成混凝土内钢筋存在宏电池腐蚀现象。试验结果表明,当试件内氯离子浓度梯度变化过大时,处于过渡区域附近的钢筋电位将会发生偏移且产生较大数值的宏观腐蚀电流。文中采用电化学方法,通过电场作用排除混凝土中的氯离子达到消除腐蚀的目的。工程案例表明,由于氯盐浓度差异引起的电位偏移存在于实际工程结构中,通过电化学修复方法可以有效降低结构中氯盐浓度,同时消除氯离子浓度差异引起的宏观腐蚀电池现象。     

临海既有混凝土氯离子侵蚀及钢筋初锈时间预测

临海混凝土结构承受着荷载和氯盐侵蚀等多种因素的共同作用,工作环境严酷.根据取得的温州市瓯江口一座既有水闸的闸墩混凝土芯样,推定了混凝土的实际配合比;测定了芯样中不同深度处的自由氯离子浓度,分析了在自然环境下该既有水闸闸墩混凝土的氯离子侵蚀规律;基于Fick第二定律和Monte Carlo法,计算了该闸墩混凝土的氯离子扩散系数及钢筋初始锈蚀时间.结果表明：使用5350d的临海水闸闸墩混凝土中存在明显的氯离子对流区,其厚度超过20mm;在多种因素作用下,临海水闸闸墩混凝土抗氯盐侵蚀的性能严重降低,钢筋初始锈蚀的临界氯离子浓度（质量分数）为012%～018%,其初始锈蚀时间约为3000d;采用Monte Carlo法预测自然氯盐环境下混凝土中钢筋初锈时间是可行的.     

混凝土结构钢筋脱钝的随机可靠度分析

根据混凝土临界氯离子浓度和氯离子扩散系数与水灰比、环境温度等的关系式,计算出不同条件下受氯盐侵蚀混凝土结构50年内钢筋表面的氯离子浓度。在分析钢筋混凝土结构钢筋表面氯离子浓度随服役年限关系的基础上,用Monte Carlo方法对钢筋脱钝的随机可靠度进行分析。对保护层厚度、水灰比和环境温度等随机变量对海工混凝土结构钢筋脱钝概率的影响进行探讨。     

混凝土中氯离子–硫酸根离子耦合传输模型

针对氯盐–硫酸盐耦合作用环境下混凝土及其结构的耐久性退化问题,根据硫酸根离子扩散反应机理及氯离子吸附结合机制,利用Fick定律及质量守恒定律,建立了混凝土中氯离子–硫酸根离子的耦合传输模型;以水泥砂浆替代混凝土,开展了混凝土圆柱体试件在单一氯盐、单一硫酸盐及复合氯盐–硫酸盐溶液中的浸泡腐蚀试验,测试了不同浸泡时间时试件中氯离子和硫酸根离子含量,并与模型计算结果进行了对比分析。结果表明,模型计算结果与实验测试结果基本一致;耦合传输过程中氯离子和硫酸根离子之间存在相互抑制作用,且复合溶液中试件内氯离子和硫酸根离子含量分别低于单一氯盐和单一硫酸盐溶液中试件的氯离子和硫酸根离子含量。