海洋大气区预应力混凝土氯离子传输时间相似关系研究

海洋大气区预应力混凝土内氯离子在现场环境与实验室内传输的过程有所不同.为探究二者的时间相似关系,本文基于相似理论,以连云港某港区在役混凝土构件为参照物,制定室内人工气候模拟加速试验制度,并浇筑12根与现场构件材料、受力相似的试验梁进行盐雾喷淋侵蚀.通过检测现场和室内试验构件中的自由氯离子含量并计算其表观氯离子扩散系数,以时间衰减系数为工具,分析水胶比、预应力张拉水平、粉煤灰掺量对氯离子扩散的影响,得出预应力混凝土内氯离子传输的时间相似系数表达式,并利用实际工程验证该表达式的准确性,说明基于相似理论的预应力混凝土内,氯离子传输的时间相似关系可用来研究海工预应力混凝土结构耐久性寿命预测问题.     

硫酸盐环境下氯离子在预应力混凝土中的传输

合理确定氯离子扩散系数,对研究预应力混凝土在沿海及西部盐碱地区环境下的耐久性具有重要意义.基于相似理论,综合考虑毛细孔隙率、硫酸根抗压抗蚀系数、氯离子结合能力、时间依赖性常数等影响,提出氯离子在预应力混凝土受硫酸盐侵蚀下的扩散模型,并对各影响因素进行了分析.通过试验值与模型计算值的对比,发现试验值与模拟值吻合良好.研究结果表明:孔隙率、应力水平影响系数及时间依赖性常数对氯离子在预应力混凝土中的扩散性能影响较大,其次是硫酸盐抗压抗蚀系数,最后是硫酸盐影响下的氯离子结合能力.研究发现:孔隙率的减小能有效地提高预应力混凝土抗氯离子侵蚀能力.     

干湿时间比对海工混凝土结构氯盐扩散的影响研究

为了探究海洋环境干湿交替区混凝土结构中氯离子扩散规律,将干湿时间比量化,对应连云港港口泊位现场环境与结构状况设计进行干湿交替区的混凝土构件在不同干湿时间比和不同压应力水平下的室内氯盐加速侵蚀试验,以混凝土内部扩散区的氯离子扩散系数和表面氯离子浓度作为侵蚀指标,将室内加速试验与现场试验的结果对比,分析干湿时间比和应力水平对氯离子扩散的影响.结果证明室内试验取得良好的加速侵蚀效果,试验结果表明对于干湿交替区的混凝土结构,干湿时间比对氯离子扩散的影响十分显著,不同的干湿时间比甚至将氯离子扩散系数提高2倍,其影响力远高于压应力水平.     

非饱和混凝土氯离子传输模型及特性分析

根据氯离子在混凝土中的传输机制,考虑干湿交替过程中水分传输的差异,推导得出氯离子在非饱和混凝土中传输的对流-扩散控制方程。试验结果与模型计算结果吻合良好。计算结果表明：自由氯离子浓度随着干湿循环次数的增加而增加,对流区深度、表面氯离子浓度和峰值氯离子浓度随着干湿循环次数的增加而增加并逐渐趋于稳定,根据计算结果回归得出各指标随干湿循环次数的变化方程。     

水灰比和应力水平对混凝土中氯离子传输的影响

为了得出水灰比和应力水平对氯离子在预应力混凝土内的传输的影响,以水泥砂浆中的氯离子扩散系数为纽带,建立了混凝土中氯离子扩散系数与水灰比的关系.引入应力水平对氯离子扩散系数的影响函数,通过试验拟合得到该影响函数的表达式,得出一定水灰比和应力水平下混凝土中氯离子扩散系数的计算模型.设计两组不同水灰比的预应力混凝土构件和普通混凝土构件,对其进行氯盐侵蚀试验,在侵蚀3个月后检测构件中的自由氯离子含量并计算表观氯离子扩散系数.结果表明,由该模型得到的氯离子扩散系数理论值与试验值的误差在可接受的范围内,说明本文计算模型具有较高的可靠性.     

暴露和浸泡混凝土氯离子结合能力相关性研究

在盐湖现场暴露和长期浸泡环境下进行了混凝土腐蚀试验,分别测定了不同试验环境下混凝土构件在不同深度的总氯离子含量(Ct)和自由氯离子含量(Cf),运用了回归法分析盐湖卤水浸泡和盐湖现场暴露环境下混凝土氯离子结合能力的相关性系数KR与其扩散深度、混凝土抗压强度的相关性.分析结果表明:氯离子结合能力相关性系数KR随着混凝土抗压强度的增加而降低;对于混凝土抗压强度小于58.6 MPa时,其KR值均大于1.2且随着氯离子扩散深度的增加而增大,当混凝土抗压强度为80.6 MPa时,其KR值仅为0.8且随着氯离子扩散深度的增加而降低.因此,为了更准确的预测盐湖现场环境下的实体结构的寿命,需要利用RE=2.687e-0.0142fc+(0.0111-0.0002fc)xRI将室内环境下的氯离子结合能力换算成现场环境下的氯离子结合能力.     

环境类型与氯盐浓度对矿渣混凝土表面氯离子浓度的影响

采用化学分析方法测定了掺加10%~70%磨细矿渣的混凝土在青海盐湖卤水、3.5%NaCl+5%MgSO4溶液和3.5%NaCl溶液等3种氯盐环境中不同暴露时间的自由氯离子浓度分布,研究了不同环境类型与氯盐浓度对矿渣混凝土表面氯离子浓度的影响。结果表明,矿渣混凝土的表面氯离子浓度随着氯盐浓度增大而增大;暴露环境的离子成分越复杂,混凝土表面氯离子浓度越大;矿渣混凝土的表面氯离子浓度随着暴露时间延长呈非线性函数关系增加。     

冻融循环次数与风积沙掺量对混凝土氯离子扩散的影响

用储量丰富的风积沙部分或全部代替普通河砂制备了风积沙混凝土,采用加速试验并通过化学分析方法测试了在氯盐腐蚀环境下遭受冻融的不同风积沙替代量(0、20%、40%、60%、80%、100%)混凝土的氯离子浓度,计算了风积沙混凝土的氯离子结合能力、氯离子扩散系数,并借助X射线衍射分析(XRD)对试验样品进行物相分析.结果表明,在氯盐环境下遭受冻融的风积沙混凝土自由氯离子浓度随冻融次数增加逐渐增加,氯离子结合表现为Langmuir非线性吸附,并引入结合能力系数k来表征风积沙混凝土的氯离子结合能力;随着冻融次数的增加,不同风积沙掺量混凝土的氯离子扩散系数逐渐减小,75次冻融后混凝土的氯离子扩散系数随风积沙替代量的影响较小,冻融循环次数与风积沙替代量对混凝土氯离子扩散系数的影响存在耦合关系.     

考虑骨料表面强化的再生混凝土内氯离子传输细观数值模拟

采用纳米强化再生骨料表面的措施来改善再生骨料性能,建立多相再生混凝土细观数值模型,进行氯离子在再生混凝土内部传输的模拟和试验验证,并预测了氯盐环境下再生骨料表面强化混凝土耐久性寿命。结果表明:数值模拟得到的氯离子在再生混凝土内的分布与试验结果吻合较好;同一深度处,越靠近骨料表面,氯离子浓度越大,其中未强化再生骨料表面的氯离子浓度要大于强化再生骨料表面的氯离子浓度;增加保护层厚度可以有效提高纳米强化再生混凝土在氯盐环境下的耐久性寿命;随纳米包裹层氯离子扩散系数的减小,再生混凝土的耐久性寿命有所增加。     

海洋环境下珊瑚混凝土的表面氯离子浓度规律

采用自然扩散法研究了珊瑚混凝土在模拟海水环境中的氯离子扩散行为,探讨了养护龄期、暴露时间、强度等级和环境差异性对珊瑚混凝土表面氯离子浓度的影响。结果表明：在海洋环境中,珊瑚混凝土的表面氯离子浓度随着暴露时间的延长而呈乘幂的增长,随着养护龄期的延长而下降,随着混凝土强度等级的增加而下降;海水环境下,C50珊瑚混凝土的表面氯离子浓度比相同条件下的C50普通混凝土高出约3．5倍,且增长速率远远高于普通混凝土;在相同的养护龄期与暴露时间,我国南海实际岛礁环境中立方体试件的表面氯离子浓度比实验室数据要高出60％～90％,实际工程中珊瑚混凝土结构的表面氯离子浓度数值比较稳定,比实验室数据高出1．2～1．6倍。因此实际海洋环境下的珊瑚混凝土结构,为了保证结构强度并考虑氯离子扩散的影响,应尽量延长养护时间,有利于提高珊瑚混凝土的服役寿命。     

非饱和混凝土氯离子传输模型及参数分析

实体工程中大多数混凝土结构由于干湿交替作用处于非饱和状态,研究非饱和混凝土中的氯盐侵蚀对混凝土耐久性具有重要的意义.根据氯离子在混凝土中的传输机制,考虑干湿交替过程中水分传输的差异,推导得出氯离子在非饱和混凝土中传输的对流-扩散控制方程.采用精度高的Crank-Nicolson格式对水分扩散方程、氯离子对流-扩散方程进行差分,并用MATLAB软件编程进行数值求解.试验结果与模型计算结果吻合良好,通过参数敏感性分析结果可知,氯离子浓度随着混凝土表层孔隙饱和度和干湿比的增加而减小,当混凝土初始饱和度为0.3时氯离子浓度最高.     

沿海混凝土结构氯离子对流区深度计算模型

沿海干湿交替环境下的氯离子传输方式和影响机理等问题是混凝土耐久性研究的主要内容,描述混凝土内部氯离子传输行为的计算模型通常由偏微分方程组成,求解方法较为复杂。为了简单而相对精确地分析氯离子的传输过程,本文提出了计算修正Fick定律模型中对流区深度参数Δx的新途径,通过综合考虑混凝土细观尺度组成、环境温度场变化、水分迁移和氯离子传输等因素,建立起干湿交替区域氯离子传输的计算模型,依据该模型可以较为准确地得到Δx的数值,进而对不同服役环境中的氯离子传输展开分析,根据计算结果给出考虑服役时间、日平均气温和干燥湿润时间比等参数的对流区深度Δx时变公式。这些公式提高了预测干湿交替环境中氯离子传输的修正Fick定律模型的适用性与准确性,可为干湿交替环境中的混凝土结构耐久性设计提供了简单有效的计算方法。     

基于随机细观骨料的钢筋表面氯离子浓度概率分布研究

氯盐侵蚀诱发钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构耐久性失效的主要因素之一。研究钢筋表面氯离子浓度概率分布对于预测海洋工程的服役性能具有十分重要的意义。通过引入随机厚度的界面过渡区,建立了包含骨料、界面过渡区以及砂浆的三相混凝土细观模型。在此基础上,结合氯离子扩散理论,建立了氯离子扩散细观数值模型。研究结果表明,骨料对氯离子的扩散具有阻碍作用,增加了氯离子的扩散路径。通过对6 000个钢筋表面氯离子浓度的模拟结果进行统计分析,发现:当骨料率为40%(体积分数)时,钢筋表面氯离子浓度呈双峰分布;当骨料率小于40%时,钢筋表面氯离子浓度近似呈正态分布;随着骨料率的增加,钢筋表面氯离子浓度不断减小,变异系数不断增大。     

Modeling of chloride ion ingress in coastal concrete

The behavior of chloride ions introduced into concrete from concrete surface by marine environment and by use of marine aggregate was analyzed for a coastal concrete structure. A mathematical model including the diffusion of chloride ion in aqueous phase of pores, the adsorption and desorption of chloride ions to and from the surface of solid phase of concrete, and the chemical reactions of chloride ions with solid phase was presented. Finite element method was employed to carry out numerical analysis. Quantitative analysis was conducted to measure the distribution of the free chloride ion concentration in aqueous phase of concrete with potentiometric titration based on ASTM D 1820. The concentration profiles of chloride ions predicted by the mathematical model agreed favorably with the measured data. The results of this study may be used to predict the onset of reinforcement corrosion and to identify the maximum limit of chloride ions contained in concrete admixtures.     

混凝土寿命加速实验方法与预测

基于寿命加速实验的相似理论,采用多通道变电压氯离子渗透实验装置对混凝土进行了加速寿命实验.氯离子的摩尔浓度的负对数(pCl)与其浓度电位呈线性关系.氯离子渗透经过一段非线性阶段后,阳极溶液中氯离子浓度随时间的延长呈线性增加.利用寿命加速实验获得的加速曲线,预测氯离子自然渗透达到临界浓度时所需的时间.结果表明:保护层厚度为25 mm的混凝土的寿命为25.47～26.38a,该寿命加速实验方法可用于预测混凝土的寿命.     

冰冻海水环境下混凝土表面涂层长期暴露试验研究

本文通过对暴露长达10年的表面涂层混凝土试件和青岛市胶州湾大桥实体结构进行涂层粘结强度、氯离子浓度等测试,对涂层应用在混凝土结构上的长期防护效果进行了研究。结果表明:在冰冻海水环境暴露10年后,大气区、浪溅区和水变区混凝土表面涂层的粘结强度均超过1.5 MPa,符合现行规范要求;在浪溅区和大气区环境下,涂层对海工混凝土的长期防护效果较好,但在水变区环境下涂层的防护效果相对较差;有涂层混凝土试件的表观氯离子扩散系数与无涂层混凝土在水变区环境下已无明显差别;大桥实体结构中有涂层混凝土的表面氯离子浓度较无涂层混凝土降低了2.3~3.9倍,且涂层对于实体结构的抗氯离子长期侵蚀效果稍弱于小尺寸混凝土试件。     

双十二烷基对苯二甲酰胺丙酸钠的合成与性能研究

以十二胺、丙烯酸甲酯、对苯二甲酰氯等为主要原料经加成、酰胺化、皂化等反应合成了酰胺型羧酸盐Gemini表面活性剂——N,N′-双十二烷基对苯二甲酰胺丙酸钠(SDPA-12)。经单因素考察酰胺化反应得出最佳工艺条件为:n(N-十二烷基-β-氨基丙酸甲酯)∶n(对苯二甲酰氯)=2.2∶1,35℃回流反应8h,收率68.7%;经红外光谱、元素分析和核磁共振波谱对产物结构进行了确认。性能测定表明,25℃时SDPA-12的表面张力为27.09mN/m,临界胶束浓度为1.83×10-5mol/L。