潮差环境下混凝土中氯离子扩散时变性试验

以自然海洋潮差区环境条件下暴露时间分别为60,120,240,360,480,600d的混凝土现场试验结果为基础,计算了5种水灰比混凝土的氯离子扩散系数;以60,120,240,360,480d的氯离子扩散系数测量结果,推导了潮差环境下混凝土中氯离子扩散系数的时变模型,并以该时变模型计算了暴露600d后混凝土中氯离子扩散系数及自由氯离子含量,验证了该时变模型的适用性.结果表明:水灰比越大,混凝土中氯离子扩散系数在前期衰减的经验系数m越小,即对降低混凝土氯离子长期扩散性能的效果越差,因此减小水灰比能有效降低混凝土的长期氯离子扩散性能;暴露600d后混凝土中氯离子扩散系数降低幅度已经很小,基本趋于稳定;得到的混凝土氯离子扩散系数时变模型能较好地反映潮差环境下混凝土中氯离子侵蚀过程.     

35%荷载、干湿循环对混凝土氯离子扩散系数的影响

采用盐湖卤水分别进行长期浸泡、干湿循环、浸泡-35%荷载腐蚀试验,定期检测了混凝土不同深度的自由氯离子含量,应用二维氯离子扩散定律和Fick第二定律计算了混凝土氯离子扩散系数和混凝土的寿命,分析了水灰比和试验环境对表面氯离子扩散系数的影响。结果表明,氯离子扩散系数随着水灰比的增大而增大,与长期浸泡相比,干湿循环和施加35%荷载都加速了混凝土表面氯离子扩散系数,干湿循环的效果更明显,在盐湖环境下采用高强混凝土是提高混凝土耐久性的有效方法。     

海工混凝土使用寿命预测研究

在前人关于混凝土中氯离子迁移的影响因素的研究成果基础上，以Fick第二定律为基本模型，引入了混凝土中氯离子扩散系数的时间修正因素、吸附修正因素、温度修正因素、应力和裂缝状态修正因素等，结合可靠度理论，建立了海工混凝土寿命预测模型及其计算软件SLPMC，并将其应用于实际工程混凝土的设计计算和寿命预测。     

海洋环境下混凝土自由氯离子扩散系数试验

采用自然扩散法研究了普通混凝土、粉煤灰混凝土和矿渣混凝土在模拟海水环境中的氯离子扩散特性,探讨了养护龄期、暴露时间及矿物掺合料掺量对混凝土自由氯离子扩散系数的影响.结果表明:混凝土的自由氯离子扩散系数随着暴露时间的延长呈幂指数降低,而且其时间依赖性与养护时间及矿物掺合料掺量有关;当养护龄期达到730 d、粉煤灰和矿渣掺量(质量分数)分别达到30％和45％时,混凝土的自由氯离子扩散系数随暴露时间的降低速度最快;延长养护龄期及掺加粉煤灰和矿渣,对于降低混凝土的长期自由氯离子扩散系数具有重要的作用.     

持续荷载下混凝土的氯离子扩散性能研究

基于实际海洋环境暴露条件,研究了力学荷载作用下混凝土中的氯离子扩散性能.以Fick第二定律理论为基础,用误差函数对混凝土中随深度变化的氯离子含量分布进行了曲线拟合,从而得到氯离子表现扩散系数,并以此表征氯离子在混凝土中的传输性.分析了氯离子的扩散系数与原材料、配合比、暴露环境以及力学荷载间的关系.结果表明,力学荷载对海洋环境下混凝土中的氯离子传输性能有显著影响,在利用氯离子扩散模型预测暴露海洋环境下混凝土结构的使用寿命时,需要考虑荷载因素的影响.     

长期暴露混凝土结构中的氯离子侵入研究

根据混凝土中氯离子浓度曲线评价暴露在海洋或道路除冰盐环境下的混凝土结构钢筋腐蚀风险,是一个可靠而有效的方法。对暴露26a的码头和暴露21a的挡浪坝钻取了一批直径100mm的混凝土芯样,同时在实验室制作了三组配合比的混凝土试件进行对比试验。对暴露混凝土的原始资料和环境条件进行了分析,在实验室测定了芯样和试件中的氯离子分布,根据氯离子分布曲线对氯离子扩散系数进行了评价,分析了材料因素和环境因素对氯离子分布的影响。结果表明：实际暴露混凝土中氯离子扩散系数随暴露时间衰减明显;混凝土所处的局部环境造成表层氯离子分布形态有差异;但受混凝土暴露整体环境的影响,混凝土内部氯离子分布则比较一致;混凝土质量差异对氯离子侵入的影响需经过长时间暴露后才能得以反映。图8表8参14     

浸泡与暴露混凝土损伤规律的关系

研究了C30、C50和C80在盐湖卤水长期浸泡和现场暴露环境下的损伤变化规律,分析了试验环境与混凝土强度和腐蚀时间对相对动弹模量的影响,建立混凝土构件的腐蚀时间与相对动弹模量及浸泡与暴露的混凝土损伤的换算方程.试验结果表明：混凝土在长期浸泡试验比现场暴露环境强度损伤的更快.混凝土构件Erl强化的时间与混凝土构件强度等级为负相关关系.混凝土强度等级与损伤加速度A1和损伤速度A0分别呈正指数和负指数函数关系,混凝土强度等级与损伤加速度的换算系数KAI和损伤速度的换算系数KVI呈指数函数关系,可通过换算系数和浸泡损伤加速度A1和损伤速度A0预测实体工程的相对动弹模量.     

海工混凝土的氯离子扩散性与寿命评估

通过现场海洋曝露试验和实验室海水浸泡试验,采取分层取样和化学分析方法,应用氯离子三维扩散理论,研究了普通混凝土和高性能混凝土在海洋大气区、潮汐区、水下区和实验室海水浸泡下的C1-扩散系数变化规律.结果表明,混凝土的C1-一扩散系数随着曝露时间的增加而降低,高性能混凝土的抗C1-扩散性优于普通混凝土.在Khatri计算模型的基础上,提出了考虑劣化效应系数的海工混凝土使用寿命计算模型.该模型计算结果与Clear经验模型基本吻合,解决了Khatri计算模型结果与实际寿命不相符的问题.     

水灰比和扩散时间对全浸泡混凝土扩散的影响

为了研究水灰比、全浸泡时间、自由扩散时间对氯离子在混凝土内传输的影响。设计五组不同水灰比的普通混凝土构件,对其进行氯盐浸泡试验,浸泡1、2、4、8周和在浸泡周期基础上全密封再进行自由扩散分别6个月以及12个月后用混凝土打磨机磨粉,采用硝酸银化学滴定法检测构件中的自由氯离子含量,最后利用菲克第二定律拟合表观氯离子扩散系数。试验结果表明:随着扩散时间的延长,自由氯离子含量和扩散系数逐渐降低,全浸泡阶段扩散时间对其影响显著。然而,随着水灰比的增大,自由氯离子含量和扩散系数增大。     

人工气候环境下混凝土氯离子扩散系数衰减速率

根据人工气候环境下的混凝土侵蚀试验测得的混凝土氯离子浓度,基于Fick第二定律,分别计算了侵蚀40、80、120、160、200d后的混凝土氯离子扩散系数,证实了氯离子扩散系数随侵蚀时间增大而减小;引入混凝土氯离子扩散系数衰减速率的概念,并分析计算得到了不同侵蚀时间的氯离子扩散系数衰减速率及其与时间的关系模型.计算结果表明:在人工气候环境下,随侵蚀时间的延长,混凝土氯离子扩散系数衰减速率相应减小.     

人工模拟海洋潮汐区应变硬化水泥基复合材料抗氯盐侵蚀性能

通过人工模拟海洋潮汐区环境,研究了干湿循环时间比(3∶1、85.4∶1)和暴露时间(30、90d)对应变硬化水泥基复合材料(SHCC)抗氯盐侵蚀性能的影响.结合Fick第二定律,进一步分析了SHCC表面氯离子含量和扩散系数的时变规律.结果表明:干湿循环制度对SHCC氯离子侵蚀有显著影响,SHCC表面氯离子含量时变规律符合倒数模型;SHCC表观氯离子扩散系数明显高于其瞬时氯离子扩散系数,SHCC混凝土氯离子扩散系数的时间衰减系数大于C30普通混凝土.     

室内加速与暴露试验混凝土损伤的关系研究

研究了C30、C50和C80SF10在长期浸泡、干湿循环和现场暴露环境下的强度损伤变化规律,测定不同腐蚀时间相对动弹模量,以长期浸泡为标准,分别建立不同暴露试验的损伤加速度和损伤速度与标准环境的转换关系。试验结果表明:混凝土损伤与抗压强度呈反比。与暴露环境相比,长期浸泡和干湿循环都加速了混凝土的损伤,干湿循环更显著;混凝土强度等级与损伤加速度A1和损伤速度A0分别呈正指数和负指数函数关系,混凝土强度等级与损伤加速度的换算系数KA和损伤速度的换算系数KV呈指数函数关系,可通过换算系数和浸泡损伤加速度A1和损伤速度A0预测现场暴露环境和现场暴露-干湿循环环境下的混凝土的相对动弹模量。     

钢纤维掺量对混凝土氯离子渗透性能的影响研究

采用自然浸泡法模拟海洋环境开展钢纤维混凝土氯离子侵蚀试验,研究了钢纤维掺量对混凝土自由氯离子含量、氯离子扩散系数的影响,得到混凝土中自由氯离子含量与氯离子扩散系数都随着钢纤维掺量的增加有先减小后增大的变化趋势;分析钢纤维混凝土氯离子扩散系数的时间依赖性,认为钢纤维混凝土氯离子扩散系数是随着时间的推移而逐渐衰减的;回归计算得出氯离子扩散系数的时间衰减系数,并给出钢纤维混凝土氯离子扩散系数的时间衰减系数的建议值;最终建立了钢纤维混凝土氯离子扩散系数随钢纤维掺量变化的时间衰减模型。     

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。     

钢筋对混凝土中氯离子扩散的阻挡效应预测模型

为了从细观本质上定量分析钢筋对混凝土中氯离子扩散的影响程度,通过开展人工模拟海洋潮汐环境干湿交替作用下混凝土和钢筋混凝土试件中氯离子自然扩散室内物理试验,得到不同扩散时间下试件中氯离子的含量分布.在此基础上,基于细观图像技术定量研究了钢筋间接阻挡效应对氯离子扩散系数的影响.以Fick第二扩散定律误差函数解析解为基础,通过引入钢筋的间接和直接阻挡效应系数来对其进行修正,建立了考虑钢筋阻挡效应的混凝土中氯离子含量预测模型.模型预测值与试验实测值吻合良好,验证了预测模型的正确性.     

粉煤灰掺量对混凝土氯离子扩散系数和碳化速率的影响

通过氯盐浸泡和快速碳化试验,研究了粉煤灰掺量对混凝土氯离子扩散系数和碳化速率系数的影响规律.结合试验数据并通过现有模型对比分析,给出较为合理的粉煤灰影响系数表达式和建议取值.以普通混凝土的氯离子扩散系数为基准,粉煤灰掺量的影响系数kF=D/DF0=4.03 (mF/mF+C)2-2.48 (mF/mF+C)+ 1.02:以普通混凝土的碳化速率系数为基准,粉煤灰掺量的影响系数kFc=1.07exp (2.16mF/mF+C).     

海岸及近海混凝土材料耐久性设计指标的影响参数分析

混凝土的材料组成、养护条件以及工作环境等因素对其耐久性有显著影响。为研究这些因素对混凝土抗氯盐侵蚀性能的影响程度,基于混凝土氯盐侵蚀检测数据库,对表观氯离子扩散系数进行时变性分析;引入多重环境时间相似理论,采用回归、拟合等方法获得暴露环境影响系数k _e、粉煤灰用量影响系数k _FA、矿渣用量影响系数k _SL、水胶比影响系数k _W/B及养护影响参数k_c的拟合式。研究结果表明：水下区对表观氯离子扩散系数有明显的放大效应,浪溅区对表观氯离子扩散系数有缩小作用;水胶比为0.25时混凝土中电迁移系数D _RCM约为水胶比为0.35时的70%;粉煤灰用量占胶凝材料总量的25%时D _RCM可比普通混凝土中降低约40%,矿渣用量为40%时电迁移系数降幅约25%;不养护条件下表观氯离子扩散系数约为充分养护条件下的2倍。利用上述影响系数,建立了表观氯离子扩散系数和电迁移系数之间的转换关系。     

海洋水下区喷射混凝土中氯离子扩散性能研究

喷射混凝土结构是隧道支护的重要组成部分。位于海洋环境中的隧道工程,势必遭受氯离子的侵蚀。采用室内浸泡的方法模拟海洋水下环境,以喷射混凝土与普通混凝土中氯离子扩散性能差异为核心,主要研究混凝土施工方式对混凝土中氯离子扩散性能的影响。试验结果表明:施工方式对混凝土的抗氯离子渗透性能影响显著。相对于普通混凝土,喷射混凝土毛细吸附区深度略大,氯离子浓度峰值约为普通混凝土的2.51倍,氯离子扩散速率较大。加入钢纤维后,喷射混凝土抗氯离子渗透性能有所提高。运用Fick第二定律对喷射混凝土中氯离子含量进行非线性拟合,具有良好相关性,并初步建立了喷射混凝土与普通混凝土氯离子扩散系数的关系。     

基于冻融损伤和表面剥落的氯离子扩散模型修正与应用

基于混凝土氯离子扩散能力与冻融损伤的动态相关性,借助工程调查得到的混凝土结构表面剥落深度计算式,建立了同时考虑混凝土冻融损伤和表面剥落的氯离子扩散修正模型.通过某立交桥桥面板混凝土和胶州湾海底隧道洞口段衬砌混凝土实测数据,对提出的修正模型进行了工程验证和应用.研究表明:在盐冻环境中应用该修正模型的预测结果与实测数据吻合度高,且模型简单,便于工程应用.     

基于BP神经网络的氯离子扩散系数预测模型

氯离子扩散系数是表征混凝土渗透性的重要指标。传统的氯离子扩散系数测试方法各有缺陷,文中尝试通过建立改进BP网络模型,对混凝土氯离子氯离子扩散系数进行预测,对该模型进行训练和仿真后,其所得到的结果与实际测量值相差较小,能够达到模型预测的要求,有较好的工程实际意义。