冻融循环下海工预应力混凝土结构的耐久性

从冻融与氯盐侵蚀机理出发,分析了影响预应力混凝土结构耐久性的主要因素;通过试验,测定了不同冻融条件下的氯离子扩散深度.以预应力混凝土氯离子扩散模型为基础,综合考虑冻融损伤、氯离子扩散系数的时间依赖性等因素,建立冻融条件下预应力混凝土结构氯离子扩散模型,并采用Crank-Nicholson格式差分进行数值模拟,运用实测数据验证了模型的正确性.结果表明:冻融循环是引起混凝土破坏的动力;应力水平加速了混凝土的损伤与劣化过程;水化龄期的选取对提高氯盐侵蚀下的混凝土结构耐久性起着非常重要的作用.     

海洋环境下预应力混凝土结构耐久性的参数敏感性分析

对于海洋环境下的预应力混凝土结构,各类结构和环境因素如保护层厚度、氯离子扩散系数、氯离子临界浓度以及表面氯离子浓度等对结构在设计使用寿命内耐久可靠性有着至关重要的影响.基于氯离子的扩散侵蚀机理,结合预应力混凝土结构的耐久性失效特点,建立其耐久性失效的极限状态方程,对各耐久性影响参数的敏感性进行理论分析,并基于各参数的统计分布特征进行Monte Carlo仿真模拟,以对结构耐久性设计及工程质量控制提供参考和依据.     

冻融与氯盐侵蚀作用下预应力结构耐久性试验及数值模拟

为探索预应力混凝土结构在侵蚀环境作用下的耐久性,通过对12根预应力混凝土梁在不同冻融循环次数后进行的氯离子侵蚀试验,主要研究影响冻融与氯盐侵蚀环境下结构耐久性的因素。针对季节性冰冻地区的预应力海工结构耐久性失效特点以及结构耐久性具体要求,综合考虑正负峰值温度差与预应力的影响,提出了冻融条件预应力结构氯盐侵蚀的耐久性分析模型,通过工程实例验证模型的可行性。研究结果表明,采用Crank-Nicholson格式差分进行数值模拟,模拟结果与实际工程检测结果吻合较好;预应力水平和冻融循环次数是影响预应力混凝土梁氯离子扩散的主要因素,冻融损伤严重缩短结构的使用寿命,预应力延缓了混凝土冻融损伤;冻融循环次数越大,扩散深度越深;对于冻融损伤度为24%的混凝土,其氯离子扩散所需的时间是未损伤混凝土的15%~25%。     

氯盐侵蚀下预应力混凝土结构耐久性分析

介绍了氯盐侵蚀下影响预应力混凝土中氯离子扩散的各种因素,并参照试验结果,得出保护层厚度、氯离子扩散速度以及表面氯离子浓度是影响预应力混凝土结构耐久性的三个重要参数。运用可靠度理论,建立了氯盐侵蚀下预应力混凝土结构的耐久性分析模型,并提出了基于一定可靠度水准的耐久寿命预估方法。分析结果表明,保护层厚度对氯盐侵蚀下的预应力混凝土结构耐久性影响最大,另外两种因素次之。     

预应力混凝土结构耐久性试验方法及评述

试验研究是预应力混凝土耐久性研究的重要途径和手段。为了促进预应力混凝土桥梁的耐久性研究，借鉴已有的研究成果，在介绍预应力混凝土结构耐久性研究的重要意义的基础上，分析了国内外试验研究的现状；并重点对国内外进行过的混凝土碳化和氯离子侵蚀试验进行了分类阐述。最后结合现有研究存在的问题对预应力混凝土结构尤其是桥梁结构耐久性试验方法进行了综合评述，并提出了发展方向。     

北部湾海域混凝土结构中氯离子扩散模型研究

混凝土结构的耐久性和服役寿命长期以来一直是一个备受关注的问题,特别是暴露于氯盐环境下的混凝土结构,氯离子的侵蚀就成为影响混凝土结构耐久性的主导因素,因此搭建合理的氯离子扩散模型研究氯离子的扩散规律是研究氯盐环境下混凝土结构耐久性和服役寿命的关键性问题。通过对防城港、钦州港和铁山港三个码头的混凝土结构取样研究,在综合考虑胶凝材料、温度、湿度胶凝材料、混凝土结构养护龄期、暴露氯盐环境龄期、水灰比、结合氯离子等因素对混凝土结构中氯离子扩散系数影响的情况下搭建氯离子扩散模型,并与Life365模型和LNEC E465模型进行对比分析,发现文中所搭建的氯离子扩散模型更加准确反映北部湾氯离子在混凝土内部的传输特性。     

海洋环境下混凝土结构耐久性寿命的概率分析

对连云港码头所处海洋环境下的混凝土结构的耐久性进行了概率分析，采用了一种预测混凝土结构使用寿命的概率分析方法，建立了考虑参数统计特征的混凝土结构耐久性评估模型。结合连云港码头的长期现场检测数据以及国内外参考文献，详细分析了模型参数的统计特性，采用蒙特卡罗模拟方法计算了混凝土结构不同暴露时间下的失效概率及可靠指标，提出了综合考虑GB/T 50476—2019《混凝土结构耐久性设计标准》、最优可靠度以及可靠指标差值Δ三者的概率分析方法。研究了混凝土保护层厚度和氯离子扩散系数对混凝土结构使用寿命的影响。结果表明：混凝土保护层厚度和氯离子扩散系数都对混凝土结构使用寿命有重要影响，相比之下，混凝土结构使用寿命对混凝土保护层厚度的变化更为敏感。     

应力状态下混凝土结构抗氯离子侵蚀的耐久性试验研究

氯离子侵蚀是引起钢筋锈蚀最为直接、严重和普遍的原因,也是影响预应力混凝土结构使用寿命的重要指标。但是目前国内外对氯离子侵蚀的理论分析和试验研究,主要是在单因素侵蚀、无应力状态下进行的,与混凝土结构的实际工作环境不吻合。为此,论文通过对不同应力状态下的混凝土试件进行快速氯离子侵蚀试验,研究混凝土在应力和氯离子侵蚀的共同作用下混凝土耐久性问题。     

混凝土中氯离子扩散性能的深入探讨

氯离子引起的钢筋锈蚀是氯盐侵蚀环境下混凝土结构性能劣化的主要原因。目前,有关氯离子在混凝土中扩散性能的研究绝大多数是以自由氯离子为对象,而对总氯离子在混凝土中扩散性能的研究很少。通过采用自然扩散法对自由氯离子和总氯离子在混凝土中的扩散性能开展研究,探讨水胶比对氯离子扩散性能的影响,考虑氯离子扩散系数的时间依赖性,建立氯离子有效扩散系数与表观扩散系数之间的关系,为更加科学地预测氯盐侵蚀环境下混凝土结构耐久性寿命奠定了基础。     

表面防水混凝土在冻融环境下抗氯离子侵蚀性能研究

氯离子侵蚀是造成混凝土内部钢筋锈蚀,混凝土结构发生耐久性破坏的主要原因。研究冻融损伤对表面防水混凝土抗氯离子渗透性的影响,分别对不同水灰比的普通混凝土和表明防水混凝土开展加速冻融循环试验和氯离子侵蚀试验。试验结果表面,随着冻融循环次数的增加表面防水混凝土的抗氯离子渗透性能降低,氯离子侵入量和氯离子扩散系数急剧增加;但是在相同冻融循环次数下,表面防水混凝土仍较普通混凝土具有更好的抗氯离子渗透性能;对于严寒环境下,对混凝土结构进行表面防水处理是提其抗氯离子侵蚀能力并延长其耐久性的有效方法。     

混凝土裂缝表征方法研究进展及裂缝对氯离子传输影响

氯离子侵蚀导致混凝土中钢筋锈蚀,是钢筋混凝土耐久性劣化的主要表现形式,然而混凝土裂缝的存在将加快氯离子在混凝土中的传输并缩短钢筋混凝土的服役寿命。首先对已有的裂缝表征方法进行了介绍,包括线性位移传感器、图像分析法、CT扫描等。然后综述了带有裂缝的混凝土基体中氯离子扩散的影响因素,重点介绍了裂缝的宽度、水灰比、矿物掺合料、龄期、荷载等因素对氯离子扩散行为的影响。结果表明当裂缝宽度在50~200μm之间时,对氯离子扩散系数的影响最大,在此区间内,氯离子扩散系数随着裂缝宽度的增加而增大;其余因素也对氯离子扩散系数有不同程度的影响。     

混凝土氯离子扩散系数测试方法述评

氯离子是造成混凝土结构耐久性下降的最主要原因之一。在总结国内外常用混凝土氯离子扩散系数测试方法基础上,分析评价了各种方法的原理、特点及使用范围,其中自然扩散法较切合实际工程状况,但试验周期较长,过程较复杂;加速扩散法简单、快速,是目前应用最广泛的方法,因此应根据测试对象选择合适的测试方法。     

混凝土海洋平台氯离子侵蚀试验研究

氯离子向混凝土内部侵蚀是混凝土海洋平台结构耐久性降低的一个主要原因。而高性能混凝土特点是低水胶比及添加活性矿物集料。从而达到改善耐久性能的目的。本文对不同水胶比及掺加粉煤灰、硅灰的高性能混凝土的氯离子扩散系数进行了试验研究，分析了水胶比及粉煤灰和硅灰等活性集料对海洋混凝土结构抵抗氯离子侵蚀的耐久性能的影响，为混凝土海洋平台结构的耐久性设计与评估提供参考。     

Diffusion characteristics of OPC concrete of various grades under accelerated test conditions

Concrete durability mainly depends on the diffusion characteristics of concrete. Chloride ion diffusion is one of the main parameters affecting the durability of Reinforced Concrete Structures. The chloride ion penetration is determined under accelerated diffusion test condition with 12 V (Norwegian method). Depending upon the concrete quality, the diffusion test duration will vary. Generally, high grade concrete will have longer test duration as compared to lower grade concrete. In this paper, OPC concrete of M30, M40, M50, M60 and M75 grades were studied for diffusion properties under different voltages 12, 20, 30, 40, 50 and 60 V. A comparative study was made with standard Rapid Chloride Permeability Test with respective voltages. It has been observed that chloride profile and diffusion coefficient were high in low grade OPC concrete and low for high grade concrete. Minimum test duration was observed at higher voltages. With the increased voltage, the chloride profile and diffusion coefficient were found to be high.     

Obtaining progressive chloride profiles in cementitious materials

The ingress of chloride into concrete is controlled by its absorption and diffusion characteristics. The authors have carried out an investigation to monitor the rate of ingress of chlorides during a 48-week cyclic wetting and drying regime using a variety of cement blends, viz. pulverised fuel ash, ground granulated blast furnace slag, metakaolin and microsilica. Chloride profiles were obtained by analysing concrete dust samples extracted from different depths from the surface that was exposed to the chloride exposure regime. The resistivity of the concrete was determined by measuring conductance between pairs of electrodes, in order to assess if this could be used to determine the presence of chlorides. The water absorption (sorptivity) of the concrete was also measured in order to determine if any correlation existed with the chloride ingress. The chloride profiles depended on both the duration of exposure and the type of cementitious material. A linear relationship was established between the depths to a constant chloride concentration of 0.2% by weight of cementitious material and the square root of time, yielding a rate of chloride ingress coefficient. This coefficient was found to depend on the type of cementitious material. The lowest value was obtained for slag concrete and the highest value was found for the OPC concrete. This corresponded well with the results from the resistivity profiles which indicated slag cement was best at resisting chloride penetration and the OPC concrete the worst. The sorptivity decreased significantly after the testing regime, due to pore refinement caused by continued hydration and the binding of chloride ions, leading to a reduction in continuous porosity. No correlation was found between the sorptivity and the rate of chloride ingress, which indicates that the dominant mechanism responsible for the transport of the chloride ions was not absorption.     

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。     

混凝土真实细观模型的生成及氯离子传输的数值模拟

基于改进的遗传算法和8邻域边界跟踪法,对混凝土断面的数字图像进行处理,得到二值图像并提取粗骨料的边界坐标;根据提取的坐标编写程序,生成浆体集料界面过渡区（ITZ）,得到真实的混凝土细观模型;将得到的混凝土细观模型导入COMSOL软件,模拟海洋水下区氯离子侵入混凝土内部过程,得到不同时刻混凝土内部氯离子浓度云图。研究结果表明：使用的建模和模拟方法所得结果与长期实海暴露混凝土实验结果一致,可以用来研究和评价海洋环境下混凝土的耐久性能;ITZ的存在会加速氯离子向混凝土内部扩散,其厚度越大,扩散过程越快,界面区厚度增大1倍,混凝土表观氯离子扩散系数增大12.3%;对比真实混凝土细观模型与参数化生成的圆形随机骨料模型中氯离子传输模拟结果发现,圆形随机骨料模型中氯离子的浓度总是小于真实细观模型中氯离子的浓度。     

Chloride binding and time-dependent surface chloride content models for fly ash concrete

Corrosion of embedded rebars is a classical deterioration mechanism of reinforced concrete structures exposed to chloride environments. Such environments can be attributed to the presence of seawater, deicing or sea-salts, which have high concentrations of chloride ion. Chloride ingress into concrete, essential for inducing rebar corrosion, is a complex interaction between many physical and chemical processes. The current study proposes two chloride ingress parameter models for fly ash concrete, namely: 1) surface chloride content under tidal exposure condition; and 2) chloride binding. First, inconsistencies in surface chloride content and chloride binding models reported in literature, due to them not being in line with past research studies, are pointed out. Secondly, to avoid such inconsistencies, surface chloride content and chloride binding models for fly ash concrete are proposed based upon the experimental work done by other researchers. It is observed that, proposed models are simple, consistent and in line with past research studies reported in literature.     

基于强度和抗氯盐耐久性指标的混凝土配合比设计及试验研究

氯盐环境严重影响混凝土耐久性,但现行规范通常按照强度要求设计混凝土配合比。为此,研究建立了混凝土的氯离子扩散系数多因素模型,并按照预定的混凝土强度和耐久性要求开展配合比分析和设计。首先选择混凝土的氯离子扩散系数及其龄期衰减系数作为混凝土抗氯盐耐久性能指标参数,研究建立了混凝土耐久性指标参数的多因素计算模型。然后,根据预定的强度指标和耐久性能指标的取值,通过求解代数方程组得到混凝土水胶比和矿物掺合料掺量。进而,结合混凝土的工作性能要求,分析确定混凝土配合比设计主要参数的取值。最后,结合工程实例和正交试验方法开展混凝土配合比试验。研究表明,根据本文建立的混凝土配合比设计方法制备混凝土,能同时满足预定的混凝土强度和耐久性能指标的要求,有效克服了传统理论的缺陷。