预估混凝土氯离子分布的新方法

氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀是沿海地区钢筋混凝土结构失效的一个主要原因.目前在应用Fick定律进行氯离子扩散分析时,一般不考虑混凝土对氯离子的固化作用以及扩散系数在服役期间的变化.本文基于Fick第一、第二扩散定律,提出了一种简单而可靠的推算氯离子质量分数的方法.该方法考虑了混凝土对氯离子的线性固化,以及扩散系数在服役期间的变化.根据一个自然环境中对混凝土试件现场氯离子质量分数试验的数值分析发现,混凝土中的氯离子质量分数随服役时间的增加而增加,随扩散深度的增加而减少.氯离子扩散系数是一个随时间、扩散深度和氯离子质量分数变化的变量.     

自密实再生混凝土氯离子渗透性能时变规律

为了研究暴露时间对自密实再生骨料混凝土(RA-SCC)抗氯离子渗透性能的影响,并比较其与天然骨料混凝土(NA-C)和自密实天然骨料混凝土(NA-SCC)的抗氯离子渗透性能的差异,将三种混凝土在NaCl溶液中进行浸泡并测定其自由氯离子扩散系数和表面氯离子浓度.结果表明:三种混凝土的氯离子扩散系数随暴露时间的衰减规律符合幂函数变化规律,当混凝土强度等级提高时,RA-SCC表面氯离子扩散系数的时间依赖指数增大,这点与NA-SCC相同而与NA-C相反;三种混凝土的表面氯离子浓度随暴露时间增长规律同样遵循幂函数变化规律,当暴露时间超过60 d时,混凝土表面的氯离子浓度增长不再显著.     

基于渗透性的混凝土力学和耐久性能指标相关性试验

通过开展掺矿物掺和料混凝土力学和耐久性能指标的试验测试,研究不同龄期混凝土氯离子扩散系数与单方水泥用量、单方胶凝材料用量、立方体抗压强度、碳化深度以及动弹性模量间的相关关系.试验结果表明:单方胶凝材料用量与84 d龄期混凝土氯离子扩散系数线性相关性良好;混凝土氯离子扩散系数均随立方体抗压强度的提高而降低,84 d立方体抗压强度与不同龄期混凝土氯离子扩散系数线性相关性良好;混凝土氯离子扩散系数均随碳化深度的提高而提高,碳化深度与84 d龄期混凝土氯离子扩散系数线性相关性良好;不同龄期混凝土氯离子扩散系数均随84 d龄期动弹性模量的提高而降低.     

面层厚度对梯度结构混凝土扩散性能的影响

为了研究面层厚度对梯度结构混凝土(gradient structural concrete,GSC)扩散性能的影响,制备了4种不同厚度的GSC试件;通过海洋环境模拟试验及氯离子分布测试,拟合出GSC的氯离子浓度扩散系数,以研究面层厚度、曝露时间对扩散系数的影响;基于相似性原理,借鉴复合材料中二元串联结构热扩散系数模型,建立了考虑面层厚度变化的GSC的氯离子扩散系数时变模型.结果表明:GSC体系的氯离子扩散系数随面层厚度的增加而下降,并且逐渐趋于平缓;GSC体系氯离子扩散系数则随曝露时间的延长而减小,最后也趋于稳定.     

海工混凝土结构钢筋表面去钝化时间的预估方法

根据Fick第二扩散定律和有限差分原理，建立了综合考虑混凝土的氯离子结合能力、混凝土边界氯离子浓度的累积变化以夏氯离子扩散系数在服役期变化的预测混凝土氯离子浓度分布的理论模型，从而可以根据混凝土临界氯离子浓度算出海工混凝土结构钢筋表面去钝化时间．     

收缩裂缝对混凝土氯离子渗透及碳化的影响

采用大板开裂方法制备了收缩裂缝宽度为0.07 mm、0.1 mm、0.2 mm、0.4 mm和0.62mm的混凝土试件,对养护7 d的不同尺度裂纹混凝土海水浸泡腐蚀30 d,以及快速碳化14 d。测试混凝土裂缝处及周边区域的碳化深度、自由氯离子及总氯离子浓度。试验结果表明：混凝土的自由氯离子与总氯离子均随裂缝宽度增加而呈二次函数增加。氯离子在裂缝处的迁移速度高于周边区域,但收缩裂缝尖端增加了氯离子结合能力,降低了自由氯离子浓度。当收缩裂缝宽度小于0.07mm,混凝土裂缝区域碳化深度没有变化。当收缩裂缝宽度小于0.1 mm,混凝土氯离子扩散系数与碳化深度增加幅度很小;此后,随裂缝宽度增加,混凝土氯离子扩散系数与碳化深度均快速增加。此外,混凝土裂缝处碳化深度比周边区域高3 mm左右。     

混凝土中氯离子渗透的试验与细观数值分析

采用试验研究与数值模拟相结合的方法,从细观角度研究了粗骨料含量、界面区和孔隙率等对混凝土中氯离子渗透性能的影响。通过氯离子扩散系数快速测定RCM试验和压汞试验,分析了不同粗骨料含量、水胶比、孔隙率与氯离子扩散系数的关系;通过编写程序建立混凝土细观随机骨料模型,进而对氯离子的扩散性能进行数值模拟,分析了粗骨料含量和界面区等细观参数对氯离子渗透扩散的影响。结果表明：数值模拟与试验结果吻合性较好,验证了细观数值模型的有效性;氯离子扩散系数随粗骨料含量的增加而降低;混凝土孔隙率随水胶比的增加而增大,进而增加混凝土的渗透性;混凝土的渗透性能随着界面区厚度和界面区扩散系数的增加而增大。     

三重因素作用下矿渣混凝土抗氯离子侵蚀性能研究

利用自然浸泡法研究了持续荷载—干湿循环—氯盐三重因素耦合作用下矿渣混凝土的抗氯离子侵蚀性能.结果表明,在三重因素作用下,掺加矿渣的混凝土各深度的自由氯离子含量均小于未掺加矿渣混凝土的.掺加矿渣混凝土的表观扩散系数小于未掺加矿渣混凝土的,未掺加矿渣混凝土的表观扩散系数为掺加矿渣各组混凝土表观扩散系数的2～3.5倍.掺量为60％组的混凝土表观扩散系数最小.随着浸泡时间的延长,各矿渣掺量混凝土的表观扩散系数逐渐减小.表观扩散系数随矿渣掺量的增多先降低而后增大.当矿渣掺量为52％时,表观扩散系数取得最小值.     

胶州湾海底隧道衬砌混凝土服役寿命预测

胶州湾海底隧道是中国自行建造的第2条海底隧道,其设计服役寿命为100a。分析了海底隧道衬砌混凝土的服役环境,建立了综合考虑氯离子扩散、碳化和弯曲荷载影响的服役寿命预测模型。调查了海底隧道现行施工里程的混凝土耐久性关键参数,建立了海底隧道混凝土氯离子扩散系数与回弹强度间的函数关系,通过预测模型计算了混凝土中氯离子随时间的演化规律及衬砌混凝土服役寿命。结果表明：隧道衬砌混凝土的保护层厚度波动值-4（-6）～＋15mm,标准养护衬砌混凝土氯离子扩散系数均值为2．1（2．7）×10^-12m2／S,混凝土中初始氯离子浓度小于0．35kg／m3。隧道衬砌混凝土氯离子扩散系数与回弹强度呈线性函数关系,施工里程内氯离子扩散系数波动为1．5～3．5×10^-12m2／S。基于模型计算,胶州湾海底隧道左右线衬砌混凝土的服役寿命均超过100a。     

劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区的氯离子传输

研究了不同尺度劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区环境作用下的氯离子浓度分布、氯离子传输以及钢筋锈蚀规律.试验结果表明:劈裂裂缝在制备过程中存在裂缝回复,裂缝宽度应以卸载后位移传感器获得的裂纹宽度值为准.裂缝混凝土氯离子浓度随深度增加而下降,然后在10 mm深度以下形成稳定段.裂缝区域稳定段氯离子浓度随裂缝宽度增加而呈指数函数增加,裂缝周边区域稳定段氯离子浓度则随裂缝宽度增加而线性增加;但与裂缝区域氯离子增加幅度相比,其增加幅度不明显.裂缝宽度大于0.05 mm,30d海洋暴露后混凝土裂缝面氯离子渗透深度近50 mm,沿垂直裂缝面向内平均渗透20 mm左右,钢筋表面锈蚀率快速增加.裂缝混凝土氯离子扩散系数与混凝土抗氯离子扩散能力、裂缝密度(包括裂缝的基体宽度/裂缝宽度)、裂缝对氯离子结合性能密切相关.当裂缝密度小于70时,裂缝混凝土氯离子扩散系数线性增加;距裂缝位置越近,混凝土氯离子扩散系数增加越大;裂缝越宽,其对混凝土影响范围越大.     

电化学除氯过程钢筋网周围电场与氯离子分布特征试验研究

探明电化学除氯过程混凝土内部的电场分布特征有利于研究混凝土除氯后的氯离子非均匀分布现象。为进一步研究电化学除氯过程中混凝土内部电场对氯离子迁出的影响,将一种屏蔽式预埋电极阵列应用于内蕴氯盐的钢筋网布置混凝土试件电化学除氯试验中,探究钢筋网周围电场及氯离子的分布特征。结果表明,混凝土内电场分布影响氯离子的迁出,电场强度大的区域,氯离子迁出速率高,残余氯离子浓度低;电场强度小的区域,氯离子迁出速率低,氯离子存在堆积现象。     

暴露时间和扩散深度对混凝土氯离子结合能力的影响

进行了现场海洋大气盐雾环境中混凝土的暴露试验,分别测定了混凝土试件不同深度的总氯离子浓度和自由氯离子浓度,深入研究了混凝土在海洋大气盐雾环境下氯离子扩散过程中的自由氯离子浓度和结合氯离子浓度的经时变化特征.同时考察了各个暴露时间和扩散深度时的氯离子结合能力,运用回归分析探讨了暴露时间和扩散深度对混凝土氯离子结合能力影响的规律性.结果表明,氯离子结合能力与暴露时间符合幂函数关系,与扩散深度满足三次多项式函数关系.数值拟合计算值与实测值吻合,证明了拟合函数的有效性.     

混凝土表面氯离子浓度时变规律试验研究

采用氯盐浸泡试验,定期检测了混凝土表面处的氯离子浓度,并对数据进行了拟合分析,研究了混凝土表面氯离子浓度随时间的变化规律,分析了氯盐溶液浓度、水灰比和粉煤灰掺量对表面氯离子浓度大小及其累积速率的影响。结果表明,表面氯离子浓度随时间的增加逐渐增长并最终达到稳定状态。随着氯盐溶液浓度的增加,表面氯离子浓度将更快地达到稳定状态,表面氯离子浓度也相应增大;水灰比越大,表面氯离子浓度累积速率越快,表面氯离子浓度越大;掺入粉煤灰可加快表面氯离子浓度的累积速率,表面氯离子浓度随粉煤灰掺量的增加而增大。通过对现有模型的比较与修正,提出了一个更为完善的模型。     

Chloride binding isotherm from migration and diffusion tests

Chloride binding is often described by chloride binding isotherm, which is closely related to the service life of concrete structures in chloride environments. Many methods have been proposed to determine chloride binding isotherm. Compared to other methods, chloride binding isotherms obtained directly from nonsteady-state diffusion tests seem closer to the reality. We studied the chloride binding isotherm from both nonsteady-state electrical-accelerated migration and diffusion tests at different temperatures. Twelve concrete mixes with different supplementary cementing materials and water-to-binder ratios of 0.35, 0.48 and 0.6 were cast for study. The specimens after diffusion (or migration) tests were sliced layer by layer, and acid-soluble and free chloride contents of each layer were measured. A chloride binding isotherm was obtained from one specimen. Experimental results indicated that electrical voltage had a slight effect on the chloride binding isotherm of concrete. Temperature had a positive effect on chloride binding. The higher the water-to-binder ratio was, the higher the chloride binding was.     

铁、钙复合处理印染废水中低浓度磷的试验研究

对氯化钙、氯化铁处理低浓度含磷废水进行了研究.结果表明：采用氯化钙做除磷剂时,控制参数为pH=10,最佳投药量为7.56 mg/L,总磷最高去除率达到36.4%;采用氯化铁做除磷剂时,控制参数为pH=6,最佳投药量为4.92 mg/L,总磷最高去除率达到65.4%;采用氯化钙、氯化铁联合处理时,控制参数为pH=8,氯化钙和氯化铁最佳投药量为4.98 mg/L时,总磷最高去除率达到83%.     

混凝土中氯离子扩散数值研究

针对混凝土氯离子扩散系数以及表面氯离子浓度受时间效应的影响,采用COMSLOL有限元软件对氯离子扩散过程进行数值模拟,将预测结果与实测试验结果相比较,验证该方法是一种有效的氯离子扩散分析方法.考虑实际环境中氯离子扩散受时间因素及不同氯侵蚀环境因素影响,分别对不同水灰比及不同龄期下的混凝土氯离子扩散进行模拟,为分析近海和除冰盐环境下结构混凝土中氯离子浓度分布提出了一种新的预测方法.     

氯盐环境下桥梁混凝土结构的腐蚀行为及破坏机理

为了解决氯盐导致钢筋混凝土结构耐久性破坏的问题,通过测试处于氯盐侵蚀环境中混凝土内部Cl-含量、pH值及含碱量的分布规律,探讨了氯盐对混凝土结构的腐蚀行为和破坏机理;揭示了氯盐侵蚀下钢筋混凝土曲线桥梁过早劣化的机理,并对此类病害的防治及治理提出了合理建议。结果表明：干湿循环条件下,大量Cl-侵入混凝土内部并且到达钢筋表面,造成钢筋锈蚀、混凝土胀裂,且随Cl-含量增加,混凝土PH值下降,含碱量增大;在含有Cl-的区域,混凝土PH值均降低;氯盐入侵后,增大了混凝土碱骨料破坏的可能性,混凝土内部孔结构发生了明显粗化。     

水灰比与水泥用量对混凝土Cl-结合能力的影响

测定了混凝土颗粒样品与氯化物溶液之间的物理吸附和化学结合作用，研究了混凝土的水灰比和水泥用量对其氯离子结合能力的影响规律。结果表明：混凝土对氯离子结合的等温吸附曲线，整体上符合于Freundlich非线性吸附关系，其中，物理吸附亦服从于Freundlich非线性吸附关系，而化学结合则符合线性吸附关系，给出了氯离子结合等温吸附的相关参数。进一步进行的研究指出，水灰比一定时，混凝土的水泥用量越多，其氯离子结合能力越大；水泥用量一定时，水灰比越大，则混凝土的氯离子结合能力也就越大．