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.     

混凝土在多重因素作用下的氯离子扩散方程

基于Fick第二扩散定律，推导出综合考虑混凝土的氯离子结合能力，氯离子扩散系数的时间依赖性和混凝土结构微缺陷影响的新扩散方程，得到了混凝土的氯离子扩散理论基准模型。建立了考虑多种耐久性因素作用下的混凝土表面剥落氯离子扩散理论模型，混凝土冻融循环氯离子扩散理论模型和混凝土损伤氯离子扩散理论模型。借助于大量的实验和工程数据，对理论基准模型进行了实验验证和工程验证，结果表明，在海洋，除冰盐和盐湖等氯离子环境中，混凝土氯离子浓度实测值与本文理论模型预测值完全相符，取得了满意的验证效果。     

一个改进的混凝土氯离子扩散计算模型

通过对影响混凝土中氯离子扩散的因素分析,根据Fick第二定律导出的简化模型,建立综合考虑水灰比、混凝土掺合料、龄期、温度、湿度、混凝土与氯离子结合能力及冻融损伤影响的扩散模型,通过与现有解析模型和有限差分法模型的计算结果的对比,验证模型的正确性和有效性。与现有解析模型相比,该模型考虑的因素更广泛,综合考虑温度、湿度的季节变化及冻融损伤的时随效应对氯离子扩散的影响;与数值模型相比,该模型计算效率高,便于工程应用。     

盐溶液浓度差对混凝土单面抗冻性的影响

通过改变混凝土内、外部盐溶液浓度,研究了盐溶液浓度差对混凝土单面盐冻剥落的影响.结果表明：在预吸水过程中,氯离子扩散规律符合Fick第二定律,在中、低盐溶液浓度或存在内外浓度差的情况下,冻融过程对混凝土表面附近氯离子浓度分布影响显著;混凝土内、外部盐溶液浓度差对混凝土盐冻剥落影响显著;当混凝土内部的盐溶液浓度低于外部时,盐冻剥落量最大,且远大于3%（质量分数）盐溶液中冻融的混凝土.     

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%。     

冻融损伤对混凝土氯离子扩散性能的影响

通过自由氯离子滴定试验和氯离子扩散深度试验研究了冻融损伤对混凝土氯离子扩散性能的影响。结果表明，冻融损伤对混凝土氯离子扩散性能的影响是显著的。当混凝土的损伤为24％时，其氯离子扩散系数和扩散深度分别是未损伤混凝土的6．5倍和2倍，混凝土结构的使用寿命将会缩短75％～85％。回归分析结果表明。混凝土的损伤与氯离子扩散系数、扩散深度之间均可以建立良好的非线性关系。     

有机硅防水剂修复冻融损伤混凝土的耐久性试验研究

对不同冻融损伤下的混凝土试件采用有机硅防水剂进行表面防水处理,通过对比不同有机硅防水剂用量下混凝土试件的毛细吸水试验、氯离子自由扩散试验,研究冻融损伤修复后混凝土的耐久性。结果表明,对比空白混凝土试件,采用有机硅防水剂修复的冻融损伤混凝土试件,其毛细吸水系数和氯离子侵入含量大大降低,具有良好的抗渗透性和耐久性能。     

基于室内外相关性方法的混凝土氯离子扩散性研究

以室内外相关系数K为桥梁,将室内混凝土氯离子扩散系数转换为实际工程的氯离子扩散系数,分别测定了3种混凝土在长期浸泡和现场暴露环境下的氯离子扩散性。结果表明:增加混凝土强度和延长暴露时间均降低了混凝土的氯离子扩散系数。以混凝土在长期浸泡环境为标准,利用室内外相关性方法,计算了混凝土表面氯离子含量CS、表观氯离子扩散系数D0和时间依赖系数m的室内外相关性系数K_C、K_D和K_m,对二维氯离子扩散方程进行修正,并进行了验证;与原模型结果相比,修正模型更适用于实际工程。     

城市混凝土桥梁盐冻病害调查与研究

为了探究盐冻作用下城市混凝土桥梁的破坏特征及评价盐冻环境混凝土桥梁主体结构的服役现状,通过现场调研、检测、取样和室内试验,研究了混凝土的主要物理力学性能、氯离子质量分布和表层混凝土及钢筋锈蚀物的微观结构.结果表明:盐冻作用下混凝土桥梁使用13a以后,其主体结构发生了严重的除冰盐冻融破坏和钢筋锈蚀破坏,混凝土的氯离子结合能力很低,自由氯离子浓度很高,钢筋锈蚀物中物理吸附了大量的氯离子,且氯离子迁移多堆积于靠近钢筋表面的混凝土层,其总氯离子质量高于钢筋表面及受力钢筋间混凝土近2倍;实际混凝土结构工程在盐冻作用下,混凝土保护层的氯离子浓度分布规律并不符合Fick第二扩散定律;在盐冻环境作用下进行混凝土桥梁结构的耐久性设计时,必须提高其抗盐冻能力、抗氯离子扩散渗透能力,氯离子扩散模型必须考虑表层效应.     

水工混凝土冬季施工质量控制

1 混凝土冬季施工常见质量问题 冬季施工中最常见的质量问题是混凝土受冻害损伤,一般分为两种: (1)混凝土块体浇筑后因环境温度低,导致混凝土表面冻融损伤.主要表现:混凝土表面剥落脱皮、表面强度低、外观质量差. (2)混凝土浇筑期间和浇筑以后环境温度低.导致混凝土表面和内部冻融损伤.主要表现:混凝土强度低、块体冻胀破裂,表而剥落脱皮,外观质量差.     

基于混凝土初始龄期及龄期衰减系数影响的氯离子二维扩散分析

在氯盐腐蚀及海洋环境下,钢筋混凝土结构耐久性研究的重点是确定氯离子在混凝土内部的扩散和积聚规律.在考虑混凝土材料龄期衰减系数和初始龄期等因素的基础上,提出了混凝土中氯离子二维扩散分析模型及其解析解,进而针对氯离子扩散系数具有时间和初始龄期依赖性的Fick第二定律的二维计算模型,建立了相应的二维有限元法数值分析格式,并讨论了混凝土龄期衰减系数、初始龄期及其扩散系数的时变性等因素对氯离子在混凝土中扩散和积聚规律的影响.     

孔隙分形修正的混凝土中氯离子扩散系数

在已有的氯离子扩散理论和孔隙分形理论的基础上,提出小孔的孔轴线分形维数表征氯离子扩散的曲折度、大孔的孔表面分形维数修正孔隙率,并推导得到基于孔隙分形修正的氯离子扩散系数模型。通过分析龄期为14 d 和28 d 不同配比混凝土的基于孔隙分形的氯离子扩散系数模型的计算结果和快速氯离子扩散试验（ASTM C1202）电通量,发现两者之间有良好的线性关系。采用基于孔隙分形修正的氯离子扩散系数代入 Fick 第二定律的解析解,对试验后各组混凝土中不同扩散深度的氯离子浓度进行拟合,计算结果与实测值吻合情况较好。     

杭州某工程基础混凝土耐久性分析

针对杭州某工程基础混凝土的耐久性问题,对该工程所处环境条件和环境作用等级进行了调查,对工程现场混凝土进行了钢筋保护层厚度、混凝土抗渗性、混凝土氯离子扩散系数(RCM)、混凝土电通量、混凝土抗冻性的试验,通过调查和试验分析,对该工程混凝土的各项耐久性指标进行了综合评定,提出了解决工程质量问题的建议。     

随机有限元法分析混凝土中氯离子随机扩散规律

氯离子随机扩散分析是海洋混凝土结构可靠性和服役寿命的基础。利用局部平均法,将混凝土的氯离子扩散系数随机场离散为一组随机变量,利用Taylor级数将氯离子分布矩阵、扩散矩阵和节点浓度向量进行摄动展开,建立了氯离子扩散分析的随机有限元法递归方程,据此分析氯离子随机浓度的均值和变异系数,并研究了氯离子在混凝土中随机扩散的规律。通过算例比较分析,表明了所建立的摄动随机有限元方法具有较高的计算精度,而且计算结果对随机场的相关结构不敏感。验证了氯离子扩散系数的变异性对氯离子扩散过程具有显著影响。     

改善混凝土抗渗及抗冻性能的研究

研究了空白混凝土、单掺FA、单掺SF及FA与SF复合的混凝土在水胶比为0．35,龄期为28d时抗冻和冻融前后抗氯离子渗透的性能。试验结果表明：矿物掺合料对混凝土抗冻及抗氯离子渗透的性能均有较大影响;混凝土抗冻性与抗氯离子渗透性有一定相关性;适量的SF与FA复合是获得抗氯离子渗透及抗冻性能较好的混凝土的有效途径之一。     

桥梁工程混凝土耐久性设计及应用研究

采用现场原材料 ,并根据桥梁的不同部位进行耐久性设计。用盐冻剥落量、DF值、Cl-离子扩散深度和钢筋锈蚀率四个耐久性参数比较了按耐久性设计优化混凝土与按传统设计混凝土两者间的性能优劣。结果表明 ,在保证混凝土强度和工作性的前提下 ,优化混凝土的综合耐久性显著提高。同时介绍了优化混凝土在现场预应力混凝土桥梁中的应用情况。     

再生混凝土高性能化试验方法的研究

加强再生混凝土高性能化的试验检验,是目前再生混凝土应用研究的重点之一。通过对再生混凝土抗冻性、抗渗性、抗裂性和抗氯离子渗透性的试验方法进行系统研究,建议加强对再生混凝土高性能化的试验检验,以保证其工程应用方面的高耐久性和长期性能,发挥其最大的工程价值。     

橡胶粉改性再生骨料混凝土抗冻性研究

以相对动弹性模量和质量变化率作为评价指标,研究了水灰比为0.45的基准混凝土及再生骨料掺量（质量分数）为25%、50%和75%的混凝土在水中和3.5%氯化钠溶液中的抗冻性,并掺入细骨料体积5%和10%的橡胶粉对其改性。结果表明：混凝土的抗冻性随再生骨料掺量的增加而下降;再生骨料掺量为25%和50%时,其对抗冻性的影响较小,掺加橡胶粉可有效改善混凝土的抗冻性;再生骨料掺量为75%时,其对抗冻性影响显著,掺加橡胶粉具有一定的改善作用,但与基准组混凝土相比,最大冻融循环次数仍下降30%以上;水冻的破坏特征为相对动弹性模量下降过大,掺入5%橡胶粉的抗冻性能最好;盐冻的主要破坏特征为质量变化率超过规定要求,掺入10%橡胶粉的抗冻性能最佳;橡胶粉对抗盐冻性能的改善明显优于抗水冻性能。     

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.     

双轴受压下再生混凝土氯离子扩散规律

为了研究复杂应力状态下再生混凝土的氯离子传输特性,首先通过破碎不同水灰比的母体混凝土得到不同性能的再生粗骨料,并对天然混凝土和不同性能再生混凝土进行双轴受压试验。然后利用电场加速氯离子扩散和双轴受压装置测试了不同类型再生骨料混凝土和天然骨料混凝土在不同应力水平和不同应力比下的氯离子扩散系数,并利用压汞仪测试了混凝土内部的微观孔隙结构。最后建立了考虑双轴应力水平、再生骨料吸水率和粗骨料体积分数的再生混凝土氯离子扩散系数理论模型,并进行了试验验证。结果表明:来自不同母体混凝土的再生骨料中的附着老砂浆具有不同的孔隙结构,再生混凝土中老砂浆的孔隙率随着母体混凝土水灰比的增加而变大,进而影响再生混凝土的氯离子扩散性; 应力比相同时,随着双轴受压应力水平的增加,再生混凝土氯离子扩散系数普遍呈现先下降再上升的趋势,在应力水平约为0.5时再生混凝土氯离子扩散系数出现最小值; 在双轴受压荷载作用下,母体混凝土水灰比分别为0.4,0.5,0.6的再生混凝土氯离子扩散系数最多分别下降到无荷载时的0.76%,0.78%,0.78%。