采用中子照相观测无裂缝和带裂缝混凝土的水分侵入

钢筋混凝土结构的使用寿命在很大程度上取决于混凝土材料本身的质量、保护层厚度、侵蚀环境等.水和溶解于水中的有害离子能够通过混凝土孔隙的毛细吸附、扩散或两者的复合作用侵入到混凝土内部.两者复合作用的机理非常复杂,无法通过简单的模型进行描述,因此,目前对侵蚀环境下钢筋混凝土结构的使用寿命预测方法还不完全成熟.成功采用了一种有力的检测方法———中子照相,来观测水分在多孔混凝土中的运动过程,试验结果为今后建立可靠的寿命预测模型提供了坚实的试验基础.在介绍中子照相基本原理的基础上,对无裂缝和带裂缝混凝土的毛细吸水过程进行了实时中子成像.水分在钢筋与混凝土的界面处以及在裂缝前方的断裂区内部的运动过程尤为特殊.首次就水分的侵入过程进行了详细的可视化研究,试验结果有助于进一步更好地理解钢筋混凝土的劣化机理,寻求提高混凝土耐久性的措施.     

水源中断后混凝土中的水分迁移重分布

通过中子成像试验,对混凝土材料的水分侵入及水源中断后内部水分的重分布过程进行了研究。结果表明,应用中子成像能够对非透明混凝土材料内部的水分迁移进行直观的成像追踪和观测;水分能够在短时间内迅速侵入并充满混凝土的裂缝区,随后继续沿裂缝两侧向基体内部侵入,成为水分侵入的内部水源;混凝土外部水源中断后,已侵入的水分在两个方向上进行迁移重分布,一方面水分在非饱和基体的毛细吸附作用下继续向材料深处缓慢侵入,同时混凝土裂缝区域的水分开始向外部扩散而失去,整体水分曲线向外扩展,但含量降低。     

微裂缝钢混构件水分侵入的成像与定量表征

通过三点弯曲施荷,对C30和C50钢筋混凝土构件诱导了宽度为20~88μm不等的微裂缝,然后采用中子透射技术对微裂缝钢混构件中的水分侵入过程进行了可视化成像探测,并对侵入过程中水分的空间分布进行了定量表征.结果表明,即使C30和C50混凝土的微裂缝仅为20μm,也为水分的侵入提供了畅通通道;水分在短时间内即快速充满裂缝,继而在水平方向上沿裂缝两侧、在垂直方向上超越裂缝末端侵入水泥基体;C30混凝土裂缝宽度为82μm(与混凝土保护层厚度比值为0.39%)时,受拉钢筋与水泥基体界面存在较明显的水分侵入,但其含量较低;水分侵入含量在微裂缝处最高,并以此为中心向裂缝两侧呈对称状逐渐降低.     

重水在水泥基材料中的侵入特性

通过中子透射技术,研究了重水(D2O)在典型水泥基材料中的侵入特点及其与普通水迁移之间的相互关系。结果表明:中子成像技术能够实现重水向水泥基体侵入过程的可视化追踪;重水侵入后未与基体内原有水分(H2O)互溶,反而压迫普通水,使之在基体内部积聚并形成中子成像可追踪的水分聚集区,产生重水对普通水的"驱逐"现象;由重水侵入和水分挤出引起的中子透射率变化则沿深度方向先后呈曲线下降和上升趋势。     

水分与氯离子在再生混凝土中的迁移规律

采用毛细吸盐方法对水分及氯离子在再生混凝土中的迁移展开了研究。研究了不同取代率、不同氯盐浓度下再生混凝土的水分和氯离子的侵入规律,分析了毛细吸盐条件下水分和氯离子传输关系。结果表明,氯离子与水分的传输在再生混凝土中也呈现非同步性;再生粗骨料取代率大的试件中的水侵入深度约为氯离子侵入深度的3倍;在毛细吸附初期,二者渗透呈现近似线性相关关系。     

水分渗透性的评价方法及其与硫酸盐侵蚀的关系

混凝土获得高耐久性的关键因素是提高混凝土的抗渗性。首先对比分析了现有的关于混凝土材料水分渗透性评价方法,然后采用渗透高度法以及稳态渗流法推导出几组添加不同粉煤灰用量的混凝土试件的水分渗透性。结果发现粉煤灰的使用能够降低混凝土水分渗透系数,并且粉煤灰用量越多,水分渗透系数减小的越明显。同时还研究了水分渗透性与抗硫酸盐侵蚀的关系,发现水分渗透性和抗硫酸盐侵蚀性之间存在一定的相关性。经历过硫酸盐干湿循环后,混凝土剩余抗压强度与水分渗透系数成较好线性关系。     

混凝土冻融损伤后的吸水特性

对掺与未掺引气剂的混凝土进行了冻融破坏,通过吸水试验和中子辐射试验,研究了冻融损伤对掺与未掺引气剂混凝土吸水特性的影响.结果表明,中子成像技术能够实现对非透明性混凝.土材料吸水演进过程的可视化观测和定量分析.未掺引气剂的混凝土其抗冻性较差,在10次冻融循环后动弹模量损失14%的情况下,其水分渗透深度约增30%;掺加引气剂后,即使遭受200次冻融循环,混凝土的整体动弹模量也无明显损失,但200次冻融循环后,混凝土表层出现部分剥落,水分渗透速率及深度均相应增大.在评价混凝土冻融损伤时.除整体动弹模量损失外,还需考虑冻融损伤对混凝土吸水性能的影响.     

高韧性PVA-SHCC多缝开裂后吸水特性研究

制备了高韧性PVA-SHCC(聚乙烯醇-应变硬化水泥基复合材料)试件,通过吸水试验和中子成像试验,研究了未开裂和直拉多缝开裂情况下SHCC的吸水特性.结果表明:中子成像能够对无裂缝和多缝开裂SHCC试件的吸水过程进行可视化追踪和定量分析计算;SHCC在无裂缝时吸水很少,中子成像无肉眼可见的水分前锋;多缝开裂后,能够清晰探测到水分沿80～140μm的裂缝迅速侵入材料内部,并通过遭横向拉拔破坏的纤维与水泥基体界面而充满裂缝区;在这种情况下,应从耐久性角度限制SHCC多重裂缝宽度.     

混凝土保护层渗透系数测试方法研究

混凝土保护层的渗透性是决定混凝土耐久性的重要因素,对其渗透性检测方法的研究具有重要的工程实际意义.基于达西(Dracy)渗透定律,介绍一种新型的混凝土保护层渗透系数测试方法.该方法利用真空泵在混凝土表层创建负压区,通过控制气体流动方向,依据内部压强差测定混凝土保护层的渗透系数.依据试验数据,建立了简化的数学计算模型,并...     

硅烷改性混凝土防水和抗氯离子性能试验研究

通过中子成像试验、吸水试验和氯离子侵蚀试验,研究无裂缝和带裂缝情况下硅烷改性混凝土的防水和抗氯离子侵蚀性能。试验结果表明,中子成像能够清晰观测未掺硅烷试件的快速吸水过程,而掺加硅烷后在毛细孔隙壁上形成的憎水膜能够有效抑制液态水分侵入,中子成像观测不到肉眼可见的水分前锋,吸水量降为未掺硅烷时的13%,显示出良好的防水性能。硅烷在水泥基体中的水解缩合反应并不堵塞毛细孔隙,保持"可呼吸性"。未改性试件一旦开裂,水在瞬间充满裂缝继而向裂缝两侧入侵,而硅烷改性试件即使开裂宽度达0.3mm,也无明显水分运动,裂缝在0.1mm～0.4mm扩展时不削弱其整体防水效果。良好的防水性能决定了硅烷改性混凝土无论是在无裂缝还是带裂缝情况下都具有良好的抗氯离子侵蚀能力。掺加硅烷改性是提高混凝土材料防水和抗氯离子侵蚀能力,进而提高其耐久性的有效途径。     

磁化水混凝土耐久性研究

本文主要从四个方面研究了磁化水对混凝土耐久性的影响：孔结构、抗冻融性能、干缩和抗氯离子渗透性能.磁化水由自来水通过自主研制的MW-Ⅰ型磁水器而获得.试验中采用的磁化参数为磁场强度810mT,流速0.73m/s,磁场长度580mm.结果显示,磁化处理使混凝土总孔隙率下降20.8%,各龄期的孔级配改善.导致磁化水混凝土的干燥收缩有较大改善,90天相对收缩下降6%.冻融循环和抗氯离子渗透性能有较大的提高.     

混凝土抗渗性能试验方法概述

混凝土的抗渗性能是混凝土耐久性的重要指标之一,试验主要依据普通混凝土和水工混凝土标准中的方法。本文对比分析了国内外混凝土抗渗性的试验方法,希望对相关研究中试验方法的选择、试验方法标准的修订有所帮助。     

非饱和开裂混凝土中水分运移研究

根据双重孔隙介质模型将开裂混凝土视为由完好混凝土和裂缝组成的复合孔隙材料,基于非饱和混凝土的水分运动方程和裂隙渗流的立方定律提出非饱和开裂混凝土中的水分运动方程,同时采用渗水装置对预制裂缝混凝土试块进行渗水试验,研究混凝土初始饱和度、水胶比和裂缝宽度对渗水深度的影响;采用TOUGH 2软件数值分析开裂混凝土中饱和度和水分流速的变化,根据平均流速计算渗水深度并与试验结果比较.研究发现:混凝土初始饱和度越小、裂缝宽度越大,则渗水深度越大,且渗水深度增长先快后慢,反映了混凝土基质势是开裂混凝土中水分运移的驱动因素;裂缝宽度与混凝土渗透性正相关;水分入渗开裂混凝土后流速差和平均流速随时间延长逐渐降低;采用平均流速计算的渗水深度能更好地反映渗水试验中渗水深度的变化趋势.     

混凝土渗透性测定方法比较与选择

应用透水法、改进快速Cl-渗透法及CH2Cl2浸泡法测定了不同强度等级、不同配合比混凝土试件的渗透性。试验结果表明,透水法未考虑实际工程中混凝土所受的约束作用,其适用性对强度等级的依赖性很强;而改进快速Cl-渗透法和CH2Cl2浸泡法避免了上述缺点,且二者得到的混凝土渗透性结果具有较好的相关性。     

PERMIT离子渗透测定方法的应用研究

混凝土保护层的抗氯离子渗透性直接影响钢筋混凝土结构的耐久性。为提高混凝土保护层的抗氯离子渗透性,可以使用透水模板布、防水涂料、防腐涂层等多种技术。介绍一种现场测定混凝土保护层抗氯离子渗透性的非破损试验方法——PERMIT离子渗透试验,并用该方法在青岛海湾大桥工程中评价混凝土保护层的性能改善技术措施的效果。试验结果表明,PERMIT试验方法可以现场测定混凝土保护层或表层混凝土的抗氯离子渗透性,设备简单,操作方便,试验时间短。透水模板布、防水涂料、防腐涂层等技术措施对混凝土保护层均有不同程度的改善。透水模板布的品种不同,改善效果有差异。防水涂料和防腐涂层效果最好。     

掺粉煤灰和引气剂混凝土氯离子渗透性能研究

研究了普通混凝土、粉煤灰混凝土、引气混凝土和粉煤灰引气混凝土等四种类型混凝土的氯离子渗透性能,结果表明:混凝土的渗透系数与氯离子渗透深度有相关性,它们之间的关系可用一元幂函数表示。