裂缝对混凝土碳化影响的数值计算

混凝土碳化是导致钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀的重要因素,直接影响钢筋混凝土结构的服役性能。混凝土裂缝的存在缩短了CO2和水分向混凝土内部传输的路径,加速了开裂区域钢筋脱钝锈蚀。在已有研究基础上,根据Fick定律和质量守恒定律,确定了随时间变化的多因素作用下混凝土碳化模式,建立了开裂混凝土碳化的数值模型。基于离散裂缝模型和ANSYS有限元软件,分析了裂缝宽度对碳化程度的影响及模型的适应性。计算结果表明:在一定宽度范围内,裂缝附近沿开裂方向和沿垂直于裂缝面方向CO2质量分数均随裂缝宽度增加而增大,其中短期碳化比长期碳化随裂缝宽度的变化更敏感。     

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...     

混凝土在弯曲应力作用下碳化进程的研究

研究了混凝土试件在弯曲应力作用下截面的碳化进程以及碳化深度与裂缝几何形态的相关关系.研究结果表明:在弯曲应力作用下,截面开裂部分的碳化深度明显高于未开裂和受压区的碳化深度,但裂缝内部的碳化深度与裂缝的表面张开宽度并无明显相关关系,试验数据统计结果显示裂缝对碳化深度的放大系数为2.08.同时比较了弯曲裂缝内部碳化深度测量...     

PVA纤维增强水泥基复合材料收缩开裂性能研究

为研究PVA纤维对水泥基复合材料收缩开裂性能的影响,通过圆环收缩试验对纤维含量分别为0%,0.75%,1.5%的SHCC砂浆粉和纤维含量为0.9%的PVA增强混凝土进行了试验。试验结果表明,PVA的掺入明显改善了砂浆抗干燥收缩的能力,SHCC呈现出多裂缝开裂,且最大裂缝宽度都控制在0.1mm以内。从收缩应变和最大裂缝宽度来看,PVA增强混凝土明显优于一般混凝土。     

混凝土梁柱极限挠度和裂缝宽度计算

在竖向荷载作用下,截面250mm×500mm,净跨5m的钢筋混凝土梁发生弯曲变形。混凝土开裂前钢筋混凝土协同工作,混凝土开裂后,混凝土退出工作,构件进入带裂缝工作阶段直到钢筋屈服,记录此状态下最大挠度变形和裂缝宽度;在竖向和水平荷载作用下,截面400mm×400mm,高度3m的钢筋混凝土柱发生大偏心受压,计算其最大挠度和裂缝宽度。     

混凝土不同裂缝尺寸及部位碳化性能试验研究

对预制裂缝混凝土试件进行了快速碳化试验,研究了碳化时间、裂缝尺寸、裂缝表面及底部等因素对开裂试件碳化深度的影响。结果表明:不同混凝土裂缝宽度、深度下的碳化深度随时间呈速度递减的增长趋势,并且随着裂缝深度的递增,碳化区域呈现出明显的"倒三角"分布。碳化数据对比时引入碳化参数可以较好地反映不同裂缝深度处、裂缝底部碳化深度分别与表面碳化深度之间的关系。     

基于锈胀开裂路径的混凝土构件耐久性能概率预测模型及应用

基于混凝土锈胀开裂过程的随机性,提出了一种预测钢筋锈蚀程度、锈胀裂缝开展状况及承载力退化程度时变特性的路径概率模型,并编制了计算程序,能有效评估和预测氯离子侵蚀、混凝土碳化及两者耦合作用环境下钢筋锈蚀状况、锈胀裂缝宽度开展及构件承载力退化程度在不同时段的概率分布,实现了混凝土构件从有害物质侵蚀、钢筋锈蚀、混凝土开裂、钢筋锈蚀加剧、混凝土裂缝宽度增大到构件承载力下降的性能劣化全过程的数值模拟。可预测的性能特征参数包括钢筋样本锈蚀百分比,锈蚀率,混凝土开裂面积百分比,裂缝宽度及构件承载力退化百分比。预测结果与现场检测获得的统计结果吻合良好,验证了该模型的可靠性和有效性。图18表5参18     

混凝土裂缝处碳化深度计算模型

普通钢筋混凝土结构一般都是带裂缝工作,裂缝的存在会使CO_2更易侵入混凝土内部,加速混凝土的碳化,对结构的耐久性不利。结合已有研究成果,定义了裂缝对混凝土碳化的影响系数γc,通过对预制裂缝的砂浆及混凝土试件进行碳化试验,分析了水灰比、碳化时间、环境相对湿度、裂缝宽度、裂缝深度对γc的影响,得出裂缝处混凝土碳化深度计算模型,并通过实际工程进行了验证。结果表明,裂缝宽度范围为0.06~0.7mm时,模型均适用,且桥梁运营时间对γc影响不显著。     

压力水头下开裂混凝土渗透特性试验研究

根据地下结构承受水压及构件存在裂缝的情况,本文采用自制混凝土试块模具、自制可控开裂混凝土装置、自制可控压力水头装置和裂缝测宽仪组成的试验系统,按照不同水压、不同浓度和不同裂缝宽度工况下进行了压力水头下开裂混凝土渗透特性试验。试验结果表明：Fick第二定律无法准确描述压力水头下氯离子的运移规律,不适用于评价压力水头下氯离子的运移;存在控制氯离子浸泡溶液运移的裂缝宽度阈值,且该阈值不受水头压力大小的影响。本文所采用的试验方法可以作为同类研究的借鉴和参考。     

钢筋混凝土水池壁板弯曲裂缝的开展、自愈及渗漏试验研究

储液结构混凝土的开裂是液体渗漏的主要原因。水池设计规范、规程以控制裂缝宽度来保证结构的耐久性和功能,水池的地震破坏等级划分标准也主要以构件开裂和液体渗漏程度为依据。该文进行了足尺钢筋混凝土水池壁板承受弯拉荷载作用试验,验证了混凝土裂缝具有较好的自愈性能,建议水池基本完好、轻微破坏等级的裂缝宽度限值可增加0.1mm,该值可供实际应用参考;弯曲裂缝的受压区能有效地阻止液体渗漏,建议储液结构不同种类裂缝限值规定应区别对待,弯曲裂缝需规定裂缝宽度和受压区高度;水池地震破坏等级划分应综合考虑渗漏程度,裂缝长度、宽度、分布密度及震后维修加固可行性等指标。     

基于准平面假定的内嵌CFRP筋加固宽缺口混凝土梁裂缝分析

为研究内嵌CFRP筋加固的宽缺口混凝土梁的裂缝特性,通过16根内嵌CFRP筋加固的混凝土梁静载试验,详细观测和研究了其开裂和裂缝扩展状况。基于FRP类材料加固混凝土梁应变协调的准平面假定,根据传统的钢筋混凝土裂缝研究理论,在充分考虑CFRP筋的力学贡献的前提下,对内嵌CFRP筋加固的普通混凝土梁、宽缺口混凝土梁的裂缝间距、裂缝宽度和最大裂缝宽度的计算式进行了理论推导。将理论算式的计算结果与试验实测结果进行了比对。研究结果表明：与对比梁相比,内嵌CFRP筋材加固的宽缺口混凝土梁和内嵌CFRP筋加固的普通混凝土梁的开裂裂缝和最大裂缝宽度均有大幅度降低,前者的裂缝宽度降低幅度要小于后者的。两类加固梁的最大裂缝宽度都随着CFRP加固量的增大而减小。裂缝间距、裂缝宽度和最大裂缝宽度的理论算式的计算结果与实测结果吻合较好。4个加固梁试件组的平均开裂裂缝均比对比梁的开裂裂缝宽度减少0.30mm。     

粉煤灰、石灰石粉对高性能混凝土塑性开裂的影响

为探讨粉煤灰和石灰石粉两种常用矿物掺合料对高性能混凝土塑性开裂的影响规律,本文通过碘钨灯和可调节风速的风扇在实验室内模拟西部地区高温低湿的蒸发环境,采用集中约束平板法系统研究了内掺粉煤灰及石灰石粉的高性能混凝土在高温低湿环境下的塑性开裂。结果表明:粉煤灰的掺入对高性能混凝土的塑性开裂有明显的抑制作用,有效降低裂缝宽度和裂缝总面积,粉煤灰掺量越大,裂缝宽度和裂缝总面积降低的幅度越显著;石灰石粉对高性能混凝土塑性开裂的影响与其掺量有较大的相关性,低掺量时石灰石粉加剧了高性能混凝土塑性开裂趋势,高掺量时石灰石粉抑制了高性能混凝土塑性开裂风险。     

玻璃纤维对混凝土收缩开裂性能的影响研究

测试了玻璃纤维对水泥砂浆抗折强度、抗压强度以及干燥收缩性能的影响规律,在此基础上,利用平板法研究了玻璃纤维掺量对混凝土早期塑性开裂性能的作用,并通过混凝土的初始开裂时间、最大裂缝宽度、单位面积总开裂面积评价其影响效果。当水泥砂浆中掺加体积掺量为1.0%的玻璃纤维时,其28d抗折强度接近10 MPa,干燥收缩率为890×10-6;当混凝土中掺加0.25%的玻璃纤维时,混凝土初始开裂时间和最大裂缝宽度明显降低,单位面积总开裂面积降低幅度接近80%;体积掺量增加到0.5%时,玻璃纤维能够完全抑制混凝土早期裂缝的形成。实验结果表明,玻璃纤维能够增强水泥砂浆的抗折强度,明显抑制水泥砂浆和混凝土的干燥收缩以及早期裂缝的形成和发展。     

结构型纤维对开裂混凝土渗透性能的影响

为研究结构型聚丙烯纤维和结构型钢纤维对带裂缝混凝土渗透性能的影响,通过圆饼试件的反馈劈拉试验预制不同宽度等级的裂缝,借助数码显微镜（supereyes）对不同位置处的裂缝宽度进行测量,利用自行设计的常水头渗透实验装置对带裂缝圆饼试件的渗透率进行测定,利用激光扫描仪对试件开裂面形态进行测量。对比分析了结构型聚丙烯纤维和结构型钢纤维对开裂混凝土渗透性能的影响。研究表明：素混凝土试件在劈拉试验中发生脆性破坏,而掺入结构型聚丙烯纤维和结构型钢纤维的试件开裂后均表现出较好的韧性,裂缝宽度得到较好的控制;随着裂缝宽度的增大,开裂混凝土的渗透率增大;结构型聚丙烯纤维和结构型钢纤维提高了试件开裂面的曲折度和粗糙度,与同等裂缝宽度的素混凝土试件相比,掺加结构型聚丙烯纤维和结构型钢纤维试件的渗透率有不同程度的降低。修正后的泊肃叶定律（Poiseuille law）可以反映结构型聚丙烯纤维和结构型钢纤维对开裂混凝土渗透率的影响。     

环境湿度对微生物诱导碳酸钙沉积技术修复混凝土裂缝的影响研究

由于混凝土在湿度较大环境下更容易受有害介质的侵蚀,导致混凝土结构破坏,严重时引起安全事故。因此,研究了不同湿度条件下微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术对既有混凝土裂缝的修复效果。结果表明:10 d后0.3 mm和0.5 mm的裂缝表面均能愈合;相对湿度较高的环境下(80%),裂缝宽度为0.5 mm试件修复后毛细吸水率降低了40%,抗压强度恢复率达92.2%。裂缝宽度为0.3 mm的试件修复后碳酸钙分布优于裂缝宽度0.5 mm试件。微观分析可知,生物碳酸钙对试件裂缝修复后的抗渗性和强度均有较大贡献。     

PVA纤维水泥基复合材料桥面连接板试验研究

通过静力加载试验,以两跨简支桥梁为原型,对比分析了普通钢筋混凝土连接板和PVA-ECC纤维混凝土连接板在正常使用过程中的抗裂和抗渗性能。结果表明,PVA-ECC纤维混凝土连接板开裂荷载是普通钢筋混凝土连接板的2.5倍;普通钢筋混凝土连接板的裂缝数量较少,平均间距76.8mm,最大裂缝宽度0.21mm;PVAECC纤维混凝土连接板的裂缝数量较多,平均间距22.6mm,最大裂缝宽度小于0.1mm。相同荷载作用下,普通钢筋混凝土连接板的混凝土应变比PVA-ECC纤维混凝土连接板大,但钢筋应变较小。     

氯盐环境下开裂混凝土耐久性研究进展

为了明确裂缝对氯盐环境下钢筋混凝土结构耐久性的影响,结合已有文献分析了荷载裂缝、非荷载裂缝及预制裂缝下混凝土结构在氯盐环境下的耐久性变化规律,指出了裂缝形式（人工裂缝、自然裂缝）、宽度、深度、间距等参数对混凝土渗透性及氯离子传输、内部钢筋锈蚀的影响规律,介绍了已有的饱和与非饱和状态下开裂混凝土内氯离子传输过程的模型,指出了氯盐环境下开裂混凝土耐久性研究已得出的基本结论及需要深入研究的方面。所得结论可为氯盐环境下开裂混凝土的后期研究提供借鉴。     

纳米级混凝土防水修复材料性能试验研究

纳米级混凝土防水修复材料是基于纳米技术设计的用于混凝土微裂缝修复、提高其抗渗性与耐久性的新型水性渗透结晶材料。通过预制不同宽度的裂缝,经过1~2次的喷涂和浸泡处理,研究其在密封干燥和密封潮湿环境下对混凝土裂缝修复效果的影响;同时,通过抗渗试验研究其对混凝土抗渗效果的影响。试验结果表明:纳米级防水修复材料具有优异的混凝土微裂缝修复效果,能明显提高混凝土的抗渗性。     

无粘结预应力混凝土构件裂缝控制

目前,无粘结预应力混凝土结构的裂缝控制和裂缝宽度计算尚无统一标准可循,现行有关规范、规程没有裂缝宽度计算公式,实际工程设计常参照有粘结预应力混凝土的相关规定。现行规范对正常极限状态下预应力混凝土构件裂缝实行分级控制,适当放松了抗裂控制条件,提高了拉应力限制系数的取值,仍采用平均裂缝宽度乘以扩大系数的方法计算最大裂缝宽度。用现行规范计算裂缝宽度,有助于减少无粘结预应力混凝土结构的用钢量。建议在无粘结预应力工程中对裂缝控制条件进一步放松,在荷载短期效应组合下按允许开裂进行设计,合理选择配筋率。     

横向弯曲裂缝对混凝土内氯离子侵蚀作用的影响

分析了横向开裂混凝土内氯离子的侵入机理及其主要影响因素,建立了基于双重孔隙介质模型的修正Fick定律氯离子扩散模型,并对持续加载下的开裂钢筋混凝土梁构件进行了氯盐干湿循环侵蚀试验。试验采用浓度为5%的NaCl溶液,在进行15个干湿循环后,借助快速氯离子含量检测RCT（Rapid Chloride Testing）法,对各裂缝处不同深度的氯离子含量进行了测定。试验结果表明：1）干湿循环侵蚀作用下,开裂混凝土表层0~20 mm范围内氯离子含量出现峰值,故可取表层对流区深度为15~20 mm左右;2）当表面裂缝宽度小于0.3 mm时,等效氯离子扩散系数平稳增大,模型的预测精度较高;当裂缝宽度大于0.3 mm后,等效氯离子扩散系数快速增大,氯离子侵入受对流作用的影响加大;3）受弯开裂混凝土等效氯离子扩散系数的劣化因子与裂缝宽度有直接关系,建议采用二次幂函数或分段函数来进行描述。