既有水工混凝土氯离子扩散系数的时变模型

处于自然含氯环境下的水工混凝土,承受荷载和氯盐侵蚀等多种因素的作用.根据钱塘江河口地区的两座既有水闸的闸墩混凝土中氯离子浓度的检测结果,分析了实际水工混凝土在自然环境下的氯离子侵蚀规律,得出使用30 a的水工混凝土中氯离子最高浓度在距离表面约2 cm处;通过模拟既有水工混凝土并测试氯离子扩散系数,证实了氯离子扩散系数随时间减小的规律;基于既有水工混凝土的测试、模拟和Fick第二定律,建立了包括时间、空间和温度影响因素的既有水工混凝土氯离子扩散系数时变模型.     

火成岩纤维掺量对水工混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响

根据暴露在强感潮环境下6根RC梁的水工混凝土实验,测定了不同深度处的自由氯离子浓度,并依据Fick第二定律计算了火成岩纤维水工混凝土的氯离子扩散系数,分析了火成岩纤维掺量对水工混凝土抗氯离子性能的影响。结果表明,暴露时间为1 140 d的水工混凝土均存在明显的氯离子对流区,其对流区厚度为4~8 mm。在水工混凝土中掺入火成岩纤维,可降低氯离子扩散性能,提高水工混凝土的抗氯离子侵蚀能力。在一定范围内,火成岩纤维的掺量越大,提高效果越明显。     

人工气候环境下水工混凝土钢筋初始锈蚀时间预测

根据人工气候环境下的混凝土侵蚀试验测得的混凝土中氯离子质量分数,分别研究了腐蚀24 d,40 d,80 d,120 d和160 d后混凝土的氯离子扩散参数,基于Fick第二定律和Monte-Carlo法模拟了混凝土中钢筋的初始锈蚀时间。结果表明,在人工气候环境下混凝土保护层有效厚度对水工混凝土钢筋初始锈蚀时间的影响较大。     

基于相似理论的海工预应力混凝土构件寿命预测

根据经典相似理论及海工预应力混凝土结构耐久性的主要表征量,以氯离子扩散系数为纽带建立了室内加速模拟环境试验结构与现场环境结构之间的时间相似关系。参考连云港港区氯盐侵蚀环境,设计了相应的人工气候模拟侵蚀条件;浇筑了2根与现场构件材料组成相同、结构特征相似的试验梁。对现场构件及侵蚀后的试验梁钻取混凝土粉末试样,通过快速氯离子检测方法(即RCT法)测得氯离子含量。按照Fick第二扩散定律并通过Matlab拟合得到氯离子扩散系数,并根据其时间衰减关系得到该地区对应的海洋大气区时间相似系数,实现现场服役结构耐久性寿命预测。     

水工混凝土氯离子侵蚀及扩散系数的随机模型

处于河口感潮环境下的水工混凝土,承受氯盐侵蚀、潮水冲刷等多种自然环境荷载的作用,一般的室内实验很难模拟其真实的侵蚀过程.以钱塘江河口地区环境为研究背景,分析了处于感潮环境下的现有水工混凝土中氯离子侵蚀深度及含量,利用数理统计理论得到了自然环境下氯离子渗透规律;根据实测结果,分析了现有混凝土表面氯离子浓度和初始浓度.在上述分析研究的基础上,用Fick扩散定律分析了感潮环境下混凝土的氯离子扩散系数,研究了其分布类型及随机模型.     

水工混凝土氯离子扩散系数初期衰减规律研究

在钱塘江自然感潮氯盐环境条件下,通过现场侵蚀试验,测得受侵蚀120,240,360,480 d和600 d后水工混凝土梁中的自由氯离子浓度。分析结果表明,随着侵蚀时间的推移,混凝土中自由氯离子浓度也相应增加;基于Fick第二定律拟合计算了氯离子扩散系数,计算结果显示,氯离子扩散系数随侵蚀时间推移而减小,且初期衰减较快其后趋于平稳,其衰减规律可用指数函数来表征。     

随机球形骨料再生混凝土氯离子扩散研究

基于Monte-Carlo原理及Fuller级配理论,依据PYTHON算法及COMSOL软件建立由天然骨料、老界面区、老砂浆、新界面区及新砂浆组成的再生混凝土三维球形细观模型,模拟计算了不同骨料体积分数、老砂浆扩散系数及老砂浆厚度的再生混凝土内氯离子扩散过程,对比研究了再生混凝土抗氯离子侵蚀影响规律。研究表明：以随机理论建立的再生混凝土三维球形随机骨料模型接近真实再生混凝土细观结构,满足一般工程需要;基于该模型的氯离子细观数值模拟结果同试验结果吻合;再生骨料体积分数从10%增至30%、50%时,再生混凝土表观扩散系数分别增加了6.56%和19.43%;老砂浆扩散系数增加4倍,表观氯离子扩散系数增加19.28%;老砂浆厚度增加2倍,表观氯离子扩散系数增加8.1%,增加老砂浆的厚度和扩散系数会弱化再生混凝土抗氯离子侵蚀的能力。     

钱塘江感潮河口地区水工混凝土氯盐侵蚀特征

钱塘江河口是强感潮地区,其自然侵蚀环境不同于海洋环境。在钱塘江感潮环境下,水工混凝土受含盐潮水的作用,形成了特定的侵蚀环境。根据调查与测试的结论,分析了一座水闸的闸墩、闸门和底板等典型混凝土构件的氯离子侵蚀情况,研究了自然环境下水工混凝土受氯盐侵蚀的特征,研究的结论为该环境下水工混凝土耐久性评价提供了一定的依据。     

碳化—干湿循环作用下风积沙混凝土氯离子传输试验研究

我国西北地区有大量盐湖分布,加之冬季除冰盐的使用,使这种环境下混凝土工程的气液交换区经常受到干湿循环和碳化的双重作用,这部分混凝土比一般环境下的混凝土更容易发生钢筋锈蚀。进行了风积沙混凝土在干湿循环和碳化作用下氯离子侵蚀试验研究,通过分析自由氯离子含量和分布规律、氯离子扩散系数以及时间依赖性与碳化时间的关系,深入研究了风积沙混凝土在碳化和干湿循环作用下氯离子的传输规律。结果表明：碳化作用阻碍了氯离子向内部的迁移速度,且碳化时间越长氯离子扩散系数越小,对混凝土抗氯离子侵蚀起到了积极作用;干湿循环作用前期加速了氯离子侵入,中后期由于形成的盐结晶填充了孔隙,增大了混凝土的密实度,阻碍了氯离子继续向内侵蚀,但结晶应力产生的裂缝却使表层氯离子含量增加。     

曹娥江大闸高性能混凝土抗氯离子渗透性能

针对曹娥江大闸枢纽工程的特点,研究普通混凝土和4种配合比高性能混凝土的抗氯离子渗透性能,并进行混凝土抗氯离子侵蚀机理分析及工程寿命预测。自然浸泡法测得高性能混凝土的氯离子有效扩散系数在0.91×10-12~1.96×10-12m2/s之间,试验结果表明:高性能混凝土的氯离子扩散系数显著小于普通混凝土,具有更好的抗氯离子侵蚀性能,能显著延长工程寿命。     

海工码头结构混凝土耐久性检测与评估

为研究环境因素对结构混凝土耐久性的影响,现场检测了宁波某海工码头工作平台不同结构区域的结 构混凝土耐久性能. 检测结果表明碳化深度和钢筋保护层厚度的特征值与设计值的比值为大气区>水位变动区 >水下区;混凝土表面氯离子浓度和碱含量为水下区>水位变动区>大气区;表观氯离子扩散系数为水位变动区> 水下区>大气区. 大气区混凝土易受CO2 侵蚀而导致混凝土钢筋保护层劣化. 有害介质氯离子与CO2 共同侵蚀 导致水位变动区混凝土钢筋锈蚀和钢筋保护层劣化. 作业时间有限和环境恶劣降低了水下区混凝土对钢筋的 保护能力,导致钢筋锈蚀速度和钢筋保护层劣化加快.     

荷载和环境共同作用下混凝土中氯离子传输的试验研究

荷载和环境作用影响着混凝土中的氯盐传输过程和混凝土结构的服役寿命。采用弹簧加载系统对8根钢筋混凝土梁施加极限抗弯承载力28%、22%、16%和10%的持续弯曲荷载,并测定混凝土梁跨中部位的局部应变;氯盐侵蚀试验在多功能人工模拟环境试验箱中进行,4根混凝土梁置于5%的Na Cl溶液并在环境温度为50℃下进行浸泡试验,其余4根钢筋混凝土梁在全自动干湿循环试验箱中进行干湿循环试验,干燥过程中环境相对湿度为60%。氯盐侵蚀60 d后对混凝土梁受拉区和受压区取粉分析氯离子浓度。结果表明:与未承受荷载混凝土试件的氯离子传输速率相比,拉应变达到526με时氯离子扩散系数达到未承受荷载时的2.4倍,压应变达到90με时氯离子扩散系数无明显改变,而当压应变达到175με时氯离子扩散系数降低为无荷载作用时的0.4倍,拉应力加速了氯离子的传输速率,而压应力在一定范围内能够抑制氯离子的传输;且干湿循环条件下混凝土的氯离子传输速率明显高于浸泡条件的混凝土。"拉应力+干湿循环"条件对氯离子的传输影响最大;混凝土局部应变与氯离子扩散系数的相关性较好,能够反映荷载作用对氯盐传输的影响。在一定应变范围内,氯离子扩散系数随拉应变的增大而提高,随压应变增大而降低。     

盐冻作用下风积沙混凝土中氯离子扩散研究

为研究氯盐冻融循环作用下风积沙掺量对混凝土氯离子扩散的影响,试验制备了不同风积沙掺量(质量替代率为0%、25%、50%、75%、100%)的混凝土。通过化学分析法测定盐冻环境下不同风积沙掺量混凝土中自由氯离子浓度和总氯离子浓度,计算了风积沙混凝土相对氯离子结合系数和氯离子扩散系数。结果表明:自由氯离子浓度随风积沙掺量的增大先减小后增大,随冻融循环次数的增加而逐渐增加,风积沙混凝土的结合性能均表现出良好的Langumir非线性吸附,且与冻融循环次数没有直接关系;当风积沙掺量为25%时,相对氯离子结合系数最小,在相同的冻融循环次数下氯离子扩散系数达到最低值;冻融循环作用对大掺量风积沙混凝土氯离子扩散速率的影响较小,风积沙掺量100%的试验组氯离子扩散系数随冻融循环次数的增加而降低,表现出良好的抗氯离子侵蚀能力。由此可见,适量的风积沙掺入能够抵挡氯离子入侵,大量风积沙的掺入提高了混凝土在氯盐侵蚀下的抗冻性能。     

排渠盐溶液对混凝土建筑物侵蚀破坏试验分析

混凝土结构在盐碱溶液侵蚀下出现裂缝,随之渗入的盐溶液使结构耐久性降低导致经济损失巨大。针对新疆阿克苏地区排渠盐碱溶液对混凝土桥墩、闸墩、涵洞等建筑物的侵蚀破坏现状,在养护室内制备标准混凝土试块,根据阿克苏周边若干排渠水样主要氯盐的含量组分,配置了不同的盐溶液,在室内对混凝土试块进行模拟侵蚀破坏试验,对其抗压强度、抗渗性进行周期监测。试验分析表明,阿克苏地区盐碱排渠对混凝土结构的侵蚀破坏比较严重,存在较大安全事故隐患。盐碱溶液液面以下混凝土结构氯离子含量最大,无较大侵蚀破坏现象;位于水位变动区的混凝土试块氯离子平均含量次之,但破坏最为严重。     

海水干湿交替区氯离子对混凝土侵入作用的现场检测和分析

为研究海水干湿交替区氯离子对混凝土结构的侵入规律,本文分别对作用时间为4年多和16年多的2个海港码头干湿交替区进行多次现场检测。考虑了混凝土的表层对流区深度,运用Fick第二定律对实测氯离子侵入资料进行拟合,研究了干湿交替区不同高程纯扩散区域的表面氯离子含量和氯离子扩散系数。根据该海区潮汐特征的统计资料计算得到不同高程的海水年浸润时间比例,研究了不同码头海水年浸润时间比例与平均表面氯离子含量和平均扩散系数之间的关系。结果表明,海水年浸润时间比例在0.3～0.5之间时,平均表面氯离子含量和平均氯离子扩散系数都较大,将可能对混凝土结构造成严重的侵蚀。本文引入海水年浸润时间比例,可以将干湿交替条件下的氯离子侵入规律应用到其它海域。     

环境因素对混凝土氯离子侵蚀对流区的影响研究

以人工气候环境和感潮河口自然环境下的混凝土试件为研究对象,通过试验检测,研究了不同环境条件下水灰比和腐蚀时间对混凝土中对流区深度的影响。试验结果表明,人工气候环境和感潮河口自然环境下,水灰比对对流区深度的影响并不明显,延长腐蚀时间会适当增加对流区的深度。     

冻融循环对混凝土氯离子扩散系数影响

本文通过模拟严寒地区秋末冬初混凝土施工时昼夜温差较大的恶劣气候环境,分析氯离子扩散系数增值与混凝土冻融循环后的冻胀损伤之间的对应关系,对混凝土中掺入粉煤灰后经历冻胀的损伤程度进行研究。研究表明在-20℃冻融循环条件下Na2SO4和NaNO2对于混凝土早期结构的发展具有一定的增强作用,均降低了混凝土试件的氯离子扩散系数,并且对于粉煤灰后期活性的激发具有促进作用,其中Na2SO4的促进作用优于NaNO2。     

预估海港工程混凝土氯离子浓度分布新方法

基于F ick第二定律和有限差分原理,提出了预估海港工程混凝土氯离子浓度分布的新方法.该方法考虑了混凝土对氯离子固化的线性关系、混凝土边界氯离子浓度具有累积变化,以及制备混凝土的水泥品种、配合比和氯离子侵蚀时间、环境湿度、作用荷载对氯离子扩散系数的影响.     

考虑黏结滑移的型钢混凝土弧形门闸墩型钢锚固长度研究

为探讨确定型钢混凝土弧形门闸墩型钢锚固长度的方法,在以往研究型钢混凝土黏结性能试验成果的基础上,建立了型钢混凝土闸墩的型钢与混凝土黏结滑移本构关系,并参照黏结型锚杆的"中性点"理论来定义型钢的锚固段,建立了型钢混凝土闸墩有限元模型,分析不同的型钢锚固长度对闸墩工作性能影响。通过运用模拟退火算法准则结合ANSYS软件自带的参数化设计语言(APDL)编写程序,求解以混凝土强度、型钢配钢量和保护层厚度为影响因素的型钢混凝土闸墩型钢的最短锚固长度。研究表明:以闸墩型钢受拉屈服和锚固失效同时出现为限定条件,通过回归分析建立的以闸墩混凝土强度、型钢配钢量和混凝土保护层厚度为变量的型钢锚固长度下限计算公式是基本合理的。     

盐冻融环境下钢筋混凝土结构锈蚀寿命预测

针对北方海洋环境冻融作用和氯离子侵蚀对钢筋混凝土结构的服役寿命的影响,基于Fick第二定律,建立了混凝土内综合考虑时间、温度、湿度、氯离子结合和冻融损伤效应的氯离子传输模型,并运用该模型对青岛海湾大桥桥墩混凝土进行了结构锈蚀寿命预测。结果表明:混凝土构件中钢筋对氯离子的传输具有明显的阻滞效应,氯离子在靠近保护层一侧的钢筋表面累积,而远离保护层一侧钢筋表面会产生浓度迟滞;角区较非角区钢筋表面氯离子浓度峰值更高,且浓度峰值随侵蚀时间延长而增大;角区钢筋表面氯离子浓度分布形式随侵蚀时间而变,初期钢筋表面氯离子浓度峰值在钢筋距构件正、侧表面最近处,后期转向两侵蚀面对角处;较无盐冻融环境而言,其他条件相同时,经历冻融循环作用后混凝土结构的锈蚀寿命显著降低,且角区与非角区钢筋锈蚀寿命的差异明显增大。