盐雾环境下疲劳损伤混凝土氯离子扩散性能

针对沿海地区桥梁结构实际服役情况,开展了盐雾环境下弯曲疲劳损伤混凝土的氯离子侵蚀试验研究.研究结果表明:弯曲疲劳荷载对混凝土造成损伤,劣化了混凝土抗氯离子侵蚀性能.氯离子在混凝土中的扩散系数随疲劳损伤变量的增加而增大,并且氯离子在弯曲疲劳受拉区的扩散系数大于受压区.最后引入疲劳荷载影响系数反映疲劳损伤对氯离子扩散系数的影响,拟合得到疲劳荷载影响系数与损伤变量的关系式,为沿海地区桥梁混凝土结构的耐久性研究提供参考.     

基于可靠度理论的海工混凝土结构寿命预测

对相关试验研究成果和工程调研数据进行统计分析,讨论了氯离子扩散的影响因素以及海工混凝土结构耐久性寿命的概率特性。结果表明,混凝土保护层厚度、临界氯离子浓度、初始氯离子浓度、表面氯离子浓度、氯离子扩散系数以及衰减指数均服从正态分布,海洋环境下混凝土结构的耐久性寿命服从Weibull分布。在此基础上,采用相应的失效准则,建立了基于可靠度理论的混凝土结构氯离子侵蚀耐久寿命预测模型,并对模型进行了工程验证,预测结果较好地反映了工程实际状况。     

预应力混凝土氯盐侵蚀模型及耐久性分析

针对氯盐环境下氯离子侵蚀预应力混凝土结构这一耐久性问题,介绍了国内外有关混凝土氯盐侵蚀模型的研究成果,分析评价了几种典型的扩散方程,并改进了预应力混凝土氯离子侵蚀模型.以氯离子扩散速度、表面氯离子浓度以及保护层厚度为分析变量建立了耐久性可靠度分析模型.应采取综合措施提高预应力混凝土耐久性.     

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.     

干湿循环机制下碳化混凝土氯离子侵蚀试验研究

海工混凝土结构的水上区部分,长期受到氯离子侵蚀和碳化的双重作用,较之一般大气环境下的混凝土结构,这一区域的混凝土结构更易发生钢筋锈蚀.本文开展了干湿循环机制下碳化混凝土的氯离子侵蚀试验,通过分析氯离子浓度分布规律,扩散系数以及微观结构,深入研究混凝土碳化对氯离子扩散的影响.研究结果表明,碳化反应增加了混凝土内部自由氯离子的含量,减缓了氯离子浓度的衰减,对混凝土的抗氯离子侵蚀性能造成了不利影响.碳化后,低水胶比混凝土的氯离子扩散系数有所下降,而高水胶比混凝土的氯离子扩散系数显著增大.碳化反应对混凝土的微观结构有一定的劣化作用,将会加速有害介质的侵入.降低水胶比可显著提高混凝土的密实度,增强混凝土自身的抗氯离子侵蚀性能,同时可以减轻碳化反应对氯离子侵蚀的加剧.     

氯离子环境下钢筋混凝土结构的使用寿命预测

近年来,氯离子对混凝土结构的侵蚀已成为混凝土结构耐久性研究的重要内容,尤其是氯离子环境下钢筋混凝土结构的寿命预测问题更是科研工作者们普遍关注的问题.笔者介绍了氯离子环境下混凝土结构基于Fick第二定律寿命预测模型,并对模型中的相关参数进行修正,通过相关参数的改进,使该模型更能符合工程实际情况,从而能够更好的预测混凝土的服役寿命.另外,还介绍了钢筋混凝土结构使用寿命可靠度的概念及其理论计算方法,并从可靠性方面来讨论混凝土在氯离子环境下的服役寿命.     

氯离子腐蚀预应力空心板疲劳特性研究

氯离子侵蚀可导致桥梁结构耐久性劣化进而降低桥梁结构疲劳寿命。为研究氯离子侵蚀与桥梁结构耐久性的关系,设计并制作预应力混凝土空心板梁模型,在对其进行氯离子侵蚀耐久性试验(轻、重2种侵蚀程度)的基础上,分别对其开展静载破坏试验、结构疲劳试验等,研究氯离子侵蚀程度对结构动静力参数及疲劳寿命的影响,以及疲劳加载对试验构件动静力应变、挠度、振动频率及阻尼的影响,分析结构耐久性损伤与疲劳特性的相关性。研究表明:随着氯离子侵蚀程度加深,试验板疲劳寿命逐渐降低,重度氯离子侵蚀试验板疲劳寿命减低至3万次;结构动静力参数受疲劳加载次数影响显著,如30万次疲劳后,在15 t静载作用下,相对10万次疲劳加载,健康板和轻度侵蚀板挠度增加率分别为83.7%和115%。     

考虑冻融损伤的钢筋混凝土桥梁氯离子侵蚀寿命预测研究

松花江公路大桥位于东北严寒地区,冬季时,为保障桥梁运行畅通,将在桥面上撒化冰盐以清除积雪,防止结冰,避免大桥混凝土结构遭受氯离子侵蚀和冻融循环的作用.冻融循环作用不仅会造成混凝土构件表面剥落,内部劣化,同时还加速了氯离子的侵入,从而导致混凝土中的钢筋过早脱钝、锈蚀,进而导致构件承载能力下降,结构安全性能降低.对松花江大桥进行了不同冻融损伤下的氯离子侵蚀规律试验研究,在此基础上,对大桥进行了不同冻融损伤下的氯离子侵蚀寿命预测,为大桥的后期使用和维护提供了科学依据.     

氯盐侵蚀环境下裂缝对混凝土内氯离子含量的影响分析

为探究氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土构件的裂缝宽度与混凝土内氯离子含量的关系,利用混凝土氯盐干湿循环试验,采用NCL-AL型氯离子含量快速测定仪检测氯离子在混凝土中的侵蚀深度与含量.结果表明:裂缝加速了氯离子在混凝土内的传输,并为氯离子的二维扩散提供了条件;氯离子在裂缝周围区域扩散的影响深度为30~50mm;裂缝区域氯离子的浓度在35mm深度之后基本趋于稳定,在稳定阶段随着裂缝宽度的增大,氯离子的浓度逐渐增加;裂缝对混凝土内等效表观氯离子扩散系数的影响十分显著,氯离子扩散系数随裂缝宽度呈三次函数增加.     

不同环境条件下混凝土构件氯离子侵蚀试验

为研究不同环境条件下混凝土构件氯离子侵蚀劣化规律,开展弯拉应力构件的氯离子浸泡侵蚀试验和无应力构件的盐雾侵蚀试验.基于氯离子质量分数、构件弯拉强度及弯拉应变等测试结果,研究了侵蚀时间、环境温度、应力水平、环境氯离子质量分数及侵蚀方式等因素对氯离子扩散特征和构件抗弯性能的影响.试验结果表明:浸泡环境中混凝土内部氯离子质量分数较盐雾环境高;试件内部氯离子质量分数随腐蚀时间、环境温度、环境氯离子质量分数及应力水平的增大而增大;氯离子扩散系数随应力水平和环境温度的提高而增大;在较低应力水平、较低环境温度和较短的侵蚀时间内,混凝土构件极限弯拉强度有小幅度上升趋势,然后随侵蚀时间的增长而衰减;混凝土构件的极限弯拉应变随各影响因素的增大而降低.研究结果可为钢筋混凝土构件在氯盐侵蚀环境下的耐久性评估及设计提供依据,具有一定工程实际意义.     

地下工程混凝土结构高温作用后服役寿命预测

采用扫描电子显微分析、X射线衍射分析研究了不同温度作用后,混凝土内部形貌和物相组成变化;采用NEL法研究了温度作用对氯离子扩散系数的影响;在此基础上,分别采用多因素作用下的混凝土氯离子扩散理论模型和碳化残量模型进行高温后结构服役寿命预测.温度作用3 h,基于氯离子扩散系数的服役寿命预测结果表明:200 ℃时服役寿命无明显变化,300 ℃、400 ℃时服役寿命约降低60%、90%左右;基于碳化的服役寿命预测结果表明:200 ℃时服役寿命无变化,300 ℃时服役寿命降低72.4%;400 ℃以上时,服役寿命为0.     

混凝土中氯离子扩散时变多因素模型和服役寿命研究

为了研究温度、湿度等时变环境因素对混凝土中氯离子扩散和分布规律的影响,分析氯盐侵蚀环境下混凝土结构的服役寿命。通过分析各影响因素对扩散系数的影响,提出扩散系数的多因素修正模型,基于此,建立了混凝土中氯离子扩散与分布规律的时变多因素模型,并提出了多种扩散形式下的服役寿命计算方法。通过算例分析表明:建立的时变多因素模型的时变特性与传统模型的时变特性之间存在较大差异,所建时变多因素修正模型更合理;相对于矩形截面的构件,圆形截面的构件具有更好的耐久性,可以降低混凝土的配置和施工难度,进而减少建造和维护成本。     

带初始冻融损伤的混凝土材料受盐冻作用下性能劣化分析

为探明早期受冻后引起的带有初始损伤的混凝土材料在冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下力学性能的损伤演变规律,在制备混凝土试件养护期内,分别在7 d与14 d时实施冻融1次,使其产生不同程度的初始损伤,进而研究早期冻融造成的不同程度初始损伤对试件宏观性能与内部结构的影响作用。基于损伤力学理论,分别将混凝土试件的动弹性模量与抗压强度定义为损伤变量,对变量的损伤过程进行回归拟合分析,构建了由早期冻融造成的不同初始损伤试件在腐蚀受冻环境中的损伤演变方程。结果表明:两种带有不同初始损伤度的混凝土试件其各项力学性能的衰变过程受早期冻融影响均出现了"超前效应",且该效应的出现幅度与初始损伤度有着极大联系;同时,通过对比分析混凝土超声脉冲传播速度与内部缺陷区的变化过程得知,早期冻融加速了空洞与裂缝的扩展速度,对混凝土综合性能的初始值与后期抗盐冻能力存在不利影响;动弹性模量与抗压强度损伤演变方程可作为相似损伤程度下混凝土力学性能衰减的通用公式,为相似环境下结构的服役状态评估和寿命预测提供理论依据,同时可以基于动弹性模量与抗压强度的损伤关系式对二者进行相互推导,降低了由于仪器不足等原因导致数据获取不足的局限性。     

耐盐冻混凝土配制的试验研究

研究由"耐盐冻指标"和"强度指标"双控的,抗盐冻、耐久性能优越的高性能混凝土,并可将其应用于桥面铺装层、水泥混凝土路面,以防止水泥混凝土桥面和路面因盐冻侵蚀而早期破坏,提高水泥混凝土桥、路面的使用寿命.在力学性能和耐盐冻性能两方面着手,对不同配比的混凝土进行分析对比,配制出高性能的耐盐冻混凝土.     

潮差区、浪溅区混凝土中的氯离子输运模型及仿真研究

潮差区、浪溅区处于干湿交替的复杂环境中,是腐蚀劣化最为严重的区域,直接影响着海工结构的耐久性和使用寿命。为了更好地描述潮差区、浪溅区的氯离子在混凝土中的侵蚀规律,本文采用Hamilton型变分原理建立氯离子的输运方程,结合细观角度,建立了一个有效的孔隙水饱和度的定量计算公式,并引入时间因素和孔隙水饱和度对非饱和状态下氯离子的扩散系数进行修正。利用有限单元法模拟氯离子在混凝土迁移过程,并与实验数据以及水下区氯离子的计算值进行对比验证。结果表明:模型计算结果和实验数据吻合较好,并且符合氯离子输运的一般规律。验证了本文提出的模型可以为潮差区和浪溅区混凝土结构的耐久性设计及服役寿命预测提供参考。     

聚丙烯纤维掺量对混凝土盐冻损伤研究

采用快冻法对不同掺量聚丙烯纤维混凝土试样进行氯盐—冻融循环试验。通过质量损失率、相对动弹性模量、抗折强度以及氯离子浓度这四个盐冻耐久性评价指标来分析不同掺量纤维混凝土试样的盐冻损伤情况,并对混凝土盐冻耐久性进行量化分析,预测其使用寿命。结果表明:聚丙烯纤维混凝土较普通混凝土的抗盐冻效果好,且在掺量为0.1%、0.3%、0.5%以及1%的掺量中,掺0.1%的聚丙烯纤维混凝土的抗盐冻性最好。     

温湿-氯离子耦合渗透跨海大桥寿命预测模型

考虑氯离子渗透过程中同时发生的温湿耦合传导问题,完善温湿-氯离子耦合传导过程的控制方程及相关参数,提出综合考虑温湿耦合传导影响的氯离子渗透数值模型.将该综合模型应用于在建的全球最长跨海大桥——港珠澳大桥,预测了该大桥不同部位构件进入钢筋腐蚀状态的临界时间,系统分析了不同边界环境下影响腐蚀临界时间的关键因素.研究表明,处于潮汐影响区的混凝土是遭受氯离子侵蚀最显著的部位,混凝土水灰比以及保护层厚度是影响构件抗氯离子腐蚀寿命的控制因素.     

关于人工气候环境下混凝土梁中氯离子侵蚀规律的研究

在设定的人工气候氯盐腐蚀的环境下,针对两种不同水灰比(质量比)的钢筋混凝土系列梁进行腐蚀试验,同时对同一水灰比的试验梁做腐蚀时间不同的对比研究.试验通过氯盐腐蚀后在钢筋混凝土梁中钻取不同位置的芯样,测定每个芯样不同深度处的自由氯离子质量分数值,并计算各试验梁的扩散系数,从而得出氯离子在混凝土试验梁中的侵蚀规律.结果表明,氯离子在试验梁中侵蚀可分为对流区和扩散区两部分,并且梁的氯离子质量分数和扩散系数都是随着混凝土水灰比增大而增加.     

海水环境下钢筋混凝土结构使用寿命的预测

以菲克(Fick)第二扩散定律为基础，以氯离子侵蚀为主因，提出了海水侵蚀情况下钢筋混凝土结构物使用耐久寿命的预测方法，并经过算例验证说明该预测方法对于以氯盐侵蚀破坏为主的钢筋混凝土结构物有一定意义。     

盐冻环境下钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

试验研究了盐冻环境下钢筋混凝土梁抗弯性能的退化规律,分析比较了完好梁和经历25、50、75及100次盐冻融循环作用梁的承载力和变形性能.结果表明：受冻梁截面混凝土应变仍满足平截面假定,受力特征与完好梁相似;影响盐冻融环境下梁承载力的主要因素是受压区混凝土保护层的剥落,其次是混凝土强度的降低,而钢筋与混凝土粘结性能退化的影响并不显著;混凝土强度降低、保护层损伤及粘结性能退化均是冻融环境下混凝土梁变形增大的重要因素,梁刚度的降低程度除与冻融次数相关外,还受冻融损伤位置和持荷水平影响.