硫酸盐侵蚀下混凝土抗压承载力退化过程的数值分析

针对硫酸盐侵蚀下混凝土结构的承载力退化问题,以混凝土柱为研究对象,利用Fick定律和化学反应动力学原理,给出了硫酸根离子在混凝土截面内的二维扩散反应模型;根据硫酸盐侵蚀混凝土的损伤机理及已有的硫酸盐侵蚀试验结果,获得了混凝土强度损伤程度与硫酸根离子浓度及侵蚀时间之间的关系;通过平截面假定,建立了考虑硫酸盐侵蚀影响的混凝土柱轴向抗压承载力时变模型及其数值计算方法,并将该模型的计算结果与已有硫酸盐侵蚀混凝土的试验结果进行对比分析,验证了该时变模型及数值计算方法的正确性;最后,利用所建立的模型,对一素混凝土柱中硫酸根离子传输、混凝土强度损伤和轴向抗压承载力退化过程进行了数值分析。     

考虑表层损伤的混凝土硫酸盐侵蚀过程分析

服役过程中,混凝土表面会因为各种因素造成表层损伤。考虑了表层损伤造成的硫酸盐扩散系数差异,基于Fick第二定律和分子反应动力学,建立了考虑表层损伤影响的混凝土中硫酸盐侵蚀扩散反应方程及其有限差分求解模型,在此基础上开展了混凝土硫酸盐侵蚀过程数值模拟。研究结果表明,表层损伤对混凝土的硫酸盐侵蚀过程有明显影响,导致内部硫酸根离子浓度和膨胀性物质钙矾石生成量的增加,其影响随损伤程度及损伤区深度的增加而增加;混凝土表层损伤对内部硫酸根离子浓度分布的影响主要体现在侵蚀早期,而混凝土表层损伤对钙矾石生成量的影响体现在整个侵蚀过程。     

静力弯曲荷载作用下地下结构混凝土硫酸盐侵蚀试验研究

硫酸盐侵蚀是导致地下结构混凝土材料性能劣化的主要原因之一。进行了静力弯曲荷载与硫酸盐浸泡耦合腐蚀试验,测定并研究了混凝土残余抗弯强度退化规律和相对动弹性模量的发展规律;利用化学滴定方法(EDTA)测得了混凝土中硫酸根离子的浓度分布规律。试验结果表明,长期静力荷载及硫酸盐侵蚀的共同作用加速了混凝土材料中硫酸根离子的扩散和材料性能的劣化。     

夹泥引起的混凝土内部SO_4~(2-)扩散特性及破坏模式研究与分析

SO_4~(2-)侵蚀引起混凝土特性劣化是混凝土破坏失效重要原因之一,盐渍土地区混凝土灌注桩桩身及地下连续墙由于施工原因引起的夹泥现象使得内部局部硫酸根离子较高,形成侵蚀性离子内部扩散源。以外部SO_4~(2-)在混凝土中扩散及侵蚀机理为理论基础,对外部侵蚀和内部侵蚀进行深入对比,并结合腐蚀反应的特点,提出内部侵蚀问题的影响因素。分析研究表明,内、外部侵蚀过程及破坏形态差异较大,不能简单利用外部侵蚀结论解决内部侵蚀问题;可将内部侵蚀的扩散分为核心区、延伸区和边缘区,而内部侵蚀性硫酸根离子的腐蚀终态可分为填充型、压密型和压碎型;虽然内部侵蚀往往不直接导致桩身混凝土结构破坏失效,但会形成不可见且随机分布的隐患区,因而混凝土内部侵蚀的试验研究亟待加强。     

混凝土在海洋环境下硫酸盐侵蚀机理研究

对不同配合比混凝土试件在不同海洋区域内进行现场暴露试验,通过硫酸根离子含量测定、SEM扫描电镜试验及X荧光试验,研究实际海洋暴露环境下混凝土内部硫酸盐侵蚀机理。试验结果表明,不同暴露环境下硫酸根作用机理不同,混凝土在不同暴露区域硫酸盐侵蚀程度为潮汐区水下区浪溅区;硫酸根离子由混凝土表层向内部传输,在表层范围内硫酸盐腐蚀产物主要是钙矾石,随着硫酸根离子传输深度增加以及内部游离CaO水化成Ca(OH)2,混凝土硫酸盐损伤程度加剧;混凝土表层SO42-和Ca2+含量较高,而混凝土内部Na+含量较高。     

半浸泡硫酸盐环境中混凝土损伤表征及寿命预测

通过抗压强度、表面硬度、离子分布和微观分析方法表征硫酸盐半浸泡环境中混凝土试件的性能变化,研究了混凝土硫酸盐侵蚀机理,分析计算了硫酸根离子含量、表面硬度和抗压强度之间的关系,并建立了简易寿命预测模型。结果表明:混凝土硫酸盐侵蚀包括物理结晶破坏和化学反应破坏;混凝土内部硫酸根离子含量越高的区域,表面硬度越低,二者之间存在线性关系;混凝土表面硬度与抗压强度存在一定的线性关系。     

硫酸盐侵蚀下轴心受压钢筋混凝土柱应力时变过程的数值分析

针对荷载和硫酸盐耦合作用过程中钢筋混凝土柱的应力分析问题,在已有混凝土内硫酸根离子扩散反应模型的基础上,进一步给出了硫酸盐侵蚀引起的混凝土损伤程度与硫酸根离子浓度及腐蚀时间之间的关系,建立了与损伤程度相关的混凝土腐蚀本构模型及轴压混凝土柱截面应力的计算方法,并通过数值模拟分析了柱截面内硫酸根离子传输、腐蚀损伤程度变化、截面应变和应力分布规律。结果表明:硫酸根离子浓度和混凝土损伤程度在柱截面内呈梯度分布,且受二维交互效应的影响明显;随腐蚀时间的增加,截面损伤区逐渐向内移动且其宽度增加,而混凝土应力在损伤区呈先增加后逐渐降低、在未损伤区基本呈线性增加的趋势。硫酸盐侵蚀过程中,轴压混凝土柱截面应力发生了明显的重分布现象。     

混凝土中氯离子–硫酸根离子耦合传输模型

针对氯盐–硫酸盐耦合作用环境下混凝土及其结构的耐久性退化问题,根据硫酸根离子扩散反应机理及氯离子吸附结合机制,利用Fick定律及质量守恒定律,建立了混凝土中氯离子–硫酸根离子的耦合传输模型;以水泥砂浆替代混凝土,开展了混凝土圆柱体试件在单一氯盐、单一硫酸盐及复合氯盐–硫酸盐溶液中的浸泡腐蚀试验,测试了不同浸泡时间时试件中氯离子和硫酸根离子含量,并与模型计算结果进行了对比分析。结果表明,模型计算结果与实验测试结果基本一致;耦合传输过程中氯离子和硫酸根离子之间存在相互抑制作用,且复合溶液中试件内氯离子和硫酸根离子含量分别低于单一氯盐和单一硫酸盐溶液中试件的氯离子和硫酸根离子含量。     

酸腐蚀下混凝土性能的变化

根据酸雨的特点配制了5种具有不同pH值、不同硫酸根离子浓度的酸性溶液,研究了混凝土在干湿循环、酸性溶液侵蚀30 d到150 d强度的变化、表层混凝土的吸水性以及其孔结构的变化。经过含有硫酸盐溶液的侵蚀后,混凝土强度的变化经过一个先降后升、然后再降低的过程;而经过不含硫酸盐溶液的侵蚀后,混凝土的强度持续下降。受不含硫酸根离子的酸性溶液侵蚀后,表层混凝土的孔隙结构变化较大,孔隙率增加、孔径增大。硫酸盐侵蚀产物的形成过程与混凝土的宏观性能的变化密切相关。     

氯离子对硫酸根离子在混凝土中扩散的影响

研究了不同氯离子浓度对硫酸根在混凝土中扩散的影响,以单一硫酸根离子浓度溶液、不同氯离子浓度与硫酸根离子为复合溶液作为侵蚀溶液对混凝土试块进行连续浸泡,采用比浊法对一定龄期的混凝土中的硫酸根离子含量进行测定,结果表明:氯离子的存在并不改变硫酸根在混凝土中的扩散规律,即硫酸根随着侵蚀深度的增加含量逐渐减少;氯盐浓度变化对硫酸根在混凝土中的扩散速度有较大的影响,硫酸根在混凝土中扩散速度随着氯盐浓度的增加而下降。     

海洋浪花飞溅区混凝土硫酸盐侵蚀试验研究

对混凝土试件进行海边暴露试验,研究海边浪花飞溅区域混凝土硫酸盐侵蚀试验,利用分光光度计法测定硫酸根离子的含量。试验结果表明,混凝土中总硫酸根离子浓度随着腐蚀龄期的增加而升高,但后期增加幅度逐渐降低;混凝土中总硫酸根离子浓度因水胶比、水泥用量不同而不同;掺加矿物掺合料可以明显改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力。     

硫酸盐侵蚀下混凝土排污管道损伤研究

为研究混凝土排污管道在硫酸盐侵蚀下腐蚀破坏全过程,考虑管道内水位随时间的周期性变化规律,将污水管管壁分为水位循环区和水下区,建立循环函数以考虑水位循环区循环性边界条件。以COMSOL软件为基础开发数值模拟程序,通过算例分析对比不同侵蚀时刻水位循环区与水下区的硫酸根离子分布与应力发展情况。结果表明:对于混凝土排污管道,在侵蚀初期其水位循环区受硫酸盐侵蚀下硫酸根离子的扩散及膨胀应力的发展与水下区相差不多,但随着侵蚀时间的发展两者的侵蚀程度相差越来越大。     

盐类侵蚀纳米SiO_2补偿收缩混凝土拉压试验分析

为提高补偿收缩混凝土材料的抗盐类侵蚀性能,在补偿收缩混凝土中添加不同掺量的纳米SiO2,采用连续浸泡法对纳米SiO2补偿收缩混凝土实施硫酸盐和氯盐双重侵蚀,并在不同侵蚀时间下进行混凝土的拉压强度试验。研究表明,掺加纳米SiO2能有效改善补偿收缩混凝土受硫酸盐和氯盐双重侵蚀后的拉压性能。纳米SiO2补偿收缩混凝土拉压性能及拉压抗侵蚀系数随侵蚀时间增长均表现出先上升后下降的变化趋势,且侵蚀150d时,其拉压性能较好。纳米SiO2的微集料填充作用能有效改善混凝土内部孔体结构,使硫酸根离子和氯离子在补偿收缩混凝土中的扩散受阻。试验表明,较为合理的纳米SiO2掺量为0.6%。     

硫酸盐侵蚀下混凝土梁的开裂强度分析模型

混凝土在硫酸盐侵蚀下将发生化学-力学耦合作用,并导致其力学性能退化和耐久性降低。基于Fick第二定律建立考虑侵蚀损伤演化的硫酸根离子扩散-反应耦合模型,运用Matlab实现该耦合过程的数值求解,得到硫酸盐腐蚀下的细观损伤时变规律,在此基础上建立损伤后混凝土梁式构件开裂强度分析方法,并通过算例进行了性能分析。     

界面结构对低水胶比高性能水泥砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响

本文研究了在低水胶比条件下,掺入磷渣超细粉和高效减水剂后水泥砂浆界面及其抗硫酸盐侵蚀性能。试验结果表明：界面结构仍然是影响高性能混凝土抗硫酸盐侵蚀的关键因素。界面为硫酸根离子提供进入通道,使砂浆内部结构受到侵蚀破坏,采用经加工处理的石英集料,可以提高水泥砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能。     

复合因素作用下混凝土硫酸盐侵蚀劣化机理

通过微观和宏观观测,综合揭示了单独硫酸钠溶液侵蚀、亚高温水淬循环和硫酸钠溶液侵蚀交替进行、碳化和硫酸钠溶液侵蚀交替进行3种工况下混凝土受侵蚀劣化规律.研究结果表明:3种工况的主要侵蚀产物均为钙矾石,没有明显检测到石膏和碳硫硅钙石;与单独硫酸钠溶液侵蚀相比,亚高温水淬循环作用加剧了硫酸根离子向混凝土内部的扩散传输,从而造成其强度的显著劣化;碳化层的存在在一定程度上减轻了硫酸根离子的扩散传输,但碳化和硫酸钠溶液侵蚀的交替作用仍导致了混凝土抗压强度下降.     

新疆地区地下建筑混凝土抗侵蚀技术研究

新疆地区地下建筑混凝土结构的盐侵蚀破坏现象突出,现有的低水胶比和大掺量矿物掺合料技术在实际工程应用中存在混凝土收缩大、易碳化和早期抗侵蚀性能差的问题,功能型外加剂是实现混凝土抗侵蚀的关键技术。试验对比研究了抗侵蚀抑制剂对混凝土力学性能、耐久性能以及钢筋锈蚀行为的影响。结果表明:混凝土抗侵蚀抑制剂不影响混凝土力学性能的发展,可有效降低混凝土毛细管吸水率并抑制混凝土内部的离子扩散,提升混凝土抗硫酸盐结晶破坏能力并保护内部钢筋。     

基于改进的Tixier模型的受硫酸盐侵蚀混凝土排污管道耐久性分析

为研究混凝土排污管道在硫酸盐侵蚀下的腐蚀破坏情况,基于化学反应原理考虑侵蚀前沿侵蚀产物对毛细孔隙率的填充影响,在现有数值模型基础上提出一种计算侵蚀过程中毛细孔隙率的时变函数,以获得不同侵蚀阶段混凝土内部毛细孔隙率的变化情况。通过数值算例,分析不同时刻排污管道管壁内的毛细孔隙率、离子浓度分布以及膨胀应力发展情况。数值结果表明:(1)孔隙率时变模型可很好的反应侵蚀过程中各阶段毛细孔隙率的变化情况;(2)对于同一侵蚀时间,管壁内侵蚀离子浓度分布在考虑填充作用对孔隙率的影响与不考虑其影响两种情况下有着明显差别,填充作用使得侵蚀前沿混凝土密实度提高、孔隙率减小,一定程度上阻止了硫酸根离子向混凝土内部的扩散;(3)管壁内膨胀应力的发展也由于填充作用的存在得到减缓。     

南疆地区盐类侵蚀和高性能混凝土研究

南疆的盐渍土对混凝土的耐久性具有较为严重的影响,这给一路一带开发中的基础工程建设带来巨大危害。由于成因影响因素较多,该地区地下水的盐类分布情况较为复杂。主要归纳了硫酸盐离子对混凝土侵蚀的类型,针对基于硫酸盐作用下混凝土侵蚀的原理和检测方法进行论述,提出硫酸根离子在试件中的分布规律,为高性能混凝土抵抗盐类腐蚀提供依据。     

硫酸根离子对带裂缝混凝土中氯离子扩散性能的影响研究

通过单一氯盐溶液、氯盐-硫酸盐混合盐溶液中带裂缝混凝土的浸泡试验,研究了裂缝、硫酸根离子的存在对氯离子在混凝土中扩散性能的影响。试验中先测定混凝土中的总氯离子含量的分布规律,再使用电通量法来评价氯离子扩散性能,然后运用XRD测试方法对混凝土试验前后微观组成的变化进行了分析。结果表明,裂缝能够扩大氯离子扩散系数,离裂缝越近,总氯离子含量越高;硫酸根离子能够降低氯离子在混凝土的扩散性能;XRD图谱所反映的混凝土内部固相组成演变规律同样验证了上述裂缝与硫酸根离子对氯离子扩散系数的影响。