混凝土碳化对氯离子扩散影响试验研究

混凝土耐久性研究从环境层面分主要是碳化和氯离子扩散两个方面。碳化过程会改变混凝土的性质,影响氯离子扩散。在相同养护条件下制成混凝土试件,试件在内部环境条件相同的碳化箱中进行不同程度碳化并测量碳化深度。采用标准电流电量法测量不同碳化深度混凝土试件的扩散系数,分析在其他条件相同的情况下碳化深度对氯离子扩散系数的影响及产生这种影响的原因。试验结果表明氯离子扩散系数随碳化深度增加而增大。综合分析碳化影响效应,碳化对于氯离子扩散存在正反两方面的影响。一方面碳化增加混凝土密实度,阻碍氯离子扩散;另一方面碳化增加混凝土内毛细孔数量且增加自由氯离子含量,促进氯离子扩散。实际情况下碳化对于氯离子扩散系数的影响效应取决于哪一方面的作用更具主导性。     

混凝土氯离子扩散系数时变性规律与计算模型适用性分析

通过自然渗透试验直观展现了氯离子在混凝土中的扩散过程,研究了试验过程中氯离子扩散系数的计算模型.结果表明:氯离子向混凝土内部扩散是物理化学综合作用的复杂过程,其扩散系数是与时间相关的函数,衰减系数与胶凝材料种类、水胶比和暴露环境有关;由模型Ⅱ得出,养护时间与浸泡时间对计算混凝土短期浸泡试验氯离子扩散系数的影响不能忽略,而对长期浸泡试验,即当浸泡时间远大于养护时间时,其影响可以忽略.     

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。     

海工水泥在洞头南塘中闸的应用研究

为提高海洋环境水利混凝土工程抗侵蚀能力,对以海工水泥为原材料提高混凝土抗氯离子性能展开研究。以洞头南塘中闸工程应用实例,总结施工质量控制注意要点。通过混凝土的数理统计和现场试验检测,对氯离子扩散系数和碳化深度进行对比,取得海工水泥混凝土抗氯离子渗透性能等相关成果。结果表明,海工水泥混凝土在海洋环境中其工作性能和强度、耐久性指标优良。     

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.     

水工混凝土氯离子侵蚀模拟的相似性研究

以典型海洋环境下温州市瓯江口一座既有水闸为背景，分析了处于潮差区的闸墩混凝土氯离子侵蚀参数,将其与室内模拟加速试验结果相比较，研究在人工气候环境下水工混凝土氯离子侵蚀参数的相似性。根据测定的混凝土不同深度处自由氯离子浓度，分析了既有闸墩混凝土的对流区厚度、氯离子浓度峰值，计算了混凝土的氯离子扩散系数；对比分析了人工气候环境与模拟环境中主要参数的相似性。分析结果表明，人工气候环境侵蚀试验中,氯离子对流区厚度和混凝土扩散系数等重要参数与自然环境下的侵蚀有相似规律。      

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。     

沿海地区水工混凝土中氯离子扩散效应模拟试验研究

沿海地区受海水环境影响,水工混凝土耐久性受氯离子扩散效应影响较为明显。为此文章结合SFEM模型对辽宁沿海地区水工混凝土中的氯离子的扩散效应进行模拟。模拟结果经试验验证:SFEM模型在水工混凝土氯离子扩散效应模拟中具有较高的计算效率和精度;混凝土中水灰系数越大,其氯离子扩散系数越大;混凝土中氯离子扩散速度与混凝土裂缝宽度及深度呈现正指数相关;随着混凝土运行时间的增加,混凝土表层裂缝加速了混凝土中氯离子的扩散效应。     

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。     

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.     

混凝土变电压RCM试验的边部效应研究

通过氯离子快速迁移（RCM）试验测试混凝土中氯离子扩散系数时由于存在边部效应,导致混凝土试件与橡胶套相邻部位的氯离子扩散深度明显大于试件中心部分的扩散深度。为此通过对混凝土RCM试验结果的统计分析,系统研究了边部效应及其对氯离子扩散系数测试结果的影响,建立了修正计算式 。首先进行74组混凝土试件的变电压RCM试验,并定义试件上各个测点氯离子扩散深度的标准值;然后通过对试验实测结果的统计分析得到试件各个测点上氯离子标准扩散深度的均值及标准差,并据此定量分析边部效应的范围及其对氯离子扩散深度及扩散系数的影响;最后,通过回归分析建立排除边部效应试验结果与传统的不排除或部分排除边部效应试验结果之间的转换关系。研究表明,边部效应对直径100 mm圆柱形混凝土试件的影响范围为试件外边缘至试件内部20 mm深的区域 ,排除边部效应的影响能够有效减少结果波动性,从而提高RCM试验的准确性。     

Meso-scale modeling of chloride diffusion in concrete with consideration of effects of time and temperature

A meso-scale truss network model was developed to predict chloride diffusion in concrete.The model regards concrete as a three-phase composite of mortar matrix,coarse aggregates,and the interfacial transition zone (ITZ) between the mortar matrix and the aggregates.The diffusion coefficient of chloride in the mortar and the ITZ can be analytically determined with only the water-to-cement ratio and volume fraction of fine aggregates.Fick's second law of diffusion was used as the governing equation for chloride diffusion in a homogenous medium (e.g.,mortar);it was discretized and applied to the truss network model.The solution procedure of the truss network model based on the diffusion law and the meso-scale composite structure of concrete is outlined.Additionally,the dependence of the diffusion coefficient of chloride in the mortar and the ITZ on exposure duration and temperature is taken into account to illustrate their effect on chloride diffusion coefficient.The numerical results show that the exposure duration and environmental temperature play important roles in the diffusion rate of chloride ions in concrete.It is also concluded that the meso-scale truss network model can be applied to chloride transport analysis of damaged (or cracked) concrete.     

混凝土中氯离子二维扩散规律的解析研究

在综合考虑混凝土初始暴露龄期和时变扩散系数的基础上研究氯离子侵入混凝土的时变扩散模型,并据此推导了氯离子二维扩散微分方程的封闭解,分析了混凝土初始暴露龄期、持续暴露时间、时变扩散系数等因素对混凝土中氯离子二维扩散和分布规律的影响。研究并比较了本文与其他文献中的氯离子二维扩散模型,并对这些计算模型的特点和适用性给出说明。     

圆形截面混凝土中氯离子时变扩散解析模型

为了克服传统常扩散解析模型无法考虑氯离子扩散系数时变特性所存在的缺陷,研究建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散解析模型。在极坐标系中建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散的控制方程、边界条件和初始条件,然后通过引入等效扩散时间将氯离子的时变扩散方程转化为常扩散方程,进而结合贝塞尔函数和变量代换法,建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散的解析模型,并与数值模型和常扩散解析模型进行对比验证。分析结果表明,该解析模型具有较高计算精度和计算效率,不仅可以克服数值模型对空间离散网格和时间步长的依赖性,而且还可以克服常扩散模型由于忽略氯离子扩散系数时变性而高估混凝土中氯离子质量分数所存在的缺陷;圆形截面混凝土中的氯离子质量分数分布介于一维和二维扩散之间,随着圆形截面半径和龄期衰减系数的增大逐渐趋近于一维扩散情况。     

基于渗透性能的混凝土耐久性预测模型

通过不同配合比混凝土试件的气体渗透性测试、吸水性测试及氯离子侵蚀试验,分析了混凝土氯离子扩散系数与渗透性能之间的关系,建立了基于渗透性能的混凝土耐久性预测模型,并以某临海水闸工程为例对所建模型进行验证。结果表明:空气渗透性系数、吸水性系数及氯离子扩散系数均随着水灰比的增大而增大;不同水灰比情况下,氯离子扩散系数均随空气渗透性系数、吸水性系数的增大而增大,且呈现一定的相关性;建立的基于渗透性能的混凝土耐久性预测模型,只需进行混凝土结构渗透性能的试验,即可预测混凝土结构的使用寿命;以某临海水闸工程为例对所建模型进行验证,认为该模型是可行的。建立基于渗透性能的混凝土耐久性预测模型对在氯离子环境下的混凝土结构工程直接利用渗透性能预测其使用寿命具有重要意义。     

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。     

界面裂纹对混凝土氯离子扩散系数的影响

将混凝土看成是一种由骨料、界面和水泥石基体所组成的三相复合材料,平行界面裂纹位于骨料表面,据此构建出圆形单元细胞模型,并采用推进前沿法尽可能准确地剖分单元细胞,然后应用有限元法获得混凝土氯离子扩散系数的数值解。通过与已有实验结果的比较,初步验证了文中数值方法的有效性,并定量评价了混凝土细观结构对氯离子扩散系数的影响。数值计算表明,混凝土氯离子扩散系数随裂纹张开角、界面厚度的增大而增大,但随着骨料直径的增大而减小,且骨料级配对混凝土氯离子扩散系数有很大的影响。     

溶液成分对混凝土中氯离子扩散系数影响的研究综述

从氯离子在电解质中的扩散机理出发,结合混凝土性质,概述溶液成分对混凝土中氯离子扩散系数的影响机理。介绍适用于研究溶液成分影响的氯离子扩散系数的试验方法。总结国内外关于溶液成分对混凝土中氯离子扩散系数影响的研究成果,指出现今一些试验研究中的不足,并在此基础上提出有待深入研究的问题。     

考虑骨料形状时混凝土氯离子扩散系数预测的数值方法

分析骨料形状对混凝土氯离子扩散系数的影响,提出考虑骨料形状时混凝土氯离子扩散系数预测的数值方法。结合计算机模拟技术和蒙特卡洛数值积分算法,获得了八边形骨料混凝土界面面积百分数,通过与2组实验结果比较,证实了该预测方法的有效性。     

地聚合物复合水泥混凝土性能研究

通过实验室的试件试验,比较了地聚合物复合水泥(GBC)混凝土与普通混凝土的物理力学性能和耐久性能.试验结果表明,GBC混凝土的干缩小于普通混凝土,抗裂性能高于普通混凝土.GBC具有较好的抗硫酸盐侵蚀性能.GBC混凝土比普通混凝土具有更强的抗氯离子扩散性能,其水溶性氯离子有效扩散系数只有普通混凝土的17%.