非饱和混凝土氯离子传输模型及参数分析

实体工程中大多数混凝土结构由于干湿交替作用处于非饱和状态,研究非饱和混凝土中的氯盐侵蚀对混凝土耐久性具有重要的意义.根据氯离子在混凝土中的传输机制,考虑干湿交替过程中水分传输的差异,推导得出氯离子在非饱和混凝土中传输的对流-扩散控制方程.采用精度高的Crank-Nicolson格式对水分扩散方程、氯离子对流-扩散方程进行差分,并用MATLAB软件编程进行数值求解.试验结果与模型计算结果吻合良好,通过参数敏感性分析结果可知,氯离子浓度随着混凝土表层孔隙饱和度和干湿比的增加而减小,当混凝土初始饱和度为0.3时氯离子浓度最高.     

干湿循环与受弯裂缝共同作用下海工砼梁内氯离子侵蚀及耐久性寿命预测

基于受弯裂缝对浪溅区海工混凝土内氯离子输运的影响分析,综合考虑混凝土损伤、混凝土结合氯离子能力、表层对流效应以及时间劣化效应等因素,建立了修正氯离子扩散模型.采用受弯开裂荷载与氯盐干湿循环共同作用试验来模拟浪溅区实际服役状态的海工混凝土梁内氯离子侵蚀过程,从而对上述模型进行验证.基于蒙特卡罗(Monte Carlo)方法,应用等效氯离子扩散系数的修正计算模型进行混凝土结构的耐久性寿命预测.研究结果表明,混凝土梁受弯开裂处的等效氯离子扩散系数与裂缝宽度、粉煤灰掺量呈指数函数关系.考虑海工混凝土结构的重要使命,将钢筋脱钝时间作为混凝土结构的耐久性极限,讨论了保护层厚度、粉煤灰掺量以及受弯裂缝宽度对混凝土结构耐久性寿命的影响,相关研究成果可为实际海工混凝土结构耐久性设计及寿命评估提供一定的借鉴.     

冻融循环后钢纤维混凝土氯离子侵蚀性能研究

为探索经受冻融循环后的钢纤维混凝土在氯盐环境作用下的耐久性能,通过对冻融循环不同次数后的钢纤维混凝土试件开展氯离子侵蚀试验,分析了钢纤维掺量、冻融循环次数等因素对氯盐侵蚀环境下钢纤维混凝土耐久性的影响规律并探索了冻融损伤对钢纤维混凝土氯离子侵蚀性能的影响机理.研究结果表明:钢纤维掺量在0～1.5％范围内,钢纤维掺量越大,相同渗透深度处混凝土氯离子扩散系数越小,混凝土抵抗氯离子侵蚀的性能越好;冻融循环次数越大,钢纤维混凝土氯离子扩散系数越大,混凝土抵抗氯离子侵蚀的性能越差.     

干湿时间比对海工混凝土结构氯盐扩散的影响研究

为了探究海洋环境干湿交替区混凝土结构中氯离子扩散规律,将干湿时间比量化,对应连云港港口泊位现场环境与结构状况设计进行干湿交替区的混凝土构件在不同干湿时间比和不同压应力水平下的室内氯盐加速侵蚀试验,以混凝土内部扩散区的氯离子扩散系数和表面氯离子浓度作为侵蚀指标,将室内加速试验与现场试验的结果对比,分析干湿时间比和应力水平对氯离子扩散的影响.结果证明室内试验取得良好的加速侵蚀效果,试验结果表明对于干湿交替区的混凝土结构,干湿时间比对氯离子扩散的影响十分显著,不同的干湿时间比甚至将氯离子扩散系数提高2倍,其影响力远高于压应力水平.     

硫酸盐-氯盐侵蚀下混凝土的渗透性能研究

随着我国经济的快速发展,海洋混凝土结构长期安全地使用成为工程界关注的重点。在复杂的现实条件下,硫酸盐及氯盐侵蚀已经成为混凝土耐久性失效的主要原因之一,因此研究混凝土在侵蚀作用下的渗透性能是非常有意义的,本文系统研究了硫酸盐-氯盐侵蚀混凝土的渗透性能,主要研究成果如下:在侵蚀不同的时刻,分别对混凝土同一深度下的氯离子及硫酸根离子质量百分比进行测定,得到了混凝土中侵蚀离子的扩散规律,给出了硫酸根离子、氯离子侵蚀规律与腐蚀作用时间的相互关系。     

酸雨模拟液侵蚀混凝土的损伤劣化研究

采用干湿循环和长期浸泡两种制度,模拟滨海化工园区酸雨环境,研究C25和C50混凝土在酸雨侵蚀条件下的损伤劣化规律.结果表明:混凝土的质量、抗压强度、抗氯离子扩散能力随着酸雨循环次数的增加,呈现先增大后减小的趋势;C50及C25混凝土均是质量先达到破坏标准,水胶比低的混凝土抗酸雨侵蚀能力强;干湿循环实验和长期浸泡这两种制度下酸雨对混凝土的侵蚀规律一致.     

基于多因素耦合作用的混凝土氯离子迁移规律试验研究

碳化、氯离子侵蚀、荷载三者共同作用对沿海地区混凝土结构耐久性具有重要影响.以C25级普通混凝土为研究对象,针对应力、碳化和氯盐三因素共同作用,借助室内试验手段,对混凝土试样进行加载及快速碳化试验,研究了耦合作用下混凝土中的氯离子迁移机理,建立了应力-碳化-氯盐多因素共同作用下的氯离子传输模型.研究表明:当碳化时间较短时,氯离子扩散系数随荷载等级的增加而不断减小;当碳化时间较长时,氯离子扩散系数在荷载等级较小阶段会有显著下降趋势,而在荷载等级达到60％极限抗压强度以上时,呈现陡增陡降的变化过程.研究成果可以完善结构耐久性设计理论和方法.     

环境因素影响粉煤灰混凝土固化氯离子能力的试验研究

采用自然扩散法研究了氯盐溶液浓度、侵蚀时间和干湿循环影响粉煤灰混凝土固化氧离子能力的规律.结果表明:粉煤灰混凝土固化氯离子的能力随着氯盐溶液浓度的增大而逐渐增强,两者呈二阶多项式函数关系;随着氯盐溶液侵蚀时间的延长逐渐降低,两者呈幂函数关系;干湿循环提高了粉煤灰混凝土固化氯离子的能力.     

非饱和状态下氯离子在混凝土中的渗透机理及计算模型

在氯盐侵蚀环境中,干湿交替区域对应有害介质侵蚀最为严重的结构部位是结构耐久性设计的关键.考虑水分扩散系数与孔隙中水分饱和度的非线性函数关系以及水分蒸发的迟滞效应,建立了水分在混凝土中的非线性扩散模型,并在此基础上建立了氯离子在非饱和条件下的对流扩散模型.用Crank-Nicolson方式建立了上述模型的差分格式,并通过参数敏感性分析确定了3个重要模型参数(湿润与干燥循环的时间比、混凝土孔隙初始的饱和度以及干燥过程中外界环境作用下表层混凝土的饱和度)对氯离子在非饱和条件下的对流扩散的影响.试验结果表明上述模型和试验检测结果之间具有良好的相关性.     

考虑骨料表面强化的再生混凝土内氯离子传输细观数值模拟

采用纳米强化再生骨料表面的措施来改善再生骨料性能,建立多相再生混凝土细观数值模型,进行氯离子在再生混凝土内部传输的模拟和试验验证,并预测了氯盐环境下再生骨料表面强化混凝土耐久性寿命。结果表明:数值模拟得到的氯离子在再生混凝土内的分布与试验结果吻合较好;同一深度处,越靠近骨料表面,氯离子浓度越大,其中未强化再生骨料表面的氯离子浓度要大于强化再生骨料表面的氯离子浓度;增加保护层厚度可以有效提高纳米强化再生混凝土在氯盐环境下的耐久性寿命;随纳米包裹层氯离子扩散系数的减小,再生混凝土的耐久性寿命有所增加。     

荷载、碳化和氯盐侵蚀对混凝土劣化的影响

浇筑了普通混凝土和双掺粉煤灰、矿粉两种矿物掺合料的混凝土小梁试件39个,采用螺杆对试件施加混凝土极限抗弯承载力30%和60%的持续荷载,在"氯盐溶液浸泡+CO_2环境干燥"、"去离子水浸泡+CO_2环境干燥"和"氯盐溶液浸泡+大气环境干燥"3种不同干湿循环制度下进行干湿循环试验,分析了荷载、碳化和氯盐作用下混凝土的劣化规律。结果表明:双掺粉煤灰和矿粉的混凝土,因发生"二次水化反应"消耗了大量Ca(OH)_2,其抗碳化性能比普通混凝土差;碳化后混凝土孔隙中多被CaCO_3填充,孔隙率降低,因此碳化速率随碳化龄期的增长减缓;干湿循环作用下,随着循环次数的增加,对流区深度会逐渐趋于稳定,在7~9 mm之间,而碳化作用使混凝土表层氯离子堆积明显;干燥过程中,氯盐存在使混凝土表面孔隙出现结晶,亦会抑制碳化反应的速率;碳化作用对混凝土中氯盐的传输起到双重作用:使混凝土孔隙率降低从而降低氯盐的传输速率,又会使部分结合氯离子释放为自由氯离子,从而提高自由氯离子含量;荷载水平由0.3倍极限荷载增加到0.6倍极限荷载,碳化和氯盐传输深度显著提高,随循环次数增加,荷载作用对碳化和氯盐传输影响愈加明显。     

粉煤灰再生混凝土氯离子渗透性能影响因素研究

通过对再生混凝土试件进行氯离子自然扩散试验,研究了粉煤灰掺量、干湿循环、侵蚀时间、孔隙率4个因素对再生混凝土氯离子渗透性能的影响。试验研究说明:外掺粉煤灰能够有效提高再生混凝土氯离子渗透性能,氯离子渗透能力随着粉煤灰掺量增加呈现先增强后减弱趋势,粉煤灰的最优掺量为20%;干湿循环条件可以显著加速氯离子的渗透性,干湿循环作用对氯离子渗透性的影响与是否掺加粉煤灰关系不大;氯离子扩散速率伴随着侵蚀时间的延长而明显增大,表层比内部扩散较快,侵蚀前60d扩散较慢,随后加快;氯离子渗透性能随着孔隙率变大而增强,粉煤灰掺量为20%时孔隙率最低,抗渗性最好。     

粉煤灰再生混凝土中氯离子渗透性能试验研究

通过氯离子自然扩散试验,测定粉煤灰再生混凝土试件中自由氯离子浓度,研究了粉煤灰掺量、干湿循环等因素对粉煤灰再生混凝土中氯离子渗透性能的影响。结果表明:粉煤灰能提高再生混凝土抗氯离子渗透能力,粉煤灰最佳掺量介于10%~30%之间;干湿循环加快了粉煤灰再生混凝土中氯离子的渗透速度;粉煤灰再生混凝土中氯离子浓度随着氯盐溶液侵蚀时间的延长逐渐增大,随着向粉煤灰再生混凝土内部的深入,逐渐降低。     

碳化和应力作用对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

碳化、氯离子侵蚀、应力三者共同作用对沿海地区混凝土结构耐久性具有重要影响.以C25级普通混凝土为研究对象,针对应力、碳化和氯盐三因素共同作用,借助室内试验手段,对混凝土试样进行加载及快速碳化试验,研究了碳化和应力作用下混凝土中的氯离子迁移规律.研究表明:碳化龄期短的混凝土试件,氯离子扩散系数会有很大程度的下降,随着碳化时间的增加下降速度不断减缓;碳化龄期较长的混凝土试件,氯离子扩散系数会略有升高.随压应力的增大,混凝土碳化深度逐渐减小,氯离子扩散系数也逐渐减小.     

干湿交替对混凝土中氯离子分布影响的多相耦合数值分析

钢筋混凝土结构的耐久性会因为氯盐侵蚀而受到严重影响。为研究环境湿度对混凝土中氯离子分布的影响,建立了多相耦合的氯离子侵蚀模型,利用数值模拟方法探讨了氯离子侵蚀过程随环境湿度变化的规律。结果表明,环境湿度的改变不仅使混凝土中含水率产生变化,而且对混凝土中氯离子的分布产生显著影响,尤其是会引起孔隙中盐分结晶,这是混凝土性能退化的主要原因之一。数值模拟结果可为混凝土结构的减防腐蚀灾害设计提供重要的参考。     

干湿循环-硫酸盐侵蚀下矿物掺和料对混凝土耐久性的影响

研究了干湿循环-硫酸盐侵蚀耦合作用下,纯水泥混凝土、粉煤灰掺量10%和20%的粉煤灰混凝土及矿粉掺量15%和30%的矿粉混凝土的质量损失率、抗压强度和氯离子扩散系数的演变规律.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱分析研究了侵蚀后试件的微观形貌与物质元素组成.结果表明干湿循环-硫酸盐侵蚀耦合作用下混凝土性能发展分为2个阶段:即侵蚀初期性能的提高段与随后性能的劣化段:矿物掺和料的掺入不能改善混凝土的抗干湿循环-硫酸盐侵蚀性能.     

复合盐-干湿循环对高强水泥基材料的侵蚀作用研究

采用XRD和SEM等测试手段研究了高强水泥基材料经过复合盐-干湿循环侵蚀后的抗压强度、氯离子渗透性、物相组成和微观结构等组成、结构与性能特征.结果表明:高强水泥基材料经过80次复合盐-干湿循环侵蚀后抗压强度损失率5.4％、抗氯离子渗透深度7.76 mm,材料抗压强度高达92.8 MPa,高强水泥基材料是一种抗复合盐-干湿循环侵蚀性能良好的海工混凝土材料.高强水泥基材料具有良好抗复合盐-干湿循环侵蚀性能的主要原因是材料具有水灰比小、水泥石致密、抗渗性好、初始强度高、能够形成复合盐侵蚀的水化产物少、可供形成干湿循环侵蚀的结构空间小、抵抗侵蚀产物生长的力强等材料组成、结构与性能特征.高强水泥基材料原料中水泥和硅灰用量分别仅有353 kg/m3和44 kg/m3,应用这一材料可以获得显著的技术经济效益.     

氯盐环境条件下混凝土氯离子侵蚀模型进展

通过对钢筋混凝土氯离子腐蚀机理的分析,综合讨论氯离子环境条件下影响混凝土氯离子侵蚀的各种机理。总结国内外混凝土氯离子侵蚀模型的最新进展,并分析评价了考虑多种机理的氯离子侵蚀模型的特点和使用条件,为氯盐环境条件下混凝土的耐久性评估提供参考。     

干湿循环作用下氯离子在聚丙烯纤维混凝土中传输性能研究

为探究干湿循环作用下聚丙烯纤维混凝土中氯离子的传输规律,设计了四种掺量的聚丙烯纤维混凝土,对其在不同干湿循环周期下的自由氯离子含量和总氯离子含量进行测量,分析聚丙烯纤维掺入对混凝土氯离子结合性能及氯离子扩散系数的影响。结果表明:0.15%(体积分数,下同)聚丙烯纤维的掺入可以增加混凝土密实度,降低自由氯离子含量;而大量纤维的掺入(＜0.45%)导致混凝土内部自由氯离子含量增加,增大了混凝土的氯离子结合能力。聚丙烯纤维掺量0%~0.45%范围内,氯离子结合能力与纤维掺量存在二次函数关系。聚丙烯纤维的掺入降低了干湿循环后期氯离子扩散系数,增大了时间依赖系数m,有利于提高混凝土抗氯离子侵蚀能力。     

干湿循环作用下粉煤灰对砂浆抗硫酸盐侵蚀性能的影响

硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素之一.通过外观、抗压抗蚀系数、抗折抗蚀系数和膨胀率等宏观性能,研究了干湿循环作用下混凝土抗硫酸钠和抗硫酸镁侵蚀性能,并基于侵蚀产物相和孔结构结果分析了粉煤灰对其抗侵蚀性能的影响机制.结果表明:在硫酸盐和干湿循环两者共同耦合作用下,干湿循环的作用是促进硫酸盐的结晶,加速混凝土破坏.粉煤灰掺量为15％时砂浆抗侵蚀的性能最好,随着粉煤灰掺量继续增加,砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能明显降低.与硫酸钠溶液劣化规律相对比,镁离子的存在减缓了砂浆的劣化破坏速度,砂浆的盐结晶损伤减轻,其原因在于侵蚀溶液中的氢氧根离子会与镁离子反应生成氢氧化镁沉淀在砂浆表面,抑制了硫酸根离子的向内扩散.