氯盐环境下桥梁混凝土结构的腐蚀行为及破坏机理

为了解决氯盐导致钢筋混凝土结构耐久性破坏的问题,通过测试处于氯盐侵蚀环境中混凝土内部Cl-含量、pH值及含碱量的分布规律,探讨了氯盐对混凝土结构的腐蚀行为和破坏机理;揭示了氯盐侵蚀下钢筋混凝土曲线桥梁过早劣化的机理,并对此类病害的防治及治理提出了合理建议。结果表明：干湿循环条件下,大量Cl-侵入混凝土内部并且到达钢筋表面,造成钢筋锈蚀、混凝土胀裂,且随Cl-含量增加,混凝土PH值下降,含碱量增大;在含有Cl-的区域,混凝土PH值均降低;氯盐入侵后,增大了混凝土碱骨料破坏的可能性,混凝土内部孔结构发生了明显粗化。     

持续荷载与氯盐作用下钢筋混凝土梁力学性能试验

针对已有的研究以小尺度的试块实验而未能反映实际混凝土结构在荷载与氯盐耦合作用效应,自行设计大尺度钢筋混凝土梁的持续荷载施加装置,采用“电渗-恒电流-干湿循环”的方法对钢筋混凝土梁进行持续荷载作用下的加速锈蚀实验,并对试验后的混凝土梁的力学性能进行研究;同时,采用RCT方法研究试验梁混凝土保护层厚度范围内的氯离子分布规律,采用半电池电位法及称重法相结合来评价试验梁内纵向受拉钢筋锈蚀程度.结果表明:氯盐与持续荷载耦合作用下,随着持续荷载水平的提高,保护层厚度范围内的氯离子质量分数会增大,会在钢筋附近出现聚集现象;同时,也使纵向钢筋的锈蚀率增大,钢筋截面的锈蚀不均匀程度明显;导致混凝土梁的极限荷载减小,延性降低,截面曲率延性增高.     

盐渍土地区混凝土加速损伤劣化机理及基于Wiener过程可靠性分析

为了更好揭示西部盐渍土地区混凝土耐久性劣化机理及服役寿命,设计了包含腐蚀盐侵蚀、冻融破坏、干湿循环、紫外线照射等多损伤因子在内的室内加速试验,采用动弹性模量评价参数、质量评价参数、抗压强度等宏观评价指标及扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等微观评价指标共同揭示混凝土耐久性损伤劣化机理,提出利用非单调Wiener随机过程建模.结果表明:在多损伤因子耦合作用下混凝土内部凝胶体表面出现裂缝、蜂窝状孔隙,有针状、棒状、薯条状晶体从内部缺陷处生长,腐蚀产物包括钙矾石、石膏等晶体及无胶凝性水镁石,消耗内部凝胶体,产生膨胀应力.干湿循环产生的物理结晶作用及冻融循环产生的胀缩应力加剧了裂缝的形成与发展.可靠性寿命曲线可以很好地描述混凝土在多损伤因子作用下的侵蚀劣化过程,各退化指标中通过质量得到的可靠性寿命时间最长,动弹性模量次之,强度退化指标可靠性寿命最短.以3类退化指标在0.35可靠度下的平均时间作为混凝土在多损伤因子作用下的可靠性寿命,可得C45,C40及C35混凝土的室内加速寿命分别为182.3,138.3和104.6 d.     

盐渍土环境中钢筋混凝土基于Wiener随机过程寿命预测

针对西部盐渍土地区混凝土结构耐久性寿命较短的突出问题,将钢筋混凝土试件置于格尔木盐渍土地区进行现场埋置,每隔150d定期搜集试件超声声速、质量及钢筋电阻等无损退化指标,通过动弹性模量评价参数ξ_a、质量评价参数ξ_b、钢筋未锈蚀评价参数ξ_c及SEM图像从宏观、微观两方面进行耐久性损伤劣化评价分析,选择Wiener随机过程建模并进行寿命预测,研究结果表明：在腐蚀离子及气候的综合作用下混凝土ξ_a及ξ_b值呈波动式变化,初期略有上升,中后期加速下降,ξ_a值对混凝土性能变化更敏感,钢筋ξ_c值基本呈直线下降；腐蚀性阴离子进入混凝土中生成Friedel’s盐、硅灰石膏、钙矾石、石膏、碳酸钙等晶体,腐蚀产物呈棒状、杆状、纤维状、针状,钢筋锈蚀产物呈颗粒状、团簇状堆积,表面有蚀坑形成；Wiener随机过程模型可以很好地预测盐渍土环境中钢筋混凝土寿命,各退化指标得到的寿命曲线呈两阶段变化,钢筋退化指标得到的寿命曲线第一阶段持续时间更长,而混凝土退化指标得到的寿命值高于钢筋退化指标得到的寿命,且通过混凝土动弹性模量得到的寿命低于质量退化指标寿命,以钢筋退化指标得到C35、C40、C45钢筋混凝土在格尔木盐渍土环境中的服役寿命分别约为4500d、5000d及5800d。     

钢筋锈蚀层发展和锈蚀量分布模型比较研究

研究了各种加速试验条件和实际自然环境下混凝土中钢筋锈蚀量的分布规律.结果表明:氯盐外侵试件在锈胀开裂前锈蚀量分布在面向保护层一侧,呈半椭圆形分布.锈胀开裂后向内部发展,在背向保护层一侧的锈蚀量近似为均匀分布.在面向保护层一侧锈蚀程度相当的情况下,内掺氯盐试件背向保护层一侧的锈蚀量大于氯盐外侵试件.人工气候环境下钢筋锈蚀层的分布特征与自然环境下的相同,是一种比较理想的加速试验方法.外通直流电法的锈蚀比较均匀地分布在整个钢筋表面,与实际自然情况不符.     

养护条件与暴露环境对氯离子传输的耦合作用

为研究早期养护条件和后期暴露环境作用对混凝土抗氯离子扩散性能的耦合作用效应,选取不同的早期养护条件和海洋暴露环境对混凝土试件进行暴露试验.设定5种环境干湿状况及养护龄期用以模拟施工中出现的不同养护条件,并选取具备不同干湿循环比例的海洋环境对混凝土试件进行6个月的暴露.暴露结束后,通过酸溶法氯离子浓度分布测定及稳态电迁移试验讨论氯离子在混凝土中的传输特性影响.同时还对氯离子在非饱和混凝土中的传输进行数值模拟研究.结果表明,早期的不充分养护和后期的干湿交替环境使得混凝土浅表层的毛细吸附行为和氯离子在浅表层的富集变得十分显著.服役环境的供水能力强,则氯离子在混凝土内部的扩散效应显著;反之,氯离子的扩散效应被弱化.因此提出,在海洋环境中服役的钢筋混凝土结构进行耐久性设计时,必须重视并且考虑早期养护条件和后期暴露环境的干湿循环比例的耦合作用.     

海洋环境下钢筋混凝土中钢筋锈蚀的概率

为了分析海洋环境下钢筋混凝土中钢筋锈蚀的随机性,利用可靠度理论建立了钢筋混凝土中钢筋锈蚀的功能函数,引入混凝土的氯离子扩散系数和混凝土保护层厚度两个随机变量,推导出了在一定使用寿命条件下的钢筋混凝土中钢锈蚀的概率和在一定的钢筋锈蚀概率条件下钢筋混凝土结构的服役时间计算公式,通过模拟海水浸泡钢筋混凝土的腐蚀实验对此方法进行了验证。结果表明,利用概率方法分析钢筋混凝土的使用寿命和锈蚀概率是有效的,可以用来评价钢筋混凝土的耐久性,降低混凝土的渗透性和适当增加混凝土的保护层厚度可以明显提高钢筋混凝土在海洋环境下的耐久性。     

钢筋锈蚀及混凝土劣化耦合对梁构件力学性能的影响

设计人工模拟环境,研究酸雾、氯盐及硫酸盐混合盐雾侵蚀以及碳化耦合作用下钢筋混凝土梁破坏模式、锈胀裂缝宽度、受弯承载力、荷载-挠度曲线,重点研究钢筋锈蚀与混凝土劣化耦合作用的影响.结果表明:钢筋锈蚀率低于3.27%时,试验梁基本没有锈胀开裂,受弯破坏模式主要为受压区混凝土压碎,极限承载力随锈胀裂缝宽度增加快速减小;锈胀裂缝产生后,破坏形式逐渐转变为受拉钢筋屈服破坏,且承载力随钢筋锈蚀率大幅增加而缓慢减小.荷载-挠度曲线的峰值和斜率随劣化程度增加而减小.钢筋锈蚀导致混凝土开裂,混凝土劣化降低对钢筋的约束,两者耦合加速黏结性能退化,从而导致梁构件力学性能退化.理论分析了试验现象产生的原因,并对试验结果和理论计算结果进行了验证.     

金属大气腐蚀影响因素及实验方法研究综述

金属材料的大气腐蚀造成了巨大的经济损失。模拟金属材料在不同大气环境下的腐蚀并预测其长期腐蚀水平意义重大。主要阐述了腐蚀的影响因素及影响效果,综述了自然暴露实验法、湿热实验、盐雾实验、干湿交替循环实验和多因子循环复合腐蚀实验等方法的原理及应用。其中多因子循环复合腐蚀实验已成为模拟大气腐蚀加速实验的主要发展方向。     

氯盐与硫酸盐复合侵蚀下钢筋混凝土锈裂行为

为评估海洋、盐湖等环境中钢筋混凝土结构耐久性,通过试验与理论相结合探究氯盐与硫酸盐复合侵蚀下钢筋混凝土锈裂特性。通电腐蚀5%(质量分数)NaCl、5%NaCl+5%Na₂SO₄溶液中钢筋混凝土试件,对比分析混凝土表观形貌、钢筋锈蚀特征。设计伴随的混凝土腐蚀试验,类比保护层腐蚀劣化,分析混凝土力学性能。结果表明：硫酸盐的存在改变胀裂前混凝土形貌,使得单一氯盐侵蚀下的“白须”消失,表面粉化并出现盐结晶,延长胀裂时间;复合侵蚀下钢筋锈蚀率低于单一氯盐侵蚀,二者均显著低于法拉第定律理论值;锈胀裂缝宽度与钢筋锈蚀率线性相关,硫酸盐的存在增大裂缝随钢筋锈蚀发展的速率;通电环境中,受腐蚀混凝土的抗压强度先升高后降低,劈裂抗拉强度不断降低。提出受腐蚀混凝土的抗拉强度演化经验公式。在经典锈胀模型的基础上考虑锈蚀产物对裂缝的填充作用,并将硫酸盐的影响考虑至混凝土抗拉强度、钢筋腐蚀电流密度中,建立复合侵蚀下钢筋混凝土胀裂时间预测模型,并验证了模型的有效性。     

腐蚀环境中混凝土桩基耐久性研究进展

腐蚀环境中地下混凝土结构的耐久性问题一直是国内外研究的热点问题之一.针对海洋和近海氯盐侵蚀环境与内陆盐湖和盐碱地硫酸盐侵蚀环境中地下混凝土结构的耐久性问题,分别从混凝土侵蚀机理、侵蚀性离子扩散机制、钢筋锈蚀机理、混凝土强度和刚度损伤等几个方面总结和归纳了当前国内外的研究现状,探讨了氯盐侵蚀环境和硫酸盐侵蚀环境中地下混凝土结构的损伤特性和劣化机制.在此基础上,考虑PHC预制管桩和现浇钻孔灌注桩的制作养护工艺,分别论述了海工环境中水平受荷PHC管桩和盐渍土环境中竖向受荷钻孔灌注桩的侵蚀劣化机理,进而结合海工环境中水平受荷PHC管桩和盐渍土环境中竖向受荷钻孔灌注桩的承载机制,探讨了各自承载特性的退化规律,总结了海工环境中水平受荷PHC管桩和盐渍土环境中竖向受荷钻孔灌注桩寿命的预测方法.最后,基于当前腐蚀环境中钢筋混凝土桩基耐久性研究现状,笔者根据自己的见解提出了今后的研究思路和方向,以期为腐蚀环境中和复杂应力条件下钢筋混凝土桩基的耐久性研究以及今后相应规范的制定提供一定参考.     

滨海环境中海砂混凝土受氯盐侵蚀的试验研究

作为混凝土主要组分之一的建筑砂,因受资源和环境影响制约,已无法满足工程建设的需求.而实践证明合理开发和使用海砂是缓解河砂供需矛盾的有效方法.通过室内、外对比试验,定量分析了河砂和海砂混凝土受氯盐侵蚀后,氯离子在混凝土中的含量与分布.试验结果表明:使用原状海砂显著增大了混凝土的初始氯离子含量;而长期暴露在滨海环境的海砂混凝土结构,不仅要经受干湿循环的影响,其内部钢筋更要遭受"混入"和"渗入"氯离子的共同作用,为钢筋锈蚀埋下了极大的隐患.     

沿海公路钢筋混凝土桥梁氯盐侵蚀的调研与分析

在氯盐污染环境下,过量的Cl-向混凝土中渗透是导致钢筋腐蚀的主要因素之一．本文就秦皇岛地区沿海公路上一些投入使用10 a左右的钢筋混凝土桥进行了调查与检测．调查结果显示,这些混凝土桥梁中普遍存在损伤开裂、钢筋锈蚀、保护层剥落等现象;检测结果显示某些部位的Cl-侵蚀深度已经超过钢筋的保护层厚度。混凝土中Cl-的质量分数普遍比较大,Cl-质量分数已超过钢筋锈蚀的临界值．Cl-渗透引起桥梁损坏的问题应该引起人们的关注．     

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.     

超低温下轴拉钢混构件裂缝控制可靠度分析

基于蒙特卡洛法,由规范给出的正常使用极限状态下的功能函数,通过改变钢筋混凝土构件的温度、保护层厚度、荷载效应比、钢筋尺寸、混凝土等级,对超低温下钢筋混凝土轴拉构件最大裂缝可靠度进行分析得出:钢筋混凝土轴拉构件由常温20℃降至-160℃情况下,构件轴拉可靠指标β呈先降低后升高最后趋于平稳的趋势;对超低温条件下构件可靠指标影响由大到小依次为钢筋尺寸、混凝土等级、荷载效应比、保护层厚度;随着温度的降低,通过提高钢筋混凝土构件材料的性能,对钢筋混凝土构件裂缝控制的效果更加明显。     

硫酸盐环境混凝土动弹性模量及微观研究

针对西部重盐渍土地区混凝土的耐久性问题,以内掺复合掺合料制成的高性能细石混凝土和普通硅酸盐水泥以及抗硫酸盐水泥制成的高性能细石混凝土作为研究对象,在硫酸钠溶液中进行干湿循环后,通过对动弹性模量的测量以及对混凝土SEM形貌分析,结果表明,在干湿交替的恶劣环境中,抗硫酸盐水泥混凝土的抗侵蚀性能并不比普通水泥混凝土好;掺加复合掺和料的高性能细石混凝土对硫酸盐侵蚀有较好的抵抗性能;掺加矿物掺合料能够与混凝土内部的不利成分Ca(OH)2发生二次水化反应,生成有利的C-S-H凝胶,有效改善混凝土的微观结构;并给出了在盐渍土地区拌制混凝土的建议.     

氯离子侵蚀和碳化作用下的钢筋混凝土梁承载力试验

为研究大气盐雾环境中C l-和CO2作用下受弯钢筋混凝土梁的耐久性,设计制作了一组普通钢筋混凝土梁试件,结合加速腐蚀,对这组梁的裂缝、挠度和承载能力作了分析。结果表明：氯离子和CO2共同腐蚀持续荷载作用下,随着碳化的深入、时间的增长,梁腐蚀速度加快,裂缝急剧增长;梁的挠度随钢筋锈蚀发展而增加,在锈蚀的早期挠度增长较大,随着锈蚀的发展,挠度增长趋于平稳;梁的劣化随荷载的增加,劣化速度加快。     

含盐高湿环境对沥青混合料性能及内部形态的影响

为了深入研究含盐高湿环境对沥青混合料的侵蚀机理,促进临海地区沥青路面的建设。在5%、10%和15%的NaCl溶液中干湿循环沥青混合料以加速模拟含盐高湿环境的侵蚀,通过室内试验研究氯盐溶液对沥青混合料性能的影响,并采用CT扫描研究混合料内部微观结构的变化。结果表明:混合料的高温、低温、水稳及耐久性能均随NaCl溶液浓度的增加逐渐下降,尤其是水稳定性下降最严重,残留稳定度和冻融劈裂强度比无法满足规范要求;混合料的空隙率随干湿循环次数的增加逐渐增大,混合料内部析出氯盐晶体并不断膨胀,最终导致了沥青混合料性能劣化。     

氯盐侵蚀钢筋混凝土框架结构可恢复性分析

为了研究氯盐环境下钢筋混凝土结构抗震性能的劣化规律以及可恢复性评估。文中以钢筋混凝土框架结构为例,对受到氯盐侵蚀的钢筋混凝土框架结构进行可恢复性研究。根据氯离子扩散机理,建立基于时变腐蚀电流密度的锈蚀钢筋直径劣化模型,通过考虑力学性能劣化的钢筋弹性模量计算方法,获得氯离子及地震共同影响下的结构损伤模型,进一步估算结构损失,提出侵蚀结构可恢复性评估方法。采用OpenSees分析软件,对按现行设计规范设计的框架结构实例进行可恢复性分析。研究结果表明:在氯盐侵蚀环境的影响下,随着服役时间的增加,钢筋混凝土框架结构的抗震性能不断劣化;当钢筋混凝土结构在不同服役时间遭遇同一地震强度时,其可恢复性逐渐降低。研究结果可为不同服役时间的框架结构提供维护参考。     

南疆地区混凝土结构耐久性现状与影响因素研究

新疆南疆地区土壤盐渍化程度非常严重,气候恶劣,导致许多混凝土建(构)筑物产生混凝土腐蚀、开裂、鼓胀隆起和钢筋锈蚀等耐久性病害,使其在服役期内频繁出现影响正常运行的各种工程问题.通过对南疆地区既有混凝土建(构)筑物的耐久性现状开展实地调研和现场检测,结合工程结构的耐久性病害特征分析,发现影响该地区混凝土结构耐久性能的主要因素有:(1)盐渍土腐蚀和盐水侵蚀;(2)冻融破坏;(3)干湿循环作用;(4)盐渍土地基的盐胀和冻胀作用.通过采取增厚混凝土表面沥青胶泥防腐涂层厚度或使用环氧树脂防腐涂料、提高混凝土密实度、使用钢筋阻锈剂、采用强夯法、设置止水带或敷设防渗膜等工程措施,可最大限度地减小或者消除盐渍土腐蚀和盐水侵蚀以及盐渍土地基的盐胀和冻胀作用,切实提高本地区混凝土结构的耐久性能.