环境温湿度和水灰比对混凝土保护层氧扩散能力的影响

为了找出温度、湿度和水灰比对混凝土保护层氧气扩散系数的影响规律,应用中国矿业大学研制的氧气扩散系数测试装置,在不同温湿度和水灰比的条件下,对混凝土试件进行氧气扩散系数的正交试验研究.试验所得规律为钢筋锈蚀的定量评价提供了科学依据.     

混凝土中气体扩散系数的计算模型

混凝土中的气体扩散系数是研究混凝土碳化与钢筋锈蚀的重要参数.从气体扩散机理出发,深入分析了气体在混凝土中扩散的影响因素.在评述已有扩散系数计算公式基础上,提出了以混凝土抗压强度为主要参数,并考虑环境温湿度、混凝土的应力状态与水平等综合影响的气体有效扩散系数计算模型,利用已有的试验结果确定了模型参数,为科学预测混凝土碳化速度与钢筋锈蚀速率奠定了基础.     

应力作用下混凝土胀裂前钢筋锈蚀率预测模型

假设混凝土保护层完全碳化时钢筋开始锈蚀,利用应力状态下混凝土碳化模型,获得应力状态下混凝土中钢筋开始锈蚀时间的计算模型。根据应力状态下混凝土中CO2有效扩散系数得到相应的O2有效扩散系数,并通过外加电流加速锈蚀试验研究了应力状态对钢筋锈蚀速率的影响。最终基于法拉第定律建立了应力状态下混凝土中钢筋锈蚀率的预测模型,并用预测模型计算工程实例。计算结果与实测结果符合较好,同时证明随着应力水平的提高,钢筋开始锈蚀时间提前,锈蚀率加快,最终导致高应力区域锈蚀率明显高于低应力区域。     

混凝土中氯离子渗透的试验与细观数值分析

采用试验研究与数值模拟相结合的方法,从细观角度研究了粗骨料含量、界面区和孔隙率等对混凝土中氯离子渗透性能的影响。通过氯离子扩散系数快速测定RCM试验和压汞试验,分析了不同粗骨料含量、水胶比、孔隙率与氯离子扩散系数的关系;通过编写程序建立混凝土细观随机骨料模型,进而对氯离子的扩散性能进行数值模拟,分析了粗骨料含量和界面区等细观参数对氯离子渗透扩散的影响。结果表明：数值模拟与试验结果吻合性较好,验证了细观数值模型的有效性;氯离子扩散系数随粗骨料含量的增加而降低;混凝土孔隙率随水胶比的增加而增大,进而增加混凝土的渗透性;混凝土的渗透性能随着界面区厚度和界面区扩散系数的增加而增大。     

氯盐环境下混凝土氯离子传输和钢筋锈蚀研究

通过对16组带裂缝100×100×400mm的短梁进行在氯盐溶液的干湿循环试验,以裂缝宽度、混凝土保护层厚度和钢筋直径为变量,研究不同裂缝宽度的钢筋混凝土裂缝周围和沿裂缝深度的氯离子含量,以及裂缝底端钢筋锈蚀长度,探讨氯离子传输规律;钢筋锈蚀长度的影响因素;并提出钢筋锈蚀长度预测模型。结果表明:氯离子在带裂缝混凝土中以二维扩散的方式扩散,氯离子在裂缝周围40～60mm区域的二维扩散效应表现得更加显著;混凝土深度为10mm范围内氯离子浓度随裂缝增大的趋势相对平缓,当深度10mm后,其趋势变大;裂缝宽度对钢筋锈蚀长度影响最大,当裂缝宽度w0.3mm时,钢筋锈蚀长度的预测值与试验值符合程度较好,钢筋锈蚀长度预测模型具有一定合理性。     

混凝土建筑物碳化深度的模型预测

目的为了研究混凝土碳化对钢筋混凝土结构耐久性的影响.方法从混凝土的碳化机理出发,分析了影响混凝土碳化的主要因素.通过现场试验,对某建筑物的混凝土强度、碳化深度及钢筋保护层厚度进行了测定.结果通过对影响该建筑物的影响因素综合分析,建立了考虑环境因素、混凝土强度、覆盖层等多因素混凝土碳化深度预测模型.结论利用试验数据验证了预测模型的正确性,结果表明在预测混凝土碳化深度时,必须考虑覆盖层的影响.     

粉煤灰混凝土孔隙结构对气体扩散能力的影响

通过压汞试验研究了粉煤灰掺量对混凝土孔径分布的影响规律,从气体在混凝土中的扩散机理出发,并结合压汞试验结果研究了粉煤灰掺量对气体O。及CO。在粉煤灰混凝土中扩散能力的影响．结果表明：粉煤灰等量取代水泥达45％时,混凝土总孔隙率、有害孔及多害孔（孔径〉50nm）的分孔隙率、最可几孔径及平均孔径均明显增大;0^2及Co^2气体在普通混凝土及粉煤灰混凝土中扩散时,在大多数孔隙（80％以上）中扩散属于过渡区扩散;在同等条件下气体CO。在粉煤灰混凝土中的扩散能力较气体O^2差;由于粉煤灰掺量对过渡区扩散孔分孔隙率占总孔隙率比值影响不大,导致粉煤灰掺量即使达到45％时对气体的有效扩散系数增大幅度不足】0％．     

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。     

陶瓷粉再生混凝土氯离子扩散性能研究

针对自由氯离子在陶瓷粉再生混凝土中的扩散性能研究,试验采用自然浸泡法,探究了不同水胶比、陶瓷粉取代量以及浸泡时间三种因素对混凝土中氯离子扩散规律的影响.基于实测数据,通过研究不同陶瓷粉取代量对混凝土抗压强度的影响,以及自由氯离子浓度分布和扩散系数规律,并且对混凝土微观形貌进行分析.结果表明:混凝土的抗压强度随着陶瓷粉取代量的增大而降低;陶瓷粉混凝土的氯离子扩散系数随着浸泡时间的延长而减小,随着水胶比的增大而增大;混凝土中掺入陶瓷粉替代部分水泥能够提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能,保护钢筋不易受到腐蚀,有效延长结构的使用寿命.掺入的陶瓷粉量在20%左右时能得到最佳效果.     

海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析

为了实现海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析的目标,首先给出了海洋环境混凝土桥梁耐久性退化过程中三个关键时刻的计算数学模型和截面削弱过程的模拟方法.以一座预应力混凝土连续梁为对象,利用笔者自行编写的分析程序分析了保护层厚度、大气温度、钢筋锈蚀临界氯离子浓度、混凝土表面氯离子浓度和混凝土强度等设计参数对混凝土桥梁耐久性能的影响程度.结果表明：在整个退化过程中,保护层厚度对整个过程都有显著影响,钢筋锈蚀临界氯离子浓度和混凝土表面氯离子浓度对钢筋开始锈蚀时刻影响明显,大气温度和混凝土强度则对钢筋锈蚀速率有一定影响.增大保护层厚度和减小混凝土渗透性可明显改善海洋环境中混凝土桥梁的耐久性能.