多因素作用下钢筋混凝土构件氯离子扩散系数模型

通过对钢筋混凝土氯离子侵蚀机理的分析,在Fick第二扩散定律基础上,建立了综合考虑水灰比、湿度、时间、温度、混凝土材料对氯离子结合作用等多因素作用下的氯离子侵蚀模型,并给出了考虑边界条件的侵蚀模型数学解。通过对长期现场暴露试验数据分析,验证了该侵蚀模型的有效性和可靠性。与传统的Fick第二扩散定律模型对比并分析得：该模型不仅能反映结构实际受氯盐侵蚀的发展趋势和混凝土不同深度处的氯离子浓度,而且能预测不同时期钢筋处的氯离子含量和钢筋开始锈蚀时间。     

寒区桥梁用自密实混凝土耐久性研究

通过氯离子迁移渗透试验和冻融损伤后氯离子扩散深度试验,研究自密实混凝土抗氯离子扩散的性能和冻融损伤对氯离子扩散能力的影响。结果表明,自密实混凝土较普通混凝土具有良好的抗氯离子扩散和冻融损伤能力,可提高抵御氯盐侵蚀能力,防止钢筋锈蚀,增强混凝土耐久性。     

海洋环境混凝土中氯离子浓度预测的多系数扩散方程

综合考虑了影响氯离子扩散系数的时间效应、混凝土的氯离子结合能力、温度、劣化效应、应力与开裂状态、环境条件等因素,对基于Fick第二定律的扩散方程进行修正,得到了预测混凝土中氯离子浓度分布的多系数扩散方程,给出了解析解.通过浸泡试验和暴露试验对预测模型进行验证,发现预测值与实测值吻合较好,证明了预测方程的有效性.     

混凝土中氯离子-硫酸根离子耦合扩散模型

为了研究混凝土中硫酸根离子与氯离子扩散的相互影响,引入硫酸根离子侵蚀损伤演化理论,分析了硫酸根离子侵蚀对混凝土孔隙率的影响和混凝土孔隙率对氯离子扩散的影响,提出了考虑硫酸根离子影响的氯离子扩散系数。通过菲克定律推导出的一维扩散模型对实验数据进行拟合,确定了待定系数a_D的值,建立了考虑硫酸根离子侵蚀损伤演化的氯离子扩散模型。     

混凝土中氯离子扩散时变多因素模型和服役寿命研究

为了研究温度、湿度等时变环境因素对混凝土中氯离子扩散和分布规律的影响,分析氯盐侵蚀环境下混凝土结构的服役寿命。通过分析各影响因素对扩散系数的影响,提出扩散系数的多因素修正模型,基于此,建立了混凝土中氯离子扩散与分布规律的时变多因素模型,并提出了多种扩散形式下的服役寿命计算方法。通过算例分析表明:建立的时变多因素模型的时变特性与传统模型的时变特性之间存在较大差异,所建时变多因素修正模型更合理;相对于矩形截面的构件,圆形截面的构件具有更好的耐久性,可以降低混凝土的配置和施工难度,进而减少建造和维护成本。     

混凝土氯离子扩散系数预测的两步解析法

针对现有混凝土氯离子扩散理论模型的不足,提出了混凝土氯离子扩散系数预测的两步解析 法．将混凝土看成一种是由骨料、水泥石基体和界面组成的三相复合材料,基于非均匀界面模型,估 算出水泥石基体和界面的水灰比、水化度和氯离子扩散系数,然后根据微分有效介质方法,提出了 混凝土氯离子扩散系数的简单解析解．做了一组混凝土氯离子扩散试验,通过与试验结果比较初步 证实了所提出的两步解析法的有效性．最后通过敏感性分析量化了影响混凝土氯离子扩散系数的 两个主要因素,结果表明：随着水灰比增大或骨料体积分数减小,混凝土氯离子扩散系数增大．     

修正的氯离子在混凝土中的扩散模型及其工程应用

通过参数定义对Fick定律的假定进行修正,推导氯离子在混凝土中扩散的多因素修正模型,综合考虑氯离子扩散系数的时随效应、混凝土的氯离子结合能力和混凝土自身缺陷对扩散过程的影响.经分析试算,给出模型中参数的取值.利用修正的扩散模型,推导定值法、基于概率性能和基于时变可靠度的混凝土结构工作寿命预测方法,并采用上述方法对一在建的实际工程进行寿命预测.结果表明,基于时变可靠度的预测方法不仅可以考虑氯离子扩散系数及混凝土保护层厚度的随机特性,而且可以方便地考虑环境变量的随机特性,通过调整目标可靠度得到的预测结果与定值法和基于概率性能的预测方法的结果相吻合.     

基于贝叶斯理论的氯离子扩散系数计算模型

氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀是沿海或者盐湖地区混凝土结构耐久性劣化的主要诱因,现有氯离子侵蚀模型中的扩散系数多基于Fick’s第二定律,由实验室试验或工程测试确定,具有一定的局限性.基于氯离子扩散系数试验数据,采用贝叶斯理论,建立了氯离子扩散系数计算模型.该模型综合考虑了水胶比、侵蚀时间、环境温度、相对湿度等因素对氯离子扩散系数的影响,能较好地反映氯离子扩散系数的变化情况.通过已有试验数据验证表明,该模型的计算结果与试验结果吻合较好,具有一定的理论和应用价值.     

混凝土氯离子综合机制扩散模型及敏感性研究

为了更深入了解氯离子侵蚀造成钢筋混凝土结构使用寿命缩短的原因,研究了各种因素对氯离子扩散的影响,基于Fick第二定律,推导出考虑综合影响机制的氯离子扩散理论迁移模型,确定了温度、时间以及结构劣化效应和混凝土结合作用与氯离子扩散系数的关系,并对各影响机制的内在相关性和重要性进行了敏感性分析,同时对迁移模型进行了实验和工程验证．     

热湿传导模型在早龄期混凝土非结构性裂缝分析中的应用

为了更加准确的分析混凝土结构早龄期非结构性裂缝的产生机理,提出了混凝土三维有限元热湿传导数值计算模型.该模型考虑了水泥水化放热引起的混凝土温度变化、表面干燥失水而造成的混凝土湿度非均匀分布和热传导与湿度扩散之间的耦合作用;采用考虑水化度的混凝土弹性模量和抗拉强度计算公式来表征早龄期时温度变化对其力学性能的影响,同时在应力分析中采用Bazant的双幂函数徐变模型.算例分析表明,该模型能很好地预测实际条件下混凝土温度、湿度变化和相应产生的应力,具有一定的工程应用价值.     

海洋大气中氯离子在粉煤灰混凝土中的传输规律

为了实现海洋大气环境中粉煤灰混凝土耐久性使用寿命的预测,从氯离子在人工模拟海洋大气环境中粉煤灰混凝土中的传输试验出发,结合氯离子在非饱和多孔介质中的传输机理,研究海洋大气环境下混凝土内部微环境（微环境温度和相对湿度）及粉煤灰掺量对氯离子传输速率的影响程度,并与人工模拟海洋水下环境试验结果进行对比分析.研究结果表明：1) 在海洋大气环境与海洋水下环境下,氯离子在粉煤灰混凝土中的扩散模型形式上一致,粉煤灰的掺入对氯离子传输能力有一定的影响,但不会改变氯离子在混凝土中的传输机理.2) 当粉煤灰掺量一定时,微环境相对湿度越高（微环境温度一定）,海洋大气环境氯离子扩散系数越大;但微环境温度(微环境相对湿度一定)对海洋水下环境和海洋大气环境中氯离子迁移的影响程度不同.3) 粉煤灰掺量(微环境温度、相对湿度一定)对海洋水下环境和海洋大气环境氯离子扩散系数的影响规律不同.     

Chloride ion transmission model under the drying-wetting cycles and its solution

The chloride ion transmission model considering diffusion and convection was established respectively for different zones in concrete by analyzing chloride ion transmission mechanism under the dryingwetting cycles. The finite difference method was adopted to solve the model. The equation of chloride ion transmission model in the convection and diffusion zone of concrete was discreted by the group explicit scheme with right single point （GER method） and the equation in diffusion zone was discreted by FTCS difference scheme. According to relative humidity characteristics in concrete under drying-wetting cycles, the seepage velocity equation was formulated based on Kelvin Equation and Darcy＇s Law. The time-variant equations of chloride ion concentration of concrete surface and the boundary surface of the convection and diffusion zone were established. Based on the software MATLAB the numerical calculation was carried out by using the model and basic material parameters from the experiments. The calculation of chloride ion concentration distribution in concrete is in good agreement with the drying-wetting cycles experiments. It can be shown that the chloride ion transmission model and the seepage velocity equation are reasonable and practical. Studies have shown that the chloride ion transmission in concrete considering convection and diffusion under the drying-wetting cycles is the better correlation with the actual situation than that only considering the diffusion.     

海洋环境中考虑温湿传导耦合的氯离子渗透模型

针对海洋环境中混凝土构件遭受氯离子侵蚀过程的复杂性,完善考虑温湿传导耦合的氯离子渗透模型。该模型的控制方程以及各项参数均充分体现了侵蚀过程中热量传导、水分扩散以及氯离子渗透的交互影响,并根据与侵蚀性海水的接触程度不同区分了四种温湿—氯离子表面浓度的边界条件,提出了一套依据区域宏观环境信息确定局部微环境的方法,从而实现了对该过程的多参数仿真模拟。通过试验实测数据对模型进行了验证,对比模型分析结果与试验数据发现两者吻合度很高,并证实了处于潮汐影响区的混凝土是遭受氯离子侵蚀最显著的部位。     

养护湿度对混凝土内氯离子传输的影响

为得出早期养护湿度对混凝土内腐蚀介质传输的定量影响,以氯盐侵蚀为例,从水化度及孔隙率角度分析了混凝土养护湿度与氯离子扩散系数之间的相互关系,建立了不同养护湿度下氯离子扩散系数的计算模型.对制作的普通混凝土及掺纤维混凝土试件采用不同湿度进行养护,然后将试件在Na Cl溶液中分别浸泡60 d和180 d,测试得到的氯离子质量分数表明,早期养护湿度越大,混凝土的表观氯离子扩散系数越小.相对于正常浇水养护,饱水养护可降低氯离子扩散系数10%~20%,而不养护将使氯离子扩散系数增大14%~29%.纤维的加入能减弱不正常养护对混凝土耐久性的影响.最终利用试验数据回归得出了模型中不同材料所对应的参数,给出了不同湿度养护后混凝土的表观氯离子扩散系数计算公式.     

温湿度耦合效应下早龄期混凝土的相对湿度场

早龄期混凝土温度和相对湿度的时间-空间变化规律是揭示混凝土早期开裂的关键。为此,建立了早龄期混凝土温度-湿度耦合作用分析模型,采用无条件稳定向后差分格式,考虑水化作用、自干燥作用、温湿度扩散作用以及温湿度耦合机制,分析早期混凝土相对湿度的时间-空间变化规律,定量揭示相对湿度的空间不均匀性,分析了水灰比、环境相对湿度以及表面水分交换系数等对相对湿度及其空间变化规律的影响。与实验结果的对比验证了模型的合理性,结果表明：温湿度扩散作用对相对湿度的影响随距扩散表面距离的增加而减小,水灰比对相对湿度的影响与位置无关,而环境相对湿度和表面水分交换系数主要影响混凝土扩散表面附近的相对湿度场。     

Cellular automata-based chloride ion diffusion simulation of concrete bridges under multi-factor coupling actions

In order to accurately simulate the diffusion of chloride ion in the existing concrete bridge and acquire the precise chloride ion concentration at given time, a cellular automata (CA)-based model is proposed. The process of chloride ion diffusion is analyzed by the CA-based method and a nonlinear solution of the Fick’s second law is obtained. Considering the impact of various factors such as stress states, temporal and spatial variability of diffusion parameters and water-cement ratio on the process of chloride ion diffusion, the model of chloride ion diffusion under multi-factor coupling actions is presented. A chloride ion penetrating experiment reported in the literature is used to prove the effectiveness and reasonability of the present method, and a T-type beam is taken as an illustrative example to analyze the process of chloride ion diffusion in practical application. The results indicate that CA-based method can simulate the diffusion of chloride ion in the concrete structures with acceptable precision.     

The transport properties of concrete under the simultaneous coupling of fatigue load and environment factors

A set of coupling experimental instrument was designed to study the transport properties of chloride ion in concrete under simultaneous coupling action of fatigue load and environmental factors. Firstly the water-saturated performance of modern concrete was investigated, then diffusion performance of chloride ion under different stress levels and different temperature were studied respectively; meanwhile, the time-dependent behavior of the chloride ion diffusion in concrete was also researched. The results showed that the saturation degree of concrete can reach as high as 99%. Besides, diffusion coefficient of chloride ion increased with increasing of the stress level and temperature, and when the stress level and temperature are at 0.6 and 60 ℃ respectively, the diffusion coefficient is 6.3×10-14 m2/s, moreover the diffusion coefficient of chloride ion in concrete decreased with time under the simultaneous coupling action of fatigue load and environment factors.