人工气候环境模拟自然潮差环境混凝土氯离子侵蚀的相似性

在自然气候环境中混凝土氯盐侵蚀是一个比较缓慢的过程,室内常用人工气候环境模拟的方法来研究混凝土氯离子的扩散性能。以舟山现场海洋环境下和人工气候环境下的侵蚀试验为背景,分析两种环境下氯离子的侵蚀浓度和扩散系数。结果表明:室内人工气候环境下的混凝土氯离子侵蚀过程类似于现场自然环境,混凝土氯离子扩散系数的相似倍数与混凝土水灰比有关。     

氯盐环境条件下预应力混凝土氯离子侵蚀模型研究

文章总结了国内外有关混凝土中氯离子侵蚀模型的研究现状,并对国内外几种典型的扩散方程进行了分析评价;针对氯盐侵蚀的预应力混凝土结构,讨论了氯离子扩散系数的计算。氯离子扩散系数对于预应力混凝土来说是一个重要的因素,因此合理确定氯离子扩散系数,对预测氯离子环境条件下预应力结构的耐久性具有重要意义。对于预应力混凝土,计算氯离子扩散系数除了要考虑混凝土与氯离子之间的结合能力、环境温度、湿度影响外,还要考虑混凝土的应力水平,氯离子有效扩散系数是变化的,且氯离子扩散系数对PC结构耐久性的影响很大。本文对预应力混凝土氯离子侵蚀模型进行了改进,并根据试验结果对改进后模型进行了评价。     

氯盐腐蚀环境下混凝土结构氯离子扩散模型研究

混凝土结构耐久性降低会导致结构失效并带来巨大的经济损失,研究氯离子扩散规律是氯盐腐蚀环境下混凝土结构耐久性评估的关键工作,在Fick第二扩散定律基础上,建立了考虑环境温度、混凝土材料对氯离子结合作用、氯离子扩散系数的时间性、混凝土应力状态和材料劣化效应的氯离子扩散理论模型,通过工程算例对理论模型进行验证,为氯盐腐蚀环境下混凝土结构的耐久性分析提供了理论依据,最后提出进一步研究的方向。     

矿物掺合料高性能混凝土氯离子扩散特性研究

为研究沿海地区高性能混凝土桩基础的耐久性,采用干湿循环浸泡法对18个高性能混凝土试件进行了氯盐侵蚀试验,分析了高性能混凝土的氯离子浓度分布,得到了高性能混凝土的表面氯离子浓度、氯离子扩散系数的时变方程。在此基础上进行了高性能混凝土氯盐侵蚀的数值模拟,分析了钢筋直径（20、28 mm和36 mm）和保护层厚度（20、30、40 mm和50 mm）对沿海地区高性能混凝土桩基础氯离子浓度分布和氯离子扩散系数的影响,提出了相应的耐久性设计建议。研究结果表明:高性能混凝土毛细管吸附区与氯离子扩散区的位置在0~5 mm之间,高性能混凝土的最大稳定深度为50 mm;随着时间的增长,高性能混凝土氯离子扩散系数逐渐降低,氯离子浓度增长速率拐点为25 mm;相较氯盐侵蚀溶液浓度,氯离子扩散系数与氯盐侵蚀时间的关系更大。结合钢筋的临界氯离子浓度正态分布,建议沿海地区输电工程高性能混凝土桩基础的保护层厚度为70 mm。     

氯盐侵蚀下结构混凝土服役寿命的可靠度分析

为了全面考虑随机因素对氯盐侵蚀下结构混凝土耐久性的影响,研究建立了氯盐环境下混凝土服役寿命分析的可靠度随机边界元法。首先基于全时域初值推进法研究建立了混凝土中氯离子随机时变扩散分析的摄动随机边界元法,进而基于正常使用极限状态建立了混凝土结构服役寿命分析的可靠度分析格式,据此研究了保护层厚度、氯离子扩散系数等随机参数对结构混凝土服役寿命的影响,克服了传统的随机边界元法的缺陷。结果表明,混凝土材料及氯盐腐蚀环境的随机性、混凝土结构几何外形所导致的二维扩散现象等对氯盐环境下混凝土结构的服役寿命具有显著影响,在耐久性设计中必须合理考虑才能保障使用寿命。     

挟砂冲蚀与氯盐侵蚀联合作用下混凝土耐久性研究

以钱塘江口海洋环境中氯盐与含砂潮涌的共同作用为背景,通过试验,研究了不同类型与掺量矿物掺合料混凝土在挟砂冲蚀与氯盐侵蚀联合作用下桥梁墩柱混凝土的耐久性能。试验室同条件的氯盐环境下砂浆与混凝土磨损试验的结果显示,在短期内氯盐的存在对混凝土或砂浆的磨损性能没有明显的加速破坏作用。而当受冲蚀作用后的混凝土再进行氯离子扩散试验发现,混凝土的氯离子扩散系数有不同程度的增加,达到未受冲蚀混凝土的1.13～1.79倍。     

氯盐腐蚀下混凝土服役寿命的可靠度分析

混凝土性能的随机性对混凝土结构的服役寿命有重要影响.在考虑混凝土的氯离子扩散系数和临界氯离子浓度的随机性基础上,利用摄动技术研究建立了混凝土中氯离子扩散分析的摄动随机有限元法,结合混凝土内钢筋锈蚀极限状态方程,建立氯盐腐蚀环境下混凝土结构服役寿命分析的可靠度分析方法.通过算例分析,验证了本研究方法具有较高的计算精度和效率,同时分析了保护层厚度、扩散系数变异性等因素对氯离子扩散过程和混凝土服役寿命的影响.     

临海既有混凝土氯离子侵蚀及钢筋初锈时间预测

临海混凝土结构承受着荷载和氯盐侵蚀等多种因素的共同作用,工作环境严酷.根据取得的温州市瓯江口一座既有水闸的闸墩混凝土芯样,推定了混凝土的实际配合比;测定了芯样中不同深度处的自由氯离子浓度,分析了在自然环境下该既有水闸闸墩混凝土的氯离子侵蚀规律;基于Fick第二定律和Monte Carlo法,计算了该闸墩混凝土的氯离子扩散系数及钢筋初始锈蚀时间.结果表明：使用5350d的临海水闸闸墩混凝土中存在明显的氯离子对流区,其厚度超过20mm;在多种因素作用下,临海水闸闸墩混凝土抗氯盐侵蚀的性能严重降低,钢筋初始锈蚀的临界氯离子浓度（质量分数）为012%～018%,其初始锈蚀时间约为3000d;采用Monte Carlo法预测自然氯盐环境下混凝土中钢筋初锈时间是可行的.     

北部湾海域混凝土结构中氯离子扩散模型研究

混凝土结构的耐久性和服役寿命长期以来一直是一个备受关注的问题,特别是暴露于氯盐环境下的混凝土结构,氯离子的侵蚀就成为影响混凝土结构耐久性的主导因素,因此搭建合理的氯离子扩散模型研究氯离子的扩散规律是研究氯盐环境下混凝土结构耐久性和服役寿命的关键性问题。通过对防城港、钦州港和铁山港三个码头的混凝土结构取样研究,在综合考虑胶凝材料、温度、湿度胶凝材料、混凝土结构养护龄期、暴露氯盐环境龄期、水灰比、结合氯离子等因素对混凝土结构中氯离子扩散系数影响的情况下搭建氯离子扩散模型,并与Life365模型和LNEC E465模型进行对比分析,发现文中所搭建的氯离子扩散模型更加准确反映北部湾氯离子在混凝土内部的传输特性。     

潮差环境下混凝土中氯离子扩散时变性试验

以自然海洋潮差区环境条件下暴露时间分别为60,120,240,360,480,600d的混凝土现场试验结果为基础,计算了5种水灰比混凝土的氯离子扩散系数;以60,120,240,360,480d的氯离子扩散系数测量结果,推导了潮差环境下混凝土中氯离子扩散系数的时变模型,并以该时变模型计算了暴露600d后混凝土中氯离子扩散系数及自由氯离子含量,验证了该时变模型的适用性.结果表明:水灰比越大,混凝土中氯离子扩散系数在前期衰减的经验系数m越小,即对降低混凝土氯离子长期扩散性能的效果越差,因此减小水灰比能有效降低混凝土的长期氯离子扩散性能;暴露600d后混凝土中氯离子扩散系数降低幅度已经很小,基本趋于稳定;得到的混凝土氯离子扩散系数时变模型能较好地反映潮差环境下混凝土中氯离子侵蚀过程.     

防盐蚀剂对输变电基础混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响

通过室内加速氯离子侵蚀试验,测试不同侵蚀时间内掺GN防盐蚀剂混凝土和无防盐蚀剂混凝土内部不同深度处的氯离子浓度,研究GN防盐蚀剂对氯离子扩散系数和混凝土表面氯离子浓度的影响,引入氯离子扩散系数降低系数和表面氯离子浓度降低系数,对防盐蚀剂的效果进行定量评价。结果表明:GN防盐蚀剂可以使混凝土中氯离子的扩散系数降低31.3%,混凝土表面氯离子浓度降低22.67%;防盐蚀剂可以较大程度地提高氯离子侵蚀环境下输变电基础的使用寿命。     

自然扩散法预测感潮环境下混凝土氯离子侵蚀

通过对自然感潮环境下混凝土的自由氯离子浓度分布的分析,研究了既有混凝土氯离子侵蚀的特征及扩散特性,采用室内自然扩散法进行了模拟扩散试验,并根据Fick第二定律和Monte Carlo法分析了既有混凝土和试验混凝土的扩散参数及钢筋初始锈蚀时间.结果表明:自然环境下混凝土的氯离子侵蚀存在明显的对流区,自然扩散法的氯离子扩散系数大于自然环境下2个数量级,模拟混凝土中钢筋表面的自由氯离子浓度是自然环境下实际浓度的2倍,钢筋初始锈蚀时间是实际的240倍.     

混凝土耐氯离子侵蚀研究进展

氯离子的侵蚀造成混凝土中钢筋锈蚀,结构的耐久性能逐渐衰退。通过对氯离子的来源以及侵入混凝土的方式进行了分析,了解氯离子侵蚀的机理。介绍了基于Fick第二扩散定律的氯离子扩散理论修正模型,总结了对混入型氯离子腐蚀和渗入型氯离子腐蚀防护的方法,可供氯离子侵蚀环境中的混凝土耐久性研究参考。     

混凝土裂缝表征方法研究进展及裂缝对氯离子传输影响

氯离子侵蚀导致混凝土中钢筋锈蚀,是钢筋混凝土耐久性劣化的主要表现形式,然而混凝土裂缝的存在将加快氯离子在混凝土中的传输并缩短钢筋混凝土的服役寿命。首先对已有的裂缝表征方法进行了介绍,包括线性位移传感器、图像分析法、CT扫描等。然后综述了带有裂缝的混凝土基体中氯离子扩散的影响因素,重点介绍了裂缝的宽度、水灰比、矿物掺合料、龄期、荷载等因素对氯离子扩散行为的影响。结果表明当裂缝宽度在50~200μm之间时,对氯离子扩散系数的影响最大,在此区间内,氯离子扩散系数随着裂缝宽度的增加而增大;其余因素也对氯离子扩散系数有不同程度的影响。     

高性能灌浆料抗氯离子侵蚀性能研究

试验研究了水灰比对灌浆料各项性能的影响,分析外加剂改善灌浆料各项性能的作用机理,并从总氯离子含量、电通量和氯离子扩散系数三个方面对灌浆料的抗氯离子侵蚀性能进行研究。结果表明:配制的灌浆料具有零泌水、零收缩、大流动性、高抗氯离子渗透性和低水灰比(0.27~0.30)等性能;根据Nernst-Einstein方程推出氯离子扩散系数与电通量呈正比关系;降低水灰比可大大降低灌浆料的电通量、提高灌浆料的抗氯离子渗透性能。     

荷载作用下混凝土中氯离子传输研究

依据Fick第二定律,对混凝土中氯离子含量分布情况进行曲线拟合,然后用误差函数进行计算,得出不同深度情况下,混凝土中氯离子含量变化情况,最终得到氯离子的扩散系数,进而得出氯离子在混凝土中的传输特点以及氯离子的扩散系数和混凝土原材料之间的关系。结果表明,在海洋环境中,荷载对混凝土的氯离子传输性的影响很大。     

杂散电流与硫酸盐耦合作用下混凝土氯离子扩散性能研究

配制了两种配合比的混凝土试件,开展了杂散电流单独作用以及杂散电流与硫酸盐耦合作用下的氯离子侵蚀试验。测试了混凝土中水溶性氯离子含量,计算了不同试验条件下的氯离子扩散系数及其时变规律,分析了杂散电流、硫酸盐以及矿物掺合料对混凝土氯离子扩散性能的影响,并通过微观分析进一步阐述了杂散电流与硫酸盐耦合作用对混凝土氯离子扩散性能的影响机理。试验结果表明:杂散电流会通过电场作用促进氯离子向混凝土内部扩散;复掺粉煤灰和矿粉可降低混凝土孔隙率,显著降低氯离子扩散性能;硫酸盐会与水泥水化产物生成钙矾石,短期内对氯离子扩散起抑制作用,长期将增大氯离子扩散性能;杂散电流与硫酸盐长期耦合作用将增大氯离子扩散性能。     

氯离子在带接缝混凝土内的传输规律研究

为得出不同类型接缝及石灰石粉含量对混凝土构件在氯盐环境中的耐久性影响,设计了一侧为普通混凝土、另一侧为石灰石粉混凝土、中间为不同类型接缝的组合试件。将养护后的试件在10%浓度的氯盐溶液中浸泡270 d后取样,检测接缝处及其两侧混凝土内的自由氯离子浓度。结果表明:在同一试件内,接缝处的氯离子浓度最大,距接缝0～20 mm处混凝土内的氯离子浓度向远离接缝方向逐渐减小,距接缝20 mm之外混凝土内的氯离子浓度基本相等; 相同侵蚀时间下,同一深度处直接湿接缝内的氯离子浓度最大,凿毛接缝处次之,界面剂接缝处最小,拟合得出的3种接缝处的表观氯离子扩散系数分别为基体混凝土的1.95倍、1.87倍、1.83倍; 接缝两侧相同距离处,掺石灰石粉混凝土内的氯离子浓度均大于普通混凝土,石灰石粉掺量(质量分数)为10%、20%、30%时混凝土表观氯离子扩散系数分别增大9.8%、11.8%、65.8%; 数值模拟得到的氯离子在带接缝混凝土内的分布规律与试验结果吻合较好。