基于混凝土环境的氯离子选择性电极的性能研究

采用阳极氧化法电镀纯银制作Ag/AgCl氯离子选择性电极。在不同pH值的混凝土模拟液中,测试电极电位对氯离子浓度的响应关系,以及硫酸根、温度对电极电位的影响,和90 d内电极电位的波动,并结合微观SEM和EDS来观察电极的长期稳定性。结果表明:Ag/AgCl电极的电位具有良好的氯离子响应特性,pH值为13.5的模拟液中测量的氯离子临界浓度为10~(-3) mol/L,其他pH的模拟液中临界浓度为10~(-4) mol/L;高碱下Cl~-与OH~-比的阀值在有效区域内。pH值以及硫酸根对电极电位影响甚微。此外,电位与温度成线性关系。含氯或低碱无氯溶液中AgCl镀层能长期稳定存在;高碱无氯溶液中AgCl镀层转化为Ag_2O,其中Ag_2O的电位对pH敏感。     

Ag/AgCl电极测量水泥浆体中氯离子扩散系数

研究了Ag/AgCl-Pt电极型传感器的电位与氯离子浓度关系;并将传感器其埋入净浆在线监测氯离子扩散过程;同时计算分析了传感器的误差。结果表明:传感器电位值随氯离子浓度的增大而降低,与氯离子浓度的对数成现良好的线性关系,传感器线性响应范围宽,稳定性好,对氯离子具有较高的选择性;埋入水泥基材料中能监测孔隙液中氯离子浓度;传感器测量氯离子扩散系数相对误差约为30%,有望实现混凝土氯离子扩散系数的原位测定。     

电极工作面积和孔隙液pH值对钢筋脱钝临界氯离子浓度的影响

基于模拟混凝土孔隙液中的钢筋脱钝试验,揭示了钢筋电极的工作面积和模拟混凝土孔隙液的pH值对钢筋脱钝过程中开路电位、极化电阻和腐蚀电流密度的影响规律,确定了不同钢筋电极工作面积和pH值条件下钢筋脱钝的临界氯离子浓度,分别建立了钢筋电极工作面积和模拟混凝土孔隙液pH值与钢筋脱钝临界氯离子浓度之间的定量关系.结果 表明:随着钢筋电极工作面积的增大,钢筋脱钝的临界氯离子浓度降低;随着模拟混凝土孔隙液pH值的增加,以自由氯离子浓度[Cl-]表征的临界氯离子浓度增加,而以[Cl-]/[OH-]表征的临界氯离子浓度降低;与开路电位和极化电阻相比,钢筋脱钝过程中腐蚀电流密度的突变点更加明显.     

混凝土模拟孔隙液中钢筋腐蚀临界氯离子浓度试验研究

钢筋腐蚀的临界氯离子浓度是混凝土耐久性研究的重要参数之一.影响临界氯离子浓度的参数非常多,其中,钢筋表面的电位被认为是反映各参数的综合的控制性因素.采用恒电位方法,考虑pH值的影响,研究了不同电位下混凝土模拟孔隙液中氯离子浓度对钢筋腐蚀状态的影响,并用统计处理的方法得到了不同的pH值和不同控制电位下具有95%保证率的临界氯离子浓度值.试验结果发现:pH值对临界氯离子浓度有比较大的影响,钢筋开始腐蚀时的氯离子浓度均值与模拟液的pH值呈指数关系;钢筋开始腐蚀时的氯离子浓度均值的对数与钢筋电位呈线性关系.     

全固态Ag/AgCl氯离子传感器在混凝土模拟孔溶液中的电化学性能

为了将采用粉末烧结成型工艺制作的Ag/AgCl氯离子传感器应用于混凝土中,首先在混凝土模拟孔溶液中对传感器的稳定性、Nernst响应特性、响应时间、抗极化及温度系数等电化学性能进行了研究,利用扫描电子显微镜(SEM)分析了在模拟孔溶液中浸泡90 d的传感器的表面形貌。结果表明,经过90 d模拟孔溶液浸泡传感器的表面没有新物质生成,碱性溶液对传感器结构及性能未产生影响;传感器电位稳定,最大波动小于3 mV,在混凝土模拟孔溶液中传感器的线性响应方程与标准Nernst方程符合的很好,线性相关系数为0.999 6,传感器响应时间为30 s,抗极化性能良好,温度系数为0.281 1 m V/℃,对温度变化不敏感。粉末烧结成型法制备的氯离子传感器在混凝土模拟孔溶液中具有良好的电化学性能,为该传感器在实际混凝土工程中的应用奠定了基础。     

氯离子对混凝土中钢筋锈蚀行为的影响

采用线性极化和交流阻抗测试技术,结合钢筋腐蚀电位监测,研究氯离子含量对混凝土中钢筋锈蚀行为的影响,分析不同氯离子含量对钢筋的锈蚀速率。结果表明,混凝土中氯离子含量越大,钢筋腐蚀电位越低,腐蚀电流密度越大;当混凝土中氯离子含量为0.06%时,钢筋腐蚀电流密度大于0.1μA/cm2,钢筋保护膜已经破钝,当混凝土中氯离子含量为0.3%时,钢筋腐蚀电流密度超过1μA/cm2,腐蚀速率为氯离子含量为0.06%混凝土中钢筋的4～5倍。     

钢筋在混凝土模拟液中的电化学腐蚀行为

通过测定HPB235,HRB335和HRB400这3种钢筋在不同pH值和不同氯离子浓度模拟混凝土孔隙液中的稳态电位、腐蚀速率和阳极极化曲线,分析了腐蚀参数的变化规律,并对三者的腐蚀性能进行对比.结果表明:随着模拟混凝土孔隙液的pH值减小,HPB235,HRB335和HRB400耐受氯离子侵蚀的能力变弱.模拟混凝土孔隙液的pH值相同时,氯离子浓度对材料的腐蚀行为也有很大的影响:孔隙液pH=13.6时,这3种钢筋暴露在高浓度氯离子(0.30 mol/L)环境下,材料仍能保持良好的耐蚀性;孔隙液pH=12.5时,微量的氯离子浓度(0.05 mol/L)破坏了钝化膜,导致3种钢筋均发生严重的孔腐蚀;孔隙液pH=10.0时,3种钢筋未能形成钝态而导致其耐蚀性差.在相同介质下,HPB235耐蚀性能最佳,HRB335次之,HRB400最差.     

碳化及氯离子交互作用下混凝土内钢筋的锈蚀行为

试验研究了加速碳化和氯离子诱导交互作用下混凝土中钢筋的锈蚀行为.利用电化学工作站测试了混凝土中预埋钢筋加速腐蚀过程中的腐蚀电位和腐蚀电流密度.结合钢筋周围氯离子浓度及pH值的变化,分析了碳化和氯离子对钢筋锈蚀的影响规律.结果表明:氯离子的渗入可快速导致钢筋锈蚀;在碳化和氯离子交互作用下,碳化对钢筋锈蚀过程具有延缓作用.     

砂及新拌混凝土中氯离子含量快速测试方法的研究

利用可快速测定水溶性氯离子含量的速测条(简称速测条法),对上海市某混凝土搅拌站的砂及新拌混凝土中的氯离子含量进行测试。并与硝酸银滴定法、电极电位法进行对比,从3种方法的关联性,速测条法测试的重复性、温度的敏感性和操作的便捷性方面进行对比研究。当测试砂时,速测条法与硝酸银滴定法有较高的相关性,但在混凝土测试过程中,二者的相关性较低;速测条法对同一砂样测试的重复性好;温度敏感性小,4～40℃范围内与25℃测试的结果偏差不超过±10%;测试速度快,30 min可完成对砂、新拌混凝土中氯离子含量的测试。     

粉煤灰混凝土钢筋腐蚀氯离子门槛值研究

为研究引起混凝土内钢筋锈蚀的氯离子临界门槛值,制作了15%、30%和45%三种粉煤灰替代率和0.1%、0.5%、1.5%、3.0%和5.0%五种氯离子含量的混凝土试件.在试件90 d龄期分别测试了钢筋的腐蚀电位、腐蚀电流密度、阳极极化曲线、阴极极化曲线和混凝土电阻率、孔隙液pH值、自由氯离子含量等参数.试验结果表明:粉煤灰的添加与不同替代率对钢筋腐蚀的氯离子门槛值并无明显影响,粉煤灰混凝土与普通水泥混凝土的氯离子门槛值基本接近,约为胶凝材料重量的0.8%(自由氯离子);但当氯离子含量超过了,门槛值钢筋进入腐蚀状态之后,由于粉煤灰混凝土较低的氧扩散系数和较高的混凝土电阻率,粉煤灰混凝土较普通水泥混凝土对钢筋的腐蚀仍然能够提供较高的保护.     

Effizienzsteigerung von Textilbeton durch Einsatz textiler Bewehrungen nach dem erweiterten Nähwirkverfahren

Textilbeton ist ein neuer, effektiver und sehr innovativer Baustoff zur Verstärkung von Tragwerken. Im Rahmen der laufenden Forschung stehen die weitere Verbesserung des Verstärkungsverfahrens und die stetige Weiterentwicklung der Faser‐Matrix Kombination im Mittelpunkt der Untersuchungen. Aufgrund der hohen Garnzugfestigkeiten sind bei Verwendung textiler Bewehrungen aus Carbon sehr effektive Verstärkungen herstellbar. Bei ungünstiger Konfiguration der textilen Bewehrungen können jedoch verbund‐ und festigkeitsschädigende Rissbildungen innerhalb zugbeanspruchter Textilbetonbauteile auftreten. Diese Rissbildungseffekte werden in Abhängigkeit von der Belastung maßgeblich durch die wirkenden Verbundkräfte und die verarbeitungsbedingte Garnwelligkeit beeinflusst. Dabei ist die Gefahr eines Verbundversagens durch Delamination besonders in den Bereichen der Lasteinleitung in die textile Bewehrung, wie z. B. Endverankerungen und Übergreifungsstößen, kritisch. Dies führt zu einer Reduzierung der nutzbaren Zugtragfähigkeit der textilen Bewehrung im Gesamtbauteil. Um die Effizienz der textilen Bewehrung zu erhöhen, wurde daher ein verbessertes Textilherstellungsverfahren auf Basis der Nähwirktechnik entwickelt. Dadurch wird die ungünstig wirkende Garnwelligkeit deutlich reduziert. Der vorliegende Aufsatz beschreibt vergleichende Untersuchungen der Verbund‐ und Festigkeitseigenschaften zugbeanspruchter Textilbetonbauteile. Die Ergebnisse zeigen, dass mit der Entwicklung des erweiterten Nähwirkprozesses ein maßgeblicher Schritt im Hinblick auf eine weitere Verbesserung der Eigenschaften des Textilbetons erreicht werden konnte. Efficiency Increase of Textile Reinforced Concrete by Use of Textile Reinforcements from the Extended Warp Knitting Process The composite material textile reinforced concrete (TRC) is a new, effective and very innovative method for the strengthening of load bearing structures. Apart from further improvements to the strengthening methods, a continual further development of the fibre‐matrix combination is at the centre of ongoing research. Due to the high tensile strengths of textile reinforcements made of carbon, it enables very effective strengthening of concrete constructions. However, if the textile fabrics are unfavourably configured, bond and strength damaging crack formations within TRC members can occur. Depending on the load, these crack formation effects are substantially influenced by the bond and the size of yarn undulation, which depends on the processing of the fabric. The danger of bond failure by delamination, which particularly occurs in areas of concentrated load introduction into the textile reinforcement, such as final anchorages and overlaps, is especially critical. It results in a reduction of the usable tensile load bearing capacity in the entire member. For this reason, an improved textile manufacturing method based on warp knitting technology was developed. By means of this method, yarn undulation can be reduced considerably. The article on hand describes comparative examinations of the bond and strength properties of tensile loaded TRC elements. The results show that the development of the extended warp knitting process was a substantial step toward a further improvement of the properties of TRC.     

Feuchtesensoren in der Bauwerksüberwachung

Die Bestimmung des Wassergehalts und insbesondere der orts‐ und zeitabhängigen Feuchteverteilung in Baustoffen hat in der Forschung, Baustoffentwicklung, Bauwerksdiagnose und Bauwerksüberwachung einen besonderen Stellenwert. Bei der Untersuchung von Schadensursachen muss an Bauwerken in der Regel die Baustofffeuchte mit bewertet werden, da sowohl wesentliche Baustoffeigenschaften als auch die Dauerhaftigkeit von Bauwerken in entscheidendem Maße von deren Wassergehalt abhängig sind. In jüngster Zeit werden Feuchtesensoren eingesetzt, um die Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit von Instandsetzungs‐ bzw. Schutzmaßnahmen zu kontrollieren. Dies soll es dem Bauherrn ermöglichen, rechtzeitig Maßnahmen einleiten zu können, bevor Schäden infolge von Wasser‐ bzw. Chloridzutritt auftreten können. Condition Assessment with Moisture Sensors The determination of the water content in construction materials and in particular with regard to its depth and time dependent distribution is of high interest in the area of research, material development and condition assessment of structures. The assessment of the reason of damages mostly require to regard the moisture content of structures, because the moisture content basically affects material properties and the durability of structures. Recently moisture sensors have been used to control the functionality and durability of repair and protection measures. This enables the owner to carry out accurately timed measures to prevent damages due to the ingress of water and chlorides.     

Umlagerungsverhalten von Plattentragwerken aus Stahlfaserbeton

Das Tragverhalten von Platten aus Stahlfaserbeton ist von starker Nichtlinearität durch Rissbildung und großen traglaststeigernden Umlagerungen geprägt. Für ihre Berechnung und Bemessung wird ein nichtlineares Verfahren vorgestellt. Es basiert auf einer elasto‐plastischen Schädigungsbeschreibung des Faserbetons mit eingebetteter Betonstahlbewehrung und einer Finite Elemente Diskretisierung des Stabstahls und der Platte mit regularisierter Verschmierung der Rissbildung im Elementnetz. Das Verfahren wird an einer punktgestützen Stahlfaserbetonplatte eines Großversuchs angewendet und verglichen mit anderen gängigen Methoden, nämlich einer linear‐elastischen Schnittgrößenermittlung bzw. der Bruchlinientheorie. Zur Bemessung erweist es sich als sehr geeignet, allerdings – ähnlich den beiden anderen Verfahren – abhängig von der angenommen Rissbildung, der Nachrisszugfestigkeit und geometrischen Größen. Redistribution Effects of Steel Fibre Reinforced Concrete Slabs Numerical Computation and Design The bearing behaviour of steel fibre reinforced concrete (SFRC) slabs is mainly affected by nonlinearity due to cracking and redistribution effects leading to an increased bearing capacity. A nonlinear approach for structural analysis and design of such structures is presented. It is based on an elasto‐plastic damage theory to model material behaviour of SFRC and allows for additional embedded rebars. By adopting a finite element discretisation of the slab structure a regulated smeared modelling of cracking is achieved. Further the nonlinear model is applied to a full scale test of a SFRC flat slab structure and results are compared to alternative already well established methods, namely a linear elastic analysis and the yield line theory. The proposed method is proven to be very suitable for design but – alike the alternatives – depends on assumed crack patterns, residual tensile strength of the SFRC and geometrical parameters.     

Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken mit spannungsrisskorrosionsgefährdetem Spannstahl

Die Beurteilung des Tragverhaltens von Spannbetonbrücken, die in den 1960er und 1970er Jahren in Deutschland und Österreich gebaut wurden und für deren Herstellung vergütete Spannstähle Verwendung fanden, ist seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung mit starkem Praxisbezug. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer theoretischen Erläuterung des Tragverhaltens die praxisrelevanten Fragestellungen wie das Vorgehen bei der Beurteilung sowie weiterführende Untersuchungen erörtert. Zudem werden aktuelle Entwicklungen in der Forschung zur Beurteilung von gefährdeten Spannbetonbrücken aufgezeigt und diskutiert. Assessment of Load Bearing Behaviour of Post‐Tensioned Concrete Bridges Equipped with Prestressing Steel Susceptible to Stress Corrosion Cracking Basics, Practical Application and Current Developments Due to extending lifetime of infrastructure in general and posttensioned concrete bridges in particular the importance of durability aspects increases. Especially older prestressed bridges built in the 1960s and 1970s in Germany and Austria are subject of these investigations. Some of these post‐tensioned concrete bridges consist of quenched and tempered prestressing wires with high susceptibility to stress corrosion cracking as we know nowadays. This article deals with recalculation, assessment and evaluating methods for post‐tensioned concrete bridges including further analytic for endangered bridges. The procedure is shown by an example of an existing multi girder bridge and furthermore, future prospects are given.