荷载裂缝对混凝土中氯离子扩散的影响

混凝土结构中的荷载裂缝会缩短氯离子向钢筋表面传输的路径,导致钢筋局部脱钝起锈。采用二次加载法制作了8个带有自然开裂裂缝的普通混凝土(CO)和掺加矿粉混凝土(CS)试件,在恒温、盐水浸泡条件下进行开裂混凝土中的氯盐传输试验。将硝酸银显色法和电子探针扫描技术分别应用于定位裂缝周围区域氯离子的分布范围和测定氯离子浓度。结果表明,带有自然开裂裂缝的混凝土试件可用于非稳态氯盐传输试验;裂缝中氯离子浓度存在梯度,裂缝宽度增大浓度梯度变小;而缝宽增大会导致裂缝深度增加,因此对氯离子扩散的影响提高;混凝土中掺加矿粉有利于抑制氯离子的传输,对提高混凝土结构服役寿命有利。研究成果可为建立更加准确的开裂混凝土氯离子传输模型提供参考。     

预置表面裂缝对混凝土中氯离子传输的影响

分别采用氯离子扩散系数快速测定方法(RCM法)以及氯离子稳态迁移方法,研究了表面单个裂缝对混凝土材料中氯离子传输性能的影响.结果表明:RCM法并不适用于评价带裂缝混凝土的氯离子扩散性能,而采用氯离子稳态迁移方法评价带裂缝混凝土的氯离子迁移性能比较合理.根据开裂混凝土试件电场加速氯离子稳态迁移试验结果发现,裂缝的存在加强了氯离子在混凝土中的传输,并且当裂缝宽度d≥123μm时,氯离子迁移系数随着裂缝宽度的增加而显著增加.     

横向弯曲裂缝对混凝土内氯离子侵蚀作用的影响

分析了横向开裂混凝土内氯离子的侵入机理及其主要影响因素,建立了基于双重孔隙介质模型的修正Fick定律氯离子扩散模型,并对持续加载下的开裂钢筋混凝土梁构件进行了氯盐干湿循环侵蚀试验。试验采用浓度为5%的NaCl溶液,在进行15个干湿循环后,借助快速氯离子含量检测RCT（Rapid Chloride Testing）法,对各裂缝处不同深度的氯离子含量进行了测定。试验结果表明：1）干湿循环侵蚀作用下,开裂混凝土表层0~20 mm范围内氯离子含量出现峰值,故可取表层对流区深度为15~20 mm左右;2）当表面裂缝宽度小于0.3 mm时,等效氯离子扩散系数平稳增大,模型的预测精度较高;当裂缝宽度大于0.3 mm后,等效氯离子扩散系数快速增大,氯离子侵入受对流作用的影响加大;3）受弯开裂混凝土等效氯离子扩散系数的劣化因子与裂缝宽度有直接关系,建议采用二次幂函数或分段函数来进行描述。     

收缩裂缝对混凝土氯离子渗透及碳化的影响

采用大板开裂方法制备了收缩裂缝宽度为0.07 mm、0.1 mm、0.2 mm、0.4 mm和0.62mm的混凝土试件,对养护7 d的不同尺度裂纹混凝土海水浸泡腐蚀30 d,以及快速碳化14 d.测试混凝土裂缝处及周边区域的碳化深度、自由氯离子及总氯离子浓度.试验结果表明:混凝土的自由氯离子与总氯离子均随裂缝宽度增加而...     

干湿交替下受弯开裂混凝土梁内氯离子侵蚀试验研究

分析干湿交替对受弯开裂混凝土梁内氯离子侵蚀的影响,建立考虑表层对流区影响的氯离子等效扩散模型,并借助氯盐干湿循环试验对此模型进行验证。经过30个干湿循环后,采用快速氯离子含量检测(RCT)法,对各裂缝处及其周围混凝土内自由氯离子浓度进行测定。试验结果表明:干湿交替下,完好及受弯开裂混凝土的表层对流区深度在10¹5 mm;弯曲裂缝(宽度不大于0.339 mm)截面处,对流区以内混凝土同一深度处自由氯离子浓度比完好处显著提高,且同一裂缝处的浓度分布符合扩散的基本规律;裂缝周围一定范围内混凝土的自由氯离子浓度随距裂缝横向距离的增大而减小,超过一定范围后,弯曲拉应力对混凝土氯离子渗透性能有一定的提高作用;经回归,裂缝处(宽度不大于0.339 mm)等效氯离子扩散系数D eq(t)与裂缝宽度w之间存在二次函数关系。     

粉煤灰对受弯开裂钢筋混凝土内氯离子侵蚀的影响

为了研究粉煤灰掺量对受弯开裂钢筋混凝土中氯离子侵蚀过程的影响,采用三点受弯的方法将粉煤灰掺量(质量分数)分别为0%,15%和30%的混凝土梁进行两两自锚,并将不同开裂状态下的试验梁放置于5%(质量分数)的NaCl溶液中进行干湿循环侵蚀试验.结果表明：干湿循环作用下,受弯开裂混凝土的表层对流区深度在10~20mm,且随着裂缝宽度的增加,对流区深度逐渐增大;混凝土的氯离子渗透性能随着弯曲裂缝宽度的增大而提高;粉煤灰掺量在15%以上时能有效改善开裂混凝土的抗氯离子渗透性能,其等效氯离子扩散系数是普通混凝土的1/8~1/6;扩散分析时,混凝土损伤劣化效应系数K与裂缝宽度w,粉煤灰掺量f可用指数关系进行拟合.     

非饱和开裂混凝土中水分运移研究

根据双重孔隙介质模型将开裂混凝土视为由完好混凝土和裂缝组成的复合孔隙材料,基于非饱和混凝土的水分运动方程和裂隙渗流的立方定律提出非饱和开裂混凝土中的水分运动方程,同时采用渗水装置对预制裂缝混凝土试块进行渗水试验,研究混凝土初始饱和度、水胶比和裂缝宽度对渗水深度的影响;采用TOUGH 2软件数值分析开裂混凝土中饱和度和水分流速的变化,根据平均流速计算渗水深度并与试验结果比较.研究发现:混凝土初始饱和度越小、裂缝宽度越大,则渗水深度越大,且渗水深度增长先快后慢,反映了混凝土基质势是开裂混凝土中水分运移的驱动因素;裂缝宽度与混凝土渗透性正相关;水分入渗开裂混凝土后流速差和平均流速随时间延长逐渐降低;采用平均流速计算的渗水深度能更好地反映渗水试验中渗水深度的变化趋势.     

风和湿度环境下裂缝宽度对混凝土碳化性能影响试验研究

设计和加工了一个能精确控制裂缝宽度的装置,利用此装置采用两次加载的方法,制备了平均裂缝宽度分别为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm的开裂混凝土试件。在无风潮湿、无风干燥、有风干燥和有风潮湿四种环境下进行开裂混凝土快速碳化试验研究,结果表明,无风潮湿环境下CO2在开裂混凝土中传输速率最大;有风干燥环境下开裂混凝土碳化较慢。裂缝宽度限制应根据环境来选择,潮湿环境下裂缝宽度控制应更加严格;大风干旱环境下裂缝宽度限值可以适当放宽。     

开裂混凝土中氯离子扩散的数值模拟

在海洋环境中,氯化物引起的钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构耐久性的主要问题之一。混凝土结构中,裂缝的存在为氯离子等侵蚀性介质的扩散提供便捷通道,提出了一种数值方法模拟氯离子在不同几何裂缝特性的开裂混凝土中的扩散过程。开裂混凝土可分为两部分,完整区和裂化区。对于无应力混凝土而言,完整区的扩散系数近似假定与完整混凝土的相同,而裂化区的扩散系数表示为裂缝宽度的分段函数。采用二维有限元方法确定氯离子浓度,研究发现,随着裂缝宽度、裂缝深度和裂缝数量的增加,氯离子侵入将加剧,理论分析结果与实验结果大致相同。     

干湿交替作用下受弯开裂钢筋混凝土梁内氯离子侵蚀特性

为了研究干湿交替条件下受弯开裂混凝土内氯离子侵蚀机理及其分析方法,对两两自锚并保持开裂状态下的混凝土梁进行氯盐溶液干湿循环试验。借助15和30次干湿循环的两次取样结果,分析完好截面、裂缝截面及其周围一定范围内的自由氯离子含量分布规律,并对提出的等效氯离子扩散模型的适用性、弯曲裂缝宽度的影响规律以及扩散系数的时变特性等问题进行探讨。研究结果表明:1氯盐干湿交替作用下,开裂截面处的表层对流区深度在10~20mm之间,弯曲裂缝的存在将加快混凝土内部氯离子的渗透速度;2裂缝周围混凝土内的氯离子传输受到裂缝(0.1mm)及混凝土弯曲拉应力的共同影响,当与裂缝距离增大时,混凝土弯曲拉应力对氯离子传输的影响也会增大;3拟合结合表明,当裂缝宽度w0.30mm时,用等效扩散模型分析开裂截面的氯离子含量分布是可行的,且等效氯离子扩散系数的劣化特性可用w的多项式函数进行回归分析;4对普通混凝土而言,氯离子扩散系数的时间衰减指数m与水灰比有关,且随水灰比的减小而减小。     

混凝土早期随机塑性开裂特征及分形评价

针对混凝土早期裂缝日益严重的现象,研究不同水灰比混凝土早期开裂的规律及分形特征,为优化混凝土配合比减少早期裂缝提供理论依据。采用平板约束法对不同水灰比的混凝土的早期开裂进行测试;并应用分形理论测量并计算不同水灰比混凝土裂缝的分形维数。水灰比从0.44减小到0.28,6h裂缝总长增加2.1倍,最大裂缝宽度增加了5.9倍,分形维数从0.95增加到1.14。研究表明,水灰比的减小加剧了混凝土的塑性开裂;应用分形理论定量描述混凝土早期裂缝的分布规律是十分有效的,为评价早期开裂提供了有力的工具。     

The effects of hydraulic pressure and crack width on water permeability of penetration crack-induced concrete

Cracks in concrete generally interconnect flow paths and increase the permeability of concrete. The increase of permeability due to gradual crack growth allows more water or aggressive chemical ions to penetrate the concrete and facilitate deterioration. This research aims to study water permeability and how it is affected by hydraulic pressure and crack widths in cracked concrete.Tests were carried out as a function of hydraulic pressure and crack width, using the splitting and reuniting method to manufacture concrete specimens with controlled crack widths. Crack widths were examined using a microscope. The results showed a considerable increase in water transport as crack width and hydraulic pressure increased. But when the crack width was smaller than 50 μm, it had little effect on concrete permeability. Due to autogenous healing, the water flow through such cracks was gradually reduced over time. However, when the crack width was between 50 and 100 μm and hydraulic pressure was greater than 0.025 MPa, concrete permeability increased rapidly.     

地下高压钢筋混凝土岔管渗水开裂三维数值分析计算

根据地下高压钢筋混凝土岔管受内水压力初砌开裂后的渗流场变化特征，提出了高压管道内水外渗的渗流场与应力场耦合的三给有限元数值分析方法。根据地下高压钢筋混凝土岔管衬砌开裂破坏规律，给出了高压管道受内水压开裂的裂缝宽度估计公式和混凝土衬砌结构的配筋计算方法。通过对实际工程的分析计算，论证了高压管道内水外渗的初砌结构配筋的影响，为地下高压管道的设计提供了一种有效的分析方法。     

钢筋混凝土水池壁板弯曲裂缝的开展、自愈及渗漏试验研究

储液结构混凝土的开裂是液体渗漏的主要原因。水池设计规范、规程以控制裂缝宽度来保证结构的耐久性和功能,水池的地震破坏等级划分标准也主要以构件开裂和液体渗漏程度为依据。该文进行了足尺钢筋混凝土水池壁板承受弯拉荷载作用试验,验证了混凝土裂缝具有较好的自愈性能,建议水池基本完好、轻微破坏等级的裂缝宽度限值可增加0.1mm,该值可供实际应用参考;弯曲裂缝的受压区能有效地阻止液体渗漏,建议储液结构不同种类裂缝限值规定应区别对待,弯曲裂缝需规定裂缝宽度和受压区高度;水池地震破坏等级划分应综合考虑渗漏程度,裂缝长度、宽度、分布密度及震后维修加固可行性等指标。     

一种有效测试早龄期混凝土开裂性能的试验方法

针对目前混凝土收缩开裂性能测试方法存在的问题,提出一种新的试验方法,即诱导开裂法,并通过数值计算与试验来验证该方法的可靠性.该方法克服了已有同类试验方法中存在的裂缝出现位置随机、裂缝细小、初裂时间迟等带来的观测难度大、周期长和误差大等缺点,同时避免了混凝土材料不均匀性所造成的试验误差.     

锈裂混凝土裂缝形态的试验研究

钢筋混凝土结构中 ,钢筋锈蚀产生体积膨胀 ,对外围混凝土产生径向压应力 ,导致混凝土开裂。在锈蚀混凝土构件的评估中 ,裂缝的分布形态和裂缝宽度是最明显和最直观的评估依据。试验室中 ,通过对混凝土试件的预留孔进行机械扩孔 ,模拟钢筋锈蚀膨胀引起混凝土开裂的全过程。机械扩孔试验用膨胀螺栓和水压机对 94个试件进行了不同条件下的扩孔 ,来模拟钢筋锈蚀在构件表面引起的应力分布及裂缝分布形态。分析混凝土保护层开裂趋势、裂缝扩展方式、裂缝分布形态与混凝土强度、钢筋直径、保护层厚度、钢筋位置、浇筑方式之间的关系 ,最后用有限元对一典型试件进行数值模拟计算。     

高压水工隧洞钢筋混凝土衬砌开裂渗漏研究

 基于弹性损伤理论和等效连续介质渗流理论,提出一种可以在高压水工隧洞衬砌开裂后估算隧洞渗水量的方法。以不同水压力作用下钢筋混凝土衬砌的裂缝宽度变化作为考虑衬砌渗透性变化的主要因素,考虑衬砌裂缝与断层相交的情况和高压固结灌浆作用的影响,对水工隧洞充水、放空阶段的内外水渗漏做出相应探讨。将惠蓄高压隧洞的监测数据和数值模型计算结果进行对比得到,隧洞的渗水量与衬砌裂缝开度及洞周是否存在较显著的渗漏通道存在密切联系。在隧洞洞周没有或尚未形成显著渗漏通道的情况下充水或放空时,计算结果与实际监测结果吻合良好;在衬砌裂缝与断层连通的渗漏通道形成后,计算结果和监测结果则会存在一定的差距。研究结果可为水工隧洞充水期内水外渗和放空期外水内渗渗漏量计算提供一种有效的思路。     

PVA纤维混凝土梁裂缝试验分析

纤维的加入使得混凝土梁的受力性能有所改变 ,对普通混凝土梁规范所给出的开裂荷载、极限荷载、裂缝宽度计算公式就不再适用。通过对高强高弹聚乙烯醇纤维 (简称PVA纤维 )配筋梁受弯试验 ,对梁的裂缝进行了研究 ,在试验数据的基础上 ,拟合出PVA纤维混凝土梁的裂缝宽度的计算公式 ,对纤维混凝土裂缝宽度的计算提出建议     

Investigation of direct tension cracking and leakage in RC elements

A study is carried out to investigate the cracking characteristics and liquid tightness of a reinforced concrete element under direct tensile loads. The findings are directly applicable to environmental structures such as liquid containing tanks, the design of which is based on serviceability limit states. Cracking plays a significant role in durability and functionality of these types of structures. Contrary to the current practice in some design codes, pure tension cracks are more detrimental to the serviceability of the structure than other types of cracks and must be treated more cautiously. This study targets this issue both experimentally and analytically. Accordingly, a reinforced concrete specimen representing an element of a tank wall is subjected to a monotonic increasing direct tensile load and its cracking behavior is closely monitored. The influence of direct tension cracks on water tightness of the specimen is examined by exposing a major crack to pressurized water and evaluating the water leakage. Additionally, the water leakage flow rate is monitored over a period of 30 h to investigate any probable early self-healing capability of the cracked concrete. In the analytical phase, the load at cracking and the strain of the steel reinforcement are determined and compared with experimental test data. The accuracy of crack prediction models, namely, Broms and Lutz model, and a modified version of Gilbert model are assessed by comparing their results for crack spacing and the maximum crack width against those obtained from the experiment.     

Efficiency of polypropylene and metallic fibres on control of shrinkage and cracking of recycled aggregate mortars

The use of recycled aggregates in mortar and concrete induces a large shrinkage due to the capacity of these aggregates to absorb a great quantity of water. The influence of polypropylene and metallic fibres (Fibraflex) has been studied in different proportioning to reduce shrinkage and cracking. The efficiency of polypropylene and metallic fibres to reduce restrained shrinkage cracking is evaluated by using a ring mortar cast around a stiff steel ring. By using fibres, the crack width decreases significantly. Free shrinkage results are equally investigated. Finally, crack width in reinforced fibre mortars is calculated analytically by using the model of Grzybowski and Shah. Results are compared with experimental values. The study demonstrates that theoretical values of crack widths correspond reasonably to experimental values.