海洋大气区氯离子在混凝土中的沉积与传输行为研究综述

海洋大气区氯离子对钢筋混凝土的侵蚀行为可分为两个阶段,首先,氯离子在风力作用下附着在混凝土表面,其次,从混凝土表面向混凝土内部侵蚀。基于海洋大气区氯离子对混凝土侵蚀的全过程,对已有研究进行归纳总结,阐述了各影响因素对沉积过程的影响规律。其中,海水含盐量、风速、暴露时间与混凝土氯离子沉积量呈正相关关系,距海岸距离与混凝土氯离子沉积量呈负相关关系;论述了各影响因素对传输过程的影响规律,水灰比越大、暴露时间越长、温度越高、内外湿度梯度越大、碳化越严重越容易形成对流区。目前,针对海洋大气区氯离子在混凝土中沉积和传输行为开展研究多基于单因素,多因素耦合作用下的沉积和传输行为尚需进一步研究。     

海洋大气区混凝土表面氯离子浓度的形成机理和多因素模型

揭示海洋氯离子在大气中和混凝土内部两个不同阶段的传输机理和影响因素,在此基础上研究建立海洋大气区混凝土表面氯离子浓度的多因素计算模型。首先分析海洋大气区混凝土表面氯离子浓度的主要影响因素,并揭示海洋环境条件、混凝土材料特性和暴露时间等因素对混凝土表面氯离子浓度的影响规律;然后综合考虑离海岸距离、风速、水胶比、胶凝材料种类、暴露时间等关键因素的影响,结合欧洲、北美、南美和亚洲等多地海洋自然暴露试验数据和两阶段多元非线性回归分析,建立具有广泛适用性的海洋大气区混凝土表面氯离子浓度多因素模型;最后与现有经验模型的预测值和自然暴露试验数据进行对比分析,验证该模型的有效性和适用性。     

钢纤维掺量对混凝土氯离子渗透性能的影响研究

采用自然浸泡法模拟海洋环境开展钢纤维混凝土氯离子侵蚀试验,研究了钢纤维掺量对混凝土自由氯离子含量、氯离子扩散系数的影响,得到混凝土中自由氯离子含量与氯离子扩散系数都随着钢纤维掺量的增加有先减小后增大的变化趋势;分析钢纤维混凝土氯离子扩散系数的时间依赖性,认为钢纤维混凝土氯离子扩散系数是随着时间的推移而逐渐衰减的;回归计算得出氯离子扩散系数的时间衰减系数,并给出钢纤维混凝土氯离子扩散系数的时间衰减系数的建议值;最终建立了钢纤维混凝土氯离子扩散系数随钢纤维掺量变化的时间衰减模型。     

氯盐侵蚀下桥梁地震易损性研究进展

氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀和混凝土保护层开裂,会导致结构在地震作用下的抗震性能劣化。综述了国内外桥梁结构地震易损性分析的研究进展,从氯离子的侵蚀过程、钢筋和混凝土的力学性能劣化、钢筋与混凝土之间的黏结性能弱化三方面进行了归纳总结,揭示考虑氯离子侵蚀的桥梁地震易损性分析,除进行传统的地震概率需求和能力分析外,需着重考虑氯离子的侵蚀效应对结构抗震性能的影响。并针对当前研究中存在的问题提出了一些建议。指出现有研究基于氯离子侵蚀得到的钢筋锈蚀速率模型、黏结本构模型尚不统一,很有必要开展更深的研究;自然环境下的氯盐侵蚀更倾向于坑蚀,非均匀锈蚀下的桥梁地震易损性分析有待进一步开展。     

表面防水混凝土在冻融环境下抗氯离子侵蚀性能研究

氯离子侵蚀是造成混凝土内部钢筋锈蚀,混凝土结构发生耐久性破坏的主要原因。研究冻融损伤对表面防水混凝土抗氯离子渗透性的影响,分别对不同水灰比的普通混凝土和表明防水混凝土开展加速冻融循环试验和氯离子侵蚀试验。试验结果表面,随着冻融循环次数的增加表面防水混凝土的抗氯离子渗透性能降低,氯离子侵入量和氯离子扩散系数急剧增加;但是在相同冻融循环次数下,表面防水混凝土仍较普通混凝土具有更好的抗氯离子渗透性能;对于严寒环境下,对混凝土结构进行表面防水处理是提其抗氯离子侵蚀能力并延长其耐久性的有效方法。     

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。     

表面涂层对混凝土抗氯离子侵蚀的试验研究

氯离子侵蚀是引发钢筋锈蚀的首要因素,进而影响混凝土结构的耐久性。采用直流电量法通过室内试验研究了表面涂层的种类、涂层的厚度与电量的变化关系,表面涂层与粉煤灰共同作用对混凝土抗氯离子侵蚀的影响。结果表明:混凝土表面涂层能够提高混凝土抗氯离子侵蚀的能力。四种不同的表面涂层相比较,涂刷S涂层的混凝土抗氯离子侵蚀的能力最强,其电通量可以忽略。F涂层、B涂层次之,R涂层最差。随着涂层厚度的增加,混凝土抗氯离子侵蚀的能力增强,因而电量也会变小。表面涂层与粉煤灰共同作用,混凝土抗氯离子侵蚀的效果更加显著。     

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。     

掺活化煤渣粉混凝土表面氯离子浓度的时变规律

为研究活化煤渣粉掺量和腐蚀时间对再生混凝土表面氯离子浓度的影响,测试了不同活化煤渣粉掺量的再生混凝土在3.5%Na Cl溶液中浸泡不同时间的各混凝土的表面氯离子浓度。试验结果表明:混凝土的表面氯离子浓度随腐蚀时间的延长而增长,且随着腐蚀时间的增加而趋于稳定;混凝土表面氯离子浓度随着活化煤渣粉掺量的增加先增大后降低,当煤渣粉掺量为30%时,其值达到最小。建立了活化煤渣掺量与混凝土表面氯离子浓度的指数模型,并对模型进行验证;该模型计算数据与实测数据很相近,可用来预测混凝土表面氯离子浓度,并作为预测掺活化煤渣粉混凝土结构寿命的理论依据。     

海港码头混凝土表面氯离子随高度变化规律

海水中氯离子的侵蚀是影响钢筋混凝土结构在海洋环境中耐久性的一个重要的因素,而混凝土表面氯离子浓度是研究氯离子侵蚀的重要指标之一。由于混凝土结构沿海拔不同高度的服役环境不同,表面氯离子浓度随高程是变化的,但其分布存在一定的规律。根据浙江东部沿海地区某混凝土码头结构表面氯离子浓度的实测数据,通过数据统计分析,提出表面氯离子浓度随高度呈单峰高斯分布的规律;通过建立BP神经网络预测模型,验证其高斯分布规律假设的合理性。在对浙东沿海某混凝土码头及日本不同海域混凝土码头的表面氯离子浓度实测数据进行概率统计分析后,得到沿海混凝土结构的最严重氯离子侵蚀区域为海拔在0.4～1.6m,其海水浸润时间比为0.285～0.478,应重点加强该区域结构的抗氯侵蚀能力。最后,通过对实测数据的归一化处理,建立了基于高斯函数的海港码头混凝土表面氯离子浓度的高度影响系数和海水浸润时间比影响系数经验表达式。     

人工气候环境下混凝土氯离子扩散系数衰减速率

根据人工气候环境下的混凝土侵蚀试验测得的混凝土氯离子浓度,基于Fick第二定律,分别计算了侵蚀40、80、120、160、200d后的混凝土氯离子扩散系数,证实了氯离子扩散系数随侵蚀时间增大而减小;引入混凝土氯离子扩散系数衰减速率的概念,并分析计算得到了不同侵蚀时间的氯离子扩散系数衰减速率及其与时间的关系模型.计算结果表明:在人工气候环境下,随侵蚀时间的延长,混凝土氯离子扩散系数衰减速率相应减小.     

海洋环境下混凝土中氯离子渗透性能研究

为了提高海洋环境下钢筋混凝土抵抗氯盐侵蚀的能力,以徐州淮海水泥厂325号水泥、铜山电厂粉煤灰等为原料配置了粉煤灰掺量分别为10%、20%和25%的混凝土,对其在氯化钠溶液中进行加速侵蚀试验。研究了氯盐在混凝土中的渗透规律以及粉煤灰掺量对混凝土中氯离子浓度的影响。试验结果表明混凝土中氯离子质量分数随着侵蚀时间的增加而增加;距离混凝土表面10mm以内的氯离子浓度要远远大于其它深度处的氯离子浓度,并且氯离子浓度从混凝土表面向内是逐渐递减的;在混凝土中掺入10%~25%的粉煤灰可以提高混凝土抵抗氯离子入侵的能力,并且粉煤灰掺量越大,抵抗能力越强。     

应力水平对矿物掺合料混凝土氯离子渗透性的影响

矿物掺合料混凝土作为一种高性能混凝土,逐渐成为恶劣环境下钢筋混凝土结构的首选材料,其耐久性能对整个结构的使用寿命至关重要。考虑服役于近海、盐碱、除冰盐环境下的桥梁结构,遭受氯离子侵蚀和循环荷载的共同作用,开展了不同应力水平下矿物掺合料混凝土氯离子渗透性的试验研究。研究结果表明:应力水平越大,混凝土渗透性越好,氯离子更易侵入;侵蚀深度增加,氯离子浓度减小、扩散系数增大;侵蚀时间增长,氯离子浓度增加、扩散系数降低。     

氯盐浓度与循环荷载对道路混凝土氯离子传输影响研究

氯盐及车辆动态荷载的存在使得水泥混凝土路面或桥梁等结构破坏严重。本文对道路混凝土采用氯盐溶液浸泡并同步施加动态荷载，并测试各侵蚀龄期混凝土不同深度自由氯离子含量。通过Fick第二定律解析解方程对氯离子浓度进行拟合，分析各因素对表观表面氯离子浓度C_s和表观扩散系数D_app时变规律的影响。引入效应系数K,分析不同氯盐浓度下动态荷载对混凝土抗氯离子渗透性能的影响。结果表明，动态循环荷载作用显著加速了氯离子的扩散，氯盐溶液浓度越大，同一深度自由氯离子含量越高。且随着侵蚀龄期的延长，K不断增大，混凝土抗侵蚀能力显著降低。     

氯离子侵蚀作用下预应力混凝土结构中钢绞线表面氯离子浓度的模型研究

目前,国内外对氯离子侵蚀做了大量的试验研究工作,一般说来,Cl-扩散符合Fick第二定律,Cl在混凝土中的积聚量沿深度方向呈双曲线分布,但是对氯离子侵蚀的理论分析和试验研究,主要是在单因素侵蚀、无应力状态下进行的,与混凝土结构的实际工作环境不吻合。为此,通过对不同应力状态下的混凝土试件进行快速氯离子侵蚀试验结果分析,提出不同应力状态下混凝土中氯离子含量随时间和深度变化的数学模型,从而进一步提出预应力混凝土结构中钢绞线表面氯离子浓度的随机模型,并用实测数据验证模型的准确性。     

机械荷载与氯盐环境复合作用下混凝土结构耐久性研究

我国沿海地区长期受海水、盐雾环境的影响,氯离子侵蚀成为钢筋混凝土结构辐射的元凶。借助室内氯盐侵蚀试验和海边暴露试验,探究轴压荷载与氯盐环境复合作用对混凝土结构耐久性产生的影响。结果证实,不论是短期或长期持载,轴压荷载作用对混凝土耐久性有显著性影响,氯离子表面扩散系数随着应力水平的提升,展现先减小后增大的发展趋势。由海边暴露试验和室内试验结果比较发展,相同条件下,海洋环境下混凝土侵蚀程度明显大于室内氯盐侵蚀,这是因海边环境受多种因素的影响。针对试验结果,使用混凝土结构使用寿命预测模型预测混凝土桥梁寿命,得出不同荷载形式、大小作用下混凝土桥梁的耐久性及影响规律,以期为北方恶劣环境混凝土结构桥梁耐久性提供理论支撑。     

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。     

混凝土结构钢筋脱钝的随机可靠度分析

根据混凝土临界氯离子浓度和氯离子扩散系数与水灰比、环境温度等的关系式,计算出不同条件下受氯盐侵蚀混凝土结构50年内钢筋表面的氯离子浓度。在分析钢筋混凝土结构钢筋表面氯离子浓度随服役年限关系的基础上,用Monte Carlo方法对钢筋脱钝的随机可靠度进行分析。对保护层厚度、水灰比和环境温度等随机变量对海工混凝土结构钢筋脱钝概率的影响进行探讨。     

干湿交替环境下氯离子在承压混凝土内的传输特性

通过试验模拟海洋环境下氯离子对在役混凝土柱的侵蚀,探究了干湿交替环境下应力水平及试验周期对氯离子在混凝土中传输特性的影响规律.采用干湿时间比为2∶1的干湿循环制度,试验历时1a,研究了不同应力水平下混凝土内的氯离子含量分布特性.通过数据分析得到应力水平和试验周期对混凝土内氯离子传输进程、表面氯离子含量、对流区深度及峰值氯离子含量的影响规律;建立了同时考虑应力水平和试验周期影响的氯离子扩散系数预测公式;阐释了应力水平对干湿交替环境下混凝土中氯离子不同传输机制的影响机理.     

不同氯盐环境下水泥混凝土结构氯离子侵蚀研究

对处于海洋氯盐环境和城市除冰盐环境中的不同混凝土构筑物取样分析，得出了相应的氯离子分布规律。在分析近海地区水泥混凝土路面和城市桥梁混凝土结构的氯离子侵蚀的测定结果的基础上，总结出了环境因素造成的氯盐侵蚀特点，比较了两者之间的差异，并给出了有针对性的改进建议。