裂缝及环境对混凝土中氯离子扩散的影响

钢筋混凝土结构在正常使用条件下存在裂缝,而在寒冷沿海地区,氯盐等腐蚀介质易通过裂缝到达钢筋表面,导致钢筋过早锈蚀,影响结构的耐久性寿命。通过试验模拟了寒冷沿海地区的冻融循环及海水浸泡交替作用,对比了该环境与大气环境下,不同初始裂缝宽度(w=0、0.08、0.13、0、19 mm)时的氯离子含量、扩散系数以及预测寿命的变化规律。结果表明:冻融循环及海水浸泡交替作用下,随裂缝宽度的增大,氯离子含量升高、扩散系数增大、寿命缩短。当w0.10 mm时,变化尤为明显。当w=0.19 mm时,钢筋表面氯离子含量为相同环境无裂缝时的2.14倍,为相同裂缝宽度大气环境下的2.14倍,扩散系数为较无裂缝时增长88.2%,预测寿命较无裂缝时缩短61.4%。     

带裂缝混凝土内氯离子的输运规律

通过分析带裂缝混凝土内的氯离子扩散系数,建立了裂缝处氯离子扩散的数值理论模型,借助有限元数值分析的方法,模拟了带裂缝混凝土内氯离子在的输运过程,主要考察了裂缝特征参数对氯离子扩散过程的影响。数值模拟结果表明,裂缝的存在对氯离子在混凝土中的传输有一定影响,裂缝周围的氯离子浓度明显高于无裂缝混凝土中的氯离子浓度,与裂缝的距离越大,截面上的氯离子浓度越低,而裂隙频数的增加,加强了氯离子在混凝土中的扩散过程;裂缝的宽度、深度及侵蚀时间对氯离子在混凝土中的扩散有一定的影响,其中裂缝宽度的变化比较敏感,随着侵蚀时间的增加,氯离子的浓度随裂缝宽度的增加而增大;当裂缝宽度介于上下限值之间时,裂缝深度的变化对氯离子浓度的影响的不敏感,裂缝深度的变化在裂缝宽大于上限值时,对氯离子的浓度分布影响较大。     

海洋环境中氯离子在管桩中的输运行为

混凝土开口管桩在结构中使用广泛,外壁暴露于氯盐环境中,而内壁则为封闭面。根据菲克第二定律和开口管桩的边界条件,运用Duhamel原理求解了环境氯离子浓度随时间变化之下管桩中的氯离子输运方程,计算结果显示,距离暴露面一定深度区,存在一个局部的氯离子含量峰值。引用所得计算结果对目前应用比较普遍的静压PHC管桩中氯离子扩散浓度进行分析,探讨潮汐频率对氯离子浓度的影响。该结果为混凝土管桩中钢筋的锈蚀提供了计算依据,对管桩的耐久性设计有一定的参考价值。     

海工混凝土受硫酸盐影响的氯离子扩散规律研究

不考虑阳离子的影响,分析了混凝土中氯离子、硫酸根离子耦合扩散机理。针对海洋环境下混凝土劣化过程以钢筋锈蚀为主的情况,提出与氯离子结合能力和硫酸盐抗压抗蚀系数相关的氯离子扩散模型,并确定了参数的取值范围。通过试验验证,模型计算结果与试验实测结果吻合较好。数据分析结果表明:受硫酸盐影响的混凝土氯离子扩散系数,随时间的延长先减小后增大,随深度的增加而增大;当侵蚀时间足够长时,氯离子扩散系数随深度增加先增大,后减小。     

横向荷载裂缝对海洋浪溅区混凝土耐久性劣化影响

采用人工预加载使试件产生裂缝并控制荷载裂缝宽度,研究了模拟海洋环境试验箱内混凝土表面横向荷载作用下裂缝宽度对浪溅区混凝土抗氯离子侵蚀的影响。试验结果表明:暴露56d和90d龄期且裂缝宽度不超过0.25mm时,混凝土试件同一深度处氯离子浓度随裂缝宽度增加而增大。相同暴露龄期时试件氯离子扩散系数随裂缝宽度增加而增大,裂缝宽度由0.10mm增加至0.15mm时试件氯离子扩散系数提高并不显著,进一步提高到0.25mm后,与裂缝宽度为0.10mm的试件相比氯离子扩散系数提高约3倍;暴露龄期90d纯水泥混凝土试件及复合掺合料混凝土试件的氯离子扩散系数均与裂缝宽度近似呈指数函数关系,胶凝材料组成体系仅影响函数中的固定值。     

缓黏结预应力混凝土梁耐久性能试验研究#br#

为研究缓黏结预应力混凝土梁在长期荷载与腐蚀共同作用下的耐久性能,文章进行了14根缓黏结预应力混凝土梁及普通混凝土梁在荷载与氯盐干湿循环共同作用下的侵蚀试验,总结了荷载比、预应力度、干湿循环时间对不同受力部位的氯离子浓度沿深度分布和钢筋锈蚀的影响规律,以及荷载比和干湿循环时间对氯离子输运速度的影响规律。结果表明：在混凝土梁中施加预应力能有效减缓氯离子的渗透速度,增强构件的抗氯盐腐蚀能力;相同深度处的氯离子浓度随荷载比的增大而增大、干湿循环时间的增加而增大、与跨中距离的减小而增大;缓黏结预应力混凝土氯离子扩散系数与荷载比之间呈指数函数关系;荷载作用加速了钢筋锈蚀的进程;在裂缝控制等级相同的情况下,承担更大荷载比的缓黏结预应力混凝土梁的钢筋锈蚀程度与无预应力梁相当,体现出更佳的耐久性能。     

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。     

氯离子在开裂混凝土中的扩散特性研究

考虑荷载裂缝宽度与裂缝深度的相关性,基于AgNO_3显色法研究了混凝土裂缝的存在对氯离子扩散范围的影响.通过钻孔取粉测定了混凝土中的氯离子含量,研究了裂缝特征的单一因素对氯离子的扩散特性影响.结果表明:裂缝的存在加速了氯离子在混凝土中的扩散过程;氯离子的扩散系数随着裂缝宽度的增加而增大;裂缝深度的变化对氯离子的扩散深度有一定影响.基于试验结果建立了裂缝宽度(裂缝深度)与氯离子扩散系数之间的指数函数关系式.     

干湿循环时间与裂缝宽度对钢筋混凝土梁氯含量的影响

沿海环境下钢筋混凝土梁是带裂缝工作的,裂缝为氯离子、氧、水等介质提供了通道,易引起钢筋过早锈蚀,降低结构使用寿命。试验研究了不同初始裂缝宽度(0、0.04、0.07、0.09、0.12 mm)的钢筋混凝土梁,经历不同时间海水干湿循环后的裂缝发展及氯含量变化。结果表明,混凝土梁裂缝表面均呈现显著的自愈合现象,但是裂缝宽度大于等于0.09 mm时,尽管裂缝表面愈合较好,裂缝内部宽度仍较大;裂缝宽度小于0.09 mm时,随距离表面深度增加氯含量降低且各裂缝宽度梁的保护层内氯含量差异不大;当裂缝宽度大于等于0.09 mm时,随距离表面深度增加氯含量降低但保护层内氯含量差异明显增大;在干湿循环时间大于96 d时,混凝土氯含量呈现加速趋势,其中裂缝宽度小于0.09 mm时增速较缓,裂缝宽度大于等于0.09 mm时增速显著;钢筋表面混凝土氯含量随干湿循环时间增加而不断累积,且随裂缝宽度增加而增大,干湿循环96 d和裂缝宽度0.09 mm是钢筋表面混凝土氯含量显著增加的综合界限。     

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。     

PHC管桩钢筋锈蚀年限预估

采用CECS 220:2007《混凝土结构耐久性评定标准》中的相关公式,尝试在氯盐腐蚀环境下,对采用压蒸工艺和免压蒸工艺的PHC管桩中钢筋的锈蚀年限进行预估。计算结果表明,在设定氯离子浓度下,采用压蒸工艺的PHC管桩产品,其保护层厚度为40mm时,管桩中钢筋开始锈蚀的时间为43年,若保护层厚度为45mm时,管桩中钢筋开始锈蚀的时间为54年。采用免压蒸工艺生产的PHC管桩产品其保护层厚度为40mm时,管桩中钢筋开始锈蚀的时间为130.6年,若保护层厚度为45mm时,管桩中钢筋开始锈蚀的时间为165年。增加保护层厚度或提高管桩混凝土的抗渗能力可提高PHC管桩的抗氯盐腐蚀能力。     

二维钢筋混凝土氯离子作用锈胀开裂数值模拟方法

在环境氯离子作用下混凝土构件因钢筋锈胀产生开裂,导致结构耐久性退化。为模拟并研究这一过程,基于经典Fick定律建立了考虑温湿度、水灰比、氯离子浓度等的多因素氯离子扩散数值模拟方法。针对混凝土锈胀开裂,提出了基于二维格构式模型的钢筋混凝土锈胀开裂模拟方法,并建立了自由网格模型与格构式模型之间的钢筋表面锈胀节点力转换方法。基于上述方法针对某钢筋混凝土自然锈蚀试验进行数值模拟,与试验结果对比并验证本方法的可行性。最后,基于提出的方法研究钢筋位置、混凝土保护层厚度、钢筋直径对钢筋锈蚀及混凝土保护层锈胀裂缝宽度的影响。研究结果表明;角区钢筋锈蚀均大于边区钢筋;混凝土保护层厚度越大,钢筋锈蚀增长越缓慢;混凝土保护层裂缝宽度随钢筋直径增大而增加。     

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.     

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。     

裂缝分布不均匀性对输电铁塔钢筋混凝土氯离子扩散性能的影响

氯离子侵蚀对氯盐环境下输电铁塔钢筋混凝土结构的耐久性有重要影响,而各种外界因素(比如,暴露环境和服役载荷等)造成的裂缝对混凝土结构中氯离子扩散更有加剧作用。以存在裂缝缺陷的高压输电铁塔钢筋混凝土结构为研究对象,建立了氯离子扩散的有限元模型,具体研究了裂缝对钢筋混凝土试件内氯离子扩散性能的影响。研究表明,除了裂缝宽度和深度,氯离子在钢筋混凝土内的扩散特性亦取决于裂缝分布位置。氯离子扩散范围随裂缝深度的增加而相应延伸,氯离子在裂缝底端有积聚现象。氯离子浓度在钢筋表面呈不均匀分布,裂缝分布的位置距离钢筋越近,钢筋表面氯离子的浓度越高。结论对于氯盐环境下高压输电铁塔钢筋混凝土结构的耐久性设计具有一定的理论指导意义。     

劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区的氯离子传输

研究了不同尺度劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区环境作用下的氯离子浓度分布、氯离子传输以及钢筋锈蚀规律。试验结果表明：劈裂裂缝在制备过程中存在裂缝回复,裂缝宽度应以卸载后位移传感器获得的裂纹宽度值为准。裂缝混凝土氯离子浓度随深度增加而下降,然后在10 mm深度以下形成稳定段。裂缝区域稳定段氯离子浓度随裂缝宽度增加而呈指数函数增加,裂缝周边区域稳定段氯离子浓度则随裂缝宽度增加而线性增加;但与裂缝区域氯离子增加幅度相比,其增加幅度不明显。裂缝宽度大于005 mm,30 d海洋暴露后混凝土裂缝面氯离子渗透深度近50     

氯离子在混凝土管桩中的扩散规律

混凝土管桩在海工环境中广泛使用,管桩内表面为封闭面,外壁常常暴露于氯盐环境中。根据菲克第二定律和管桩的边界条件,采用分离变量法,得到氯离子扩散方程的解析解。该解析解包含稳态解和瞬态解2部分,而稳态解由贝塞尔函数构成,与基于半无限体边界条件的传统解不同。采用该解答计算PHC管桩氯离子扩散,探讨内外半径之比、扩散系数以及钢筋保护层厚度对氯离子扩散的影响。当内外半径之比a/b为1.5时,瞬态解的次?糠炙ゼ跛俾时戎饕-糠衷即螵?倍。     

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。     

台州沿海地区管桩耐久性调查研究与分析

调研表明:台州沿海地区地下水腐蚀等级主要以弱腐蚀为主,工程中大量使用的是PC桩型,桩径以500mm居多,且绝大多数桩基未经防腐处理;弱腐蚀环境中的管桩的临界氯离子浓度侵蚀深度随时间不断增加,但增加速度不断减小,8年时间平均可达13.3 mm;50年后临界氯离子浓度侵蚀深度预计可达38.5mm,在役管桩中钢筋锈蚀风险较小。     

开裂及接缝渗漏条件下越江盾构隧道管片混凝土氯离子运移规律研究

钢筋混凝土结构耐久性失效多由侵蚀性物质导致钢筋锈蚀引起,而裂缝和渗漏会加速这一劣化过程。在Matlab环境下编写有限元程序计算分析了开裂管片混凝土中氯离子运移分布规律以及裂缝深度与钢筋起锈时间的关系。研究表明:裂缝的出现改变了管片混凝土中氯离子的运移分布规律,且采用一维Fick定律计算裂缝附近处氯离子运移是不合理的;钢筋起锈时间随裂缝深度的增加而缩短,两者之间呈非线性关系,钢筋起锈时间与完整度之间较好地吻合3参数logistic函数关系。建立了管片接缝渗漏情况下,接缝渗漏液与管片混凝土中氯离子运移的耦合模型,并探讨了模型的数值计算方法。结合算例的计算表明:接缝渗漏会加快管片混凝土中氯离子运移,从而促进钢筋的锈蚀。