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.     

钢筋存在对氯离子扩散阻滞影响的有限元分析

一般认为,氯离子主要通过扩散方式侵入钢筋混凝土结构从而导致其中钢筋发生腐蚀破坏.目前应用广泛的Fick第二定律并没有考虑混凝土结构由于钢筋存在改变了氯离子浓度在时间、空间上的分布,而将混凝土结构/构件当成无加筋的素混凝土对待.事实上,氯离子不能透过钢筋输移,使得距离混凝土表面最近的钢筋周围氯离子集聚速度加快,进而导致氯离子侵蚀混凝土中钢筋开始发生腐蚀的时间大大提前.所以以往没有考虑钢筋存在阻滞影响的Fick第二扩散定律的预测结果偏于危险,本文通过大量有限元计算,分析了钢筋存在对氯离子在混凝土中扩散阻滞影响的规律性.可将改进的Fick第二扩散定律解析解应用于混凝土中钢筋开始发生锈蚀时间的预测.     

全珊瑚海水混凝土及其梁柱构件的力学性能与耐久性

研究了高强全珊瑚海水混凝土(CASC)的制备技术、基本力学性能、氯离子扩散与钢筋锈蚀行为,以及钢筋-CASC梁柱构件的力学性能,并进行了其服役寿命的可靠度分析.结果表明:CASC的立方体抗压强度最高可达C80混凝土强度等级;CASC具有高初始氯离子含量、高表面自由氯离子含量和高表观氯离子扩散系数的"三高"氯离子扩散特征.提出了描述CASC受压应力-应变关系的两段式方程;为降低钢筋的锈蚀风险,建议在CASC结构中采用有机新涂层钢筋且混凝土保护层厚度至少为5.5cm,混凝土强度选用C50及以上等级.另外为了综合考虑钢筋锈蚀和涂层钢筋滑移的影响,建立了钢筋-CASC梁柱构件的承载力计算模型,并且确定了满足50～100a服役寿命要求的CASC结构的耐久性设计参数.     

粘贴加固混凝土氯离子扩散的理论模型和数值模拟

基于物质非稳态扩散理论,采用现有研究对 Fick 第二定律的修正方法,并将粘贴加固考虑为对氯离子扩散方程边界条件的调整,提出可用于粘贴加固混凝土的氯离子扩散理论模型。利用ABAQUS、MATLAB PDE tool、MATLAB 自编程3种方法均可对粘贴加固混凝土梁的氯离子扩散过程进行数值模拟。对比未加固与加固构件的氯离子扩散规律,发现粘贴加固可降低钢筋表面的氯离子浓度值,延缓氯离子浓度到达临界锈蚀浓度的时间,增加材料使用寿命,并且加固时间越早,增加寿命越长。     

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.     

城市混凝土桥梁盐冻病害调查与研究

为了探究盐冻作用下城市混凝土桥梁的破坏特征及评价盐冻环境混凝土桥梁主体结构的服役现状,通过现场调研、检测、取样和室内试验,研究了混凝土的主要物理力学性能、氯离子质量分布和表层混凝土及钢筋锈蚀物的微观结构.结果表明:盐冻作用下混凝土桥梁使用13a以后,其主体结构发生了严重的除冰盐冻融破坏和钢筋锈蚀破坏,混凝土的氯离子结合能力很低,自由氯离子浓度很高,钢筋锈蚀物中物理吸附了大量的氯离子,且氯离子迁移多堆积于靠近钢筋表面的混凝土层,其总氯离子质量高于钢筋表面及受力钢筋间混凝土近2倍;实际混凝土结构工程在盐冻作用下,混凝土保护层的氯离子浓度分布规律并不符合Fick第二扩散定律;在盐冻环境作用下进行混凝土桥梁结构的耐久性设计时,必须提高其抗盐冻能力、抗氯离子扩散渗透能力,氯离子扩散模型必须考虑表层效应.     

砂浆中细骨料携带氯离子腐蚀机理与强度规律

研究了细骨料携带氯离子的砂浆中,氯离子结合率及其扩散机理,以及钢筋锈蚀参数的变化规律.结果表明,氯离子稳定结合率约60%,细骨料中氯离子是由砂表面向水泥凝胶中逐渐扩散,水化初期的扩散包括水化和渗透两个方面;砂浆试件中的钢筋在28 d之前存在一个加速锈蚀阶段.另外,从宏观强度的角度进一步验证了细骨料携带氯离子的腐蚀机理.     

基于氯离子侵入引起的锈蚀钢筋混凝土构件抗力的研究

氯化物是钢筋混凝土结构在正常使用寿命期内可能遇到的一种不利的侵蚀介质。混凝土中钢筋表面的氯离子浓度超过一定的限值,钢筋就可能会发生锈蚀;锈蚀的钢筋会导致混凝土构件的承载力下降。通过对国内外研究成果的总结,讨论了基于氯离子侵入引起的锈蚀钢筋混凝土构件的抗力计算模式,为氯盐环境条件下混凝土的耐久性评估提供参考。     

氯盐环境钢筋混凝土构件服役寿命计算

根据混凝土构件承载力的耐久性退化作用,建立了腐蚀环境作用下混凝土结构的3阶段服役寿命理论模型:诱导期、退化期和破坏期;即钢筋表面的自由氯离子浓度达到锈蚀临界值的时间、混凝土结构的主要材料(混凝土和钢筋)达到其材料耐久性破坏的限值、混凝土结构的承载力降低到安全使用极限状态作为各阶段的时间节点.基于氯离子扩散计算模型、钢筋...     

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。