恒定气候环境下表面裂缝对混凝土内部湿度响应的影响

为了研究开裂混凝土内部微环境与外部环境的湿度响应关系,通过人工模拟恒定气候环境,开展了不同裂缝工况下混凝土内部湿度响应试验,并考虑了不同水灰比和不同粉煤灰掺量的影响; 提出了考虑表面裂缝影响的混凝土等效湿气扩散系数计算公式,建立了恒定气候环境下带表面裂缝混凝土内部湿度响应预测模型,并验证了模型的可行性。结果表明:有裂缝混凝土内部湿度响应速率高于无裂缝混凝土,在裂缝工况下,混凝土湿度响应速率随裂缝宽度的增加变化不明显,随裂缝深度的增加呈线性增大; 有裂缝混凝土内部湿度响应速率随水灰比的增大而增大,无粉煤灰的普通混凝土试件内部湿度响应速率依次大于30%和15%粉煤灰掺量(质量分数)试件; 裂缝在不同水灰比及不同粉煤灰掺量下对混凝土内部湿度响应的影响程度有所不同。     

基于粗骨料多孔界面的再生混凝土内部相对湿度响应机理试验研究

再生混凝土内部湿度场的变化会对结构的耐久性造成影响。文章基于再生粗骨料界面的多孔特性,对比研究100%取代率下再生混凝土和普通混凝土在不同温度、距离表层不同深度及有、无荷载作用下的内部相对湿度的响应规律及响应机理。结果表明：再生混凝土内部的相对湿度响应速率快于普通混凝土,距离再生混凝土表层越近,相对湿度响应速率越快,且随着温度的增加而增加;弯曲荷载作用对再生混凝土和普通混凝土的相对湿度响应速率均具有促进作用,且对再生混凝土的影响更为显著;对于再生混凝土内部相对湿度滞后上升现象,提出“再生粗骨料分区 界面热湿传递模型”,分析相对湿度滞后上升的机理;采用多元非线性曲线分段拟合的方法,建立再生混凝土内外环境相对湿度响应计算模型。     

密封养护混凝土内部湿度与收缩的一体化试验与模拟

对3种强度等级的混凝土进行了密封养护下内部相对湿度和自由变形的试验测定,获得了从混凝土浇注开始到77d龄期混凝土内部湿度和自由变形的发展数据,同时对混凝土因水泥水化引发的自干燥和自收缩问题进行了模拟.结果表明：混凝土内部相对湿度和收缩具有较好的同步性;混凝土内部湿度变化可以看作是其自收缩变化的驱动力;水灰比越小,自干燥引起的混凝土内部相对湿度下降幅度越大,密封条件下混凝土的收缩也越大;以水泥水化度和混凝土内部湿度为内因的自干燥与自收缩模型较好地模拟了密封条件下混凝土内部湿度变化与相应的自收缩发展.试验结果与模型预测值吻合良好,模型可用于不同养护环境下混凝土自干燥与自收缩的分析预测.     

半浸泡混凝土中Na2SO4溶液传输过程

为模拟混凝土内部与盐溶液接触、外部与空气接触的半浸泡环境(如隧道衬砌混凝土所处环境),将混凝土一端与Na_2SO_4溶液接触,另一端暴露在空气中,通过改变环境相对湿度、水灰比和Na_2SO_4溶液质量分数,分析这3种因素对混凝土水分蒸发速率的影响,对混凝土内部的盐溶液传输机理是否符合灯芯效应传输原理进行验证;同时采用核磁共振(NMR)和X射线衍射(XRD)分析,从微观角度分析其中原因.结果表明:环境相对湿度越低、水灰比越大,混凝土水分蒸发速率越大;Na_2SO_4溶液质量分数越大,混凝土水分蒸发速率反而越低,说明当混凝土处于半浸泡环境下时,其中的Na_2SO_4溶液传输过程并不符合灯芯效应传输原理.NMR和XRD分析发现,在盐溶液传输过程中,混凝土孔隙内的盐溶液会发生化学反应,生成钙矾石和石膏等化学侵蚀产物,细化和堵塞孔隙,且环境相对湿度越大、盐溶液质量分数越大,化学反应程度越大,从而造成其中的水分蒸发速率降低越明显.     

自然气候条件下混凝土内部温湿度响应规律研究

采用在混凝土上钻孔并埋入温湿度探头的方法测定了混凝土内部的温湿度,由此得到混凝土内部微环境下的气候条件随室外自然气候条件昼夜变化的响应曲线,并对混凝土内部微环境的温度,相对湿度滞后响应规律进行了分析.结果表明,自然气候条件下混凝士内部的温湿度响应主要表现为滞后效应,特别是混凝土内部相对湿度,不仅存在滞后效应,而且变化规律同自然气候相对湿度变化呈相反趋势.     

隧道环境下混凝土内部湿度分布北大核心

摸拟隧道环境,测试分析了混凝土内部的湿度分布规律。试验结果表明,隧道混凝土结构中,近水端混凝土始终处于饱水状态,迎风面则处于相对干燥状态;迎风面混凝土的风干程度和深度与混凝土的厚度及强度有关,混凝土厚度越大,风干的程度及深度越大;混凝土强度越高,风干的程度及深度也越大。     

隧道环境下混凝土内部湿度分布

摸拟隧道环境,测试分析了混凝土内部的湿度分布规律。试验结果表明,隧道混凝土结构中,近水端混凝土始终处于饱水状态,迎风面则处于相对干燥状态;迎风面混凝土的风干程度和深度与混凝土的厚度及强度有关,混凝土厚度越大,风干的程度及深度越大;混凝土强度越高,风干的程度及深度也越大。     

轻骨料混凝土早龄期湿度扩散试验研究

为了研究轻骨料混凝土内部的早龄期湿度变化规律,采用0.35、0.45水灰比,40%、20%的粗骨料体积比,堆积密度为900、500级的轻骨料制成轻骨料混凝土试件,对早龄期轻骨料混凝土开展了一维湿度扩散试验和自干燥试验研究,并采用拟合的方法建立了早龄期轻骨料混凝土一维湿度扩散和自干燥作用数学模型。试验结果显示,水灰比、粗骨料体积比和级别对混凝土内部的湿度扩散规律有明显的影响,水灰比越低、粗骨料体积比越大,粗骨料密度等级越低,轻骨料混凝土内部湿度传输速率越快;自干燥试验显示,水灰比不同的混凝土内部相对湿度降低速率基本相同;数学模型和轻骨料混凝土试验数据计算吻合,可揭示早龄期轻骨料混凝土湿度扩散的规律。     

掺粉煤灰再生混凝土反向湿度响应规律与预测模型研究

在模拟人工气候环境条件下,开展了再生粗骨料取代率和粉煤灰掺量对再生混凝土力学性能及其在干燥过程中反向湿度响应的影响研究。基于传质学的相关理论,提出了粉煤灰再生混凝土反向湿度响应的预测模型并验证了其可行性。试验结果表明:混凝土28 d抗压强度随着再生粗骨料取代率和粉煤灰掺量的增大均呈现先增大后减小的趋势; 粉煤灰掺量一定时,再生粗骨料取代率为25%的混凝土抗压强度达到最大; 再生粗骨料取代率一定时,粉煤灰掺量(质量分数)为10%的抗压强度最大; 在同一反向湿度响应时刻,再生粗骨料取代率为25%时混凝土反向湿度响应速率最低,取代率为0%,50%,75%,100%的混凝土湿度响应速率依次增大; 粉煤灰掺量为10%的混凝土反向湿度响应速率最低,掺量为0%,20%和30%的湿度响应速率依次增大; 在反向湿度响应的早期,2种影响因素对混凝土的反向响应速率影响更大; 随着湿度响应的进行,影响逐渐减小,且随着粉煤灰掺量的增大,不同时间段的反向湿度响应速率差距逐渐增大。     

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。     

混凝土干湿过程及循环制度的研究

将混凝土的干湿循环过程分解为干燥和湿润过程,对其干湿过程中不同深度相对湿度的变化规律、水量蒸发/吸收规律及氯离子对水分传输的影响进行了研究.结果表明：测定混凝土干湿过程中的蒸发/吸水量、相对湿度,可合理制定干湿循环制度,并进行室内试验与现场环境的加速倍率换算;在干湿初期,混凝土失水/吸水速率最大,之后大幅减小;干燥时间决定了混凝土的劣化深度,制定干湿循环制度时宜延长干燥时间,缩短润湿时间;离子的存在不影响混凝土水分的传输方式,但会大大降低其毛细吸附和扩散传输效果.     

高原气候条件下混凝土力学性能的研究

高原环境的低湿度和低气压会加速混凝土内部水分的蒸发,进而影响混凝土的强度发展。研究了不同的低湿度(20%、60%)和低气压(0.5、0.75、1.0 atm;1 atm为标准大气压)条件下混凝土的抗压强度和劈裂强度,并且研究了单面干燥条件下混凝土的湿度分布规律。结果表明:低气压和低湿度的环境条件会抑制混凝土力学性能的发展。不同湿度和气压条件下,混凝土抗压强度和劈裂强度的差异主要体现在28 d之后。当环境湿度越低时,混凝土试件的整体相对湿度也就越低,混凝土内外部分的湿度梯度越大。当龄期约为60 d时,对于深度大于200 mm的位置,受到环境湿度和气压的影响较小。     

预湿陶砂对混凝土板早期湿度分布及发展的影响

研究了室内单面干燥条件下预湿陶砂轻骨料(PSLWA)掺量(体积分数)及水胶比(质量比)对高、中、低强混凝土板28d内部相对湿度(IRH)分布及发展的影响.结果表明:随PSLWA掺量增大,高、中、低强混凝土板湿度饱和期延长,板湿度水平整体提高,湿度下降延缓,板厚方向上湿度梯度减小,湿度饱和区面积比例增大;引入内养护水约60kg/m~3,高、中强混凝土板28d内部相对湿度可维持在92%以上;随基体水胶比降低,PSLWA内养护作用增强,表面干燥影响深度减小;PSLWA不能彻底消除室内单面干燥条件下高、中、低强混凝土板中的表面干燥效应.     

高性能混凝土干燥收缩与相对湿度间关系研究

通过多组位移传感器和湿度传感器研究了单面干燥条件下掺与不掺粉煤灰混凝土试件距离表面不同深度处的收缩变形和相对湿度变化,并分析其相互关系。结果表明：单面干燥条件下,表层混凝土的相对湿度降低速率和收缩值明显大于内层混凝土。混凝土中收缩变形与相对湿度之间存在较好的线性关系,但在达到相同湿度时,表层混凝土收缩值小于内层混凝土。掺粉煤灰使混凝土的单位相对湿度降低引起的收缩值减小。     

混凝土结构空间多尺度相对湿度值

针对环境作用具有空间分布特性,借鉴空间多尺度环境作用模型框架(包括全局环境、地区环境、工程环境、构件表面环境、内部环境)及其数学模型,对相对湿度进行了空间多尺度研究：在分析空间各尺度上相对湿度的不同影响因素的基础上,由全局环境尺度开始,通过地区环境尺度、工程环境尺度以及构件表面环境尺度上环境因素的逐步调整,最终计算得到混凝土内部的相对湿度值。研究结果表明,采用“常规统计模型+空间残差”的方法,可有效建立地区环境尺度上的相对湿度值与工程环境尺度上相对湿度值的定量关系;混凝土结构构件的表面相对湿度与表面温度有关;实际工程结构应考虑构件表面相对湿度与内部相对湿度之间的不同。     

表面密封下的混凝土长期收缩行为试验及分析

混凝土表面干燥收缩不但引起桥梁结构长期变形,加之外荷载作用导致运营中的桥梁结构裂缝不断发展,严重影响结构的耐久性。探索了通过在混凝土外表面设置封闭膜,抑制混凝土内湿度扩散,实现干缩变形及干缩自应力控制方法。开展了试验环境、自然环境及封闭环境下的混凝土材料特性、内湿度以及收缩变形模型试验。试验结果表明,混凝土表面封闭后,对同龄期混凝土强度提高了10%~15%、弹性模量提高3%~8%。同时对混凝土内部湿度分布及干缩变形控制作用显著。其中干缩变形降低了85.1%~55.7%。以试验数据为基础,通过参数反演,标定了混凝土湿力耦合模型参数,实现了试验结果的数值仿真。分析结果表明,由于混凝土封闭层有效控制了混凝土内外湿度差,显著降低了混凝土干缩自应力。为控制混凝土结构干缩变形、降低混凝土表面开裂风险提供了新的思路。     

Predicting moisture movement during the drying of concrete floors using finite elements

Predictive methods for determining the point at which it is safe to apply floor coverings to concrete floors can save time and money for the client, contractor and the floor installer. The current standard states that impervious floor coverings should not be applied until the surface of the floor reaches a relative humidity (RH) of 75%, established using a surface hygrometer test. Tests by the authors on drying concrete slabs in natural and forced drying environments show that there is a large variation in the residue of moisture deep in the concrete when the floor covering is applied, particularly so in a forced drying environment. After an impermeable floor covering is applied to the floor surface, this residue of moisture will gradually equilibrate within the slab depth and generate (over a long time) a vapour pressure at the surface that can result in substantial damage to the covering, resulting in expensive repair work.This paper presents a finite element model that predicts the changing moisture content, in terms of the internal RH, during drying and after the application of the floor covering as the internal RH equilibrates over time. The model accounts for the thickness of the slab, w/c ratio, environmental conditions, boundary conditions. It uses non-linear diffusion coefficients and evaporation rates to accurately model the moisture movement in the slab. The results from the model give good correlations with the experimental readings taken at the various depths over time using hand-held humidity probes.     

温湿度异常引起混凝土收缩测试误差的修正

研究了混凝土收缩测试过程中环境温度和湿度异常波动引起的收缩测试误差。结果表明热胀冷缩是温度影响收缩测试的主要原因,引起的误差超过混凝土的收缩值,对收缩测试结果影响很大。热胀冷缩变形是可逆的,可通过在总变形中减去热膨胀变形对收缩测试结果进行修正,消除温度误差。环境相对湿度异常引起混凝土内部相对湿度变化,进而导致毛细孔压力改变,引起收缩测试误差。湿度异常对收缩的影响与相对湿度差值和持续时间成正比,与试件最小截面尺寸成反比,可据此对测试误差进行修正。     

Influence of connectivity of concrete pores and associated diffusion of oxygen on corrosion of steel under high humidity

This paper investigates the limitation of oxygen diffusion under high relative humidity condition in comparison to submerged, alternate wetting–drying and air dry conditions and its influence on the corrosion rate of steel by blocking the pores of concrete with moisture and reducing the connectivity required for transfer of gaseous oxygen from the environment to the steel bar surface. This was achieved through multi-variable experimentation for which the previous research is limited and has difference of opinion. It is concluded from the observed trend in the case of high relative humidity and submerged condition that once concrete specimens are subjected to these conditions; there is a reactivation of curing and hydration process which leads to low porosity and connectivity of concrete pores making it harder for oxygen to diffuse. The findings are quantified in terms of practical field variables such as cover depth and water/cement ratio. This deep experimental investigation involving a variety of material and environmental variables under a wide spectrum of boundary conditions will help in better understanding and will open several significant future prospects of research in the modeling of corrosion under limited oxygen availability.