含多种因素的氯离子侵入混凝土的有限差分计算模型

针对氯离子侵入混凝土的主要途径和来源 ,阐明氯离子侵入混凝土的机理 ,分析氯离子侵入混凝土的现有计算模型的类型及其局限性 ,综合考虑水泥品种、温度、湿度和时间等因素对氯离子扩散系数的影响 ,建立了基于有限差分法的氯离子侵入混凝土的计算模型。该模型较好地反映了实际情况 ,具有一定的理论和应用价值。     

氯盐环境混凝土结构服役寿命可靠度分析简化公式

考虑氯盐环境中氯离子侵入混凝土过程中的混凝土扩散系数、钢筋保护层厚度、临界氯离子浓度和表面氯离子浓度的随机性,建立了氯盐侵蚀下混凝土结构服役寿命的简化计算公式。简化公式比Monte Carlo抽样模拟方法和一次二阶矩验算点法更简便,无需迭代计算,且计算精度优于中心点法。由算例的计算结果可知,本文简化计算公式的计算精度满足实际工程中的精度要求,可以用于工程中氯盐混凝土结构的耐久性可靠度分析,具有较大的应用价值。     

混凝土中氯离子随机时变扩散过程及浓度分布

鉴于海洋混凝土结构的材料特性及环境因素具有随机性和时变性,在混凝土的氯离子扩散模型中引入氯离子扩散系数和表面氯离子浓度时变函数.采用高斯随机场描述混凝土的氯离子扩散系数的随机特性,然后在以局部平均法离散该随机场的基础上,研究建立了混凝土中氯离子随机时变扩散分析的摄动随机有限元法（SFEM）,并推导了氯离子浓度均值和协方差的计算表达式.通过与试验值和Monte Carlo有限元法（MCFEM）的比较,验证了SFEM具有较高的计算效率和精度.算例分析表明：氯离子扩散系数的随机时变性对混凝土中氯离子扩散过程具有显著影响;对于长期服役的混凝土结构,混凝土表面氯离子浓度时变性对氯离子扩散过程的影响可以忽略.     

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.     

港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计原则与方法

系统阐述港珠澳大桥跨海工程混凝土结构耐久性设计的原则与方法,首先介绍港珠澳大桥工程概况及120年使用年限的总体要求;根据工程的环境、水文地质数据分析工程场址条件下混凝土结构劣化的主要过程和因素;确定耐久性设计的控制过程为海洋氯离子侵入和表层混凝土碳化引起的钢筋锈蚀。针对耐久性控制过程,分析耐久性极限状态、构件使用年限、环境作用类别和程度以及裂缝控制宽度;然后建立针对港珠澳大桥工程场址条件的氯离子侵入过程设计模型,使用全概率方法校准的分项系数法完成针对不同时用年限、不同暴露条件下的结构耐久性参数和混凝土保护层厚度设计;最终确定用于港珠澳大桥混凝土结构120年使用年限的耐久性设计与质量参数。     

硅烷憎水处理混凝土的氯离子电场迁移模型研究

电场下的氯离子迁移试验常被用来评价混凝土中的氯离子扩散系数及抵抗氯离子侵蚀的能力。研究了硅烷憎水处理混凝土的氯离子电场迁移模型。以往的试验发现忽略普通混凝土中孔隙结构分布对离子迁移过程的影响将导致预测值和试验值不吻合。Stanish等人因此提出了考虑氯离子扩散迁移速度离散性的氯离子电场迁移模型,并较好地预测了试验结果。在Stanish模型的基础上,假设氯离子扩散系数而不是氯离子迁移速度符合对数正态分布,从而简化了氯离子电场迁移模型的理论表达式,并更清晰地反映了混凝土微观结构的随机性,计算结果表明两种假设等价。基于上述理论模型,对于饱水的硅烷憎水处理混凝土试件的电通量试验结果进行分析,证明上述理论模型适用于硅烷憎水处理混凝土试件。分析结果亦表明:硅烷憎水处理过的混凝土的电通量试验结果,只反映硅烷憎水性涂层对混凝土表面氯离子浓度的影响,并不反映憎水处理对内部混凝土的扩散系数的影响,硝酸银显色法并不适用于硅烷憎水处理混凝土的电通量试验。     

钢筋混凝土锈蚀损伤原因与防治技术

混凝土碳化和氯离子侵入是引起结构中钢筋锈蚀的主要原因。文章分析碳化的发生机理和影响因素,分析混凝土中氯离子的来源和诱发钢筋锈蚀的机理。阐述提高混凝土结构耐久性的措施。     

吸附效应和时变特性对氯离子输运的影响

钢筋锈蚀是混凝土结构破坏最重要的原因,而氯离子的侵蚀是引起钢筋锈蚀的最直接的原因。为了更好的描述氯离子在混凝土中的侵蚀规律。采用Hamilton型变分原理建立氯离子的输运模型。同时考虑吸附效应和时变特性对混凝土中氯离子输运行为的影响,并对采用不同吸附模型和时变特性的氯离子输运行为进行了对比。研究表明:吸附效应和时变特性都对氯离子的输运有着重要的影响。     

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.     

氯离子对混凝土结构的侵蚀作用

基于电化学理论,考虑了混凝土结构所处环境的不同,结合河南地区的特点,研究探讨了氯离子侵入混凝土的方式、侵蚀作用机理、氯离子的扩散等有关问题,简要分析了氯离子对混凝土碳化的影响。提出了针对氯离子侵蚀的结构采取必要防护的建议,以保证在役混凝土结构在氯离子侵蚀环境下服役期内的安全运营。     

暴露21年后混凝土的碳化及氯离子侵入研究

对暴露21年的挡浪坝和预制混凝土扭工字块钻取了一批直径100 mm的混凝土芯样。在实验室测定了芯样中的碳酸钙含量和氯离子分布;通过压汞试验测定了混凝土表层和内部的孔结构;分析材料因素和环境因素对碳化及氯离子分布的影响。结果表明,在相对湿度较高时,混凝土碳化十分有限,且以未完全碳化区为主导;实际暴露混凝土中氯离子侵入深度...     

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。     

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。     

钢筋混凝土结构的工作寿命设计-针对氯盐污染环境

混凝土耐久性现在正在向定量化发展,同时正在融入钢筋混凝土结构可靠度和工作寿命设计体系。通过将氯盐污染、氯离子渗透和导致钢筋锈蚀,转换为与时间相关的环境荷载与结构劣化进程,目前已形成具有实用价值、可操作的结构工作寿命设计体系。本文介绍了这方面最新进展,包括氯盐污染对结构的破坏作用,氯离子渗透数学模型与主要参数,以结构混凝主耐久性为基础的工作寿命、可靠度概念和理论计算方法,以及设计高耐久性钢筋混凝土结构的技术路线。     

氯盐侵蚀下预应力混凝土结构耐久性分析

介绍了氯盐侵蚀下影响预应力混凝土中氯离子扩散的各种因素,并参照试验结果,得出保护层厚度、氯离子扩散速度以及表面氯离子浓度是影响预应力混凝土结构耐久性的三个重要参数。运用可靠度理论,建立了氯盐侵蚀下预应力混凝土结构的耐久性分析模型,并提出了基于一定可靠度水准的耐久寿命预估方法。分析结果表明,保护层厚度对氯盐侵蚀下的预应力混凝土结构耐久性影响最大,另外两种因素次之。     

带裂缝混凝土氯离子扩散作用试验研究及数值模拟

为了准确评估带裂缝工作混凝土结构的耐久性能,针对氯离子在带裂缝混凝土中的扩散过程进行研究。提出了无损制备裂缝的方法,可高效易行地在混凝土侧面及内部产生裂缝。对带裂缝的水泥砂浆试件进行氯盐溶液浸泡试验,深入研究了单缝和双缝试件中氯离子的扩散作用,修正了氯离子的扩散系数,并对带裂缝混凝土的氯离子扩散过程进行了数值模拟。研究结果表明:氯离子会沿裂缝发展方向及垂直于裂缝发展方向扩散,随着水灰比的减小,砂浆试件的抗氯离子扩散性能明显提高,在一定范围内,当裂缝间距增大,双缝间的氯离子扩散交互影响作用明显减小,ANSYS软件的模拟结果与试验数据吻合良好。     

一个改进的混凝土氯离子扩散计算模型

通过对影响混凝土中氯离子扩散的因素分析,根据Fick第二定律导出的简化模型,建立综合考虑水灰比、混凝土掺合料、龄期、温度、湿度、混凝土与氯离子结合能力及冻融损伤影响的扩散模型,通过与现有解析模型和有限差分法模型的计算结果的对比,验证模型的正确性和有效性。与现有解析模型相比,该模型考虑的因素更广泛,综合考虑温度、湿度的季节变化及冻融损伤的时随效应对氯离子扩散的影响;与数值模型相比,该模型计算效率高,便于工程应用。     

体积分数对梯度结构混凝土扩散系数影响研究

通过室内氯离子侵蚀加速试验及氯离子分布测试,结合Fick第2定理拟合出梯度结构混凝土（GSC）的氯离子浓度扩散系数,以研究面层体积分数、加速试验龄期对扩散系数的影响;采用压汞技术测试面层材料与结构层材料的孔结构参数,分析氯离子扩散系数与孔结构之间的关系。结果表明：GSC体系的氯离子扩散系数随面层体积分数的增加而下降,并逐渐趋于平缓;GSC体系氯离子扩散系数则随加速试验龄期的延长而减小,最后也趋于稳定;与面层体积分数V=0试件相比,其它GSC试件具有更大的时间衰减系数值,说明其抵抗氯离子侵蚀的能力更好。最后根据相似性理论,建立了考虑面层体积分数变化的GSC氯离子扩散系数时变模型,分析显示,与结构层材料相比,面层材料具有较低的孔隙率及最可几孔径,使得孔的曲折性越大、连通性越低,因而面层材料具有更低的扩散系数。     

氯离子环境下钢筋混凝土结构耐久性寿命评估

混凝土结构耐久性寿命终结的标志应视工程对象和使用要求不同而有不同 ,提出了氯离子环境下混凝土结构耐久性寿命评估的方法。将混凝土表面氯离子浓度、保护层厚度作为随机变量 ,将扩散系数作为随机过程 ,建立了混凝土保护层中氯离子浓度分布的随机模型 ,推导出了氯离子浓度的均值 ,用于计算钢筋开始锈蚀时间。本文对某海港西大堤钢筋混凝土护栏的耐久性寿命进行了评估 ,采用实测数据的耐久性寿命评估结果与现场调查结果较为一致     

氯离子侵入钢筋混凝土结构机理及其防护措施

阐述了氯离子侵入混凝土的途径,分析了氯离子对钢筋锈蚀的机理及侵入钢筋混凝土的机理,并提出了氯离子腐蚀钢筋的防腐措施,对实际工程及社会建设具有重要的意义。