基于可靠度的海洋浪溅区大掺量矿渣混凝土结构服役寿命预测

海洋浪溅区的混凝土结构,由于长期受到氯盐的侵蚀和海浪冲刷作用,导致混凝土结构发生钢筋锈蚀、保护层胀裂剥落等耐久性破坏,无法满足长期服役要求。本工作选取3种不同矿渣掺量的高性能矿渣混凝土进行实验室自然扩散和海洋浪溅区现场暴露试验,基于可靠度理论和修正氯离子扩散理论的ChaDuraLife V1. 0寿命分析软件,对海洋浪溅区的高性能矿渣混凝土结构进行寿命分析与研究。结果表明:随着服役时间的延长,海洋环境下高性能矿渣混凝土结构的失效概率逐渐增大,可靠度指标逐渐降低。随着矿渣掺量和保护层厚度的增大,高性能矿渣混凝土结构的服役寿命呈增长趋势。海洋浪溅区环境下,矿渣含量为35%、粉煤灰含量为15%、强度等级为C50的高性能矿渣混凝土在保护层厚度取7 cm、8 cm和9 cm的情况下,其服役寿命分别可以满足50 a、100 a和120 a的使用寿命要求。同时,建议将GBT50476-2008《混凝土结构耐久性设计规范》中规定的浪溅区混凝土最小保护层厚度和28 d氯离子侵入指标DRCM最大值进行修正,以满足其规定的设计使用年限要求。     

海水淡化对钢筋珊瑚混凝土结构服役寿命的影响

针对海洋环境中珊瑚混凝土(coral aggregate concrete,CAC)结构存在的钢筋锈蚀问题,基于修正氯离子扩散理论模型,研究了海水淡化对钢筋CAC结构服役寿命的影响规律.研究结果表明:海水淡化对采用普通易锈蚀钢筋的CAC结构服役寿命有显著影响,但对于选用304奥氏不锈钢钢筋的CAC结构的服役寿命影响很小,其主要原因是CAC具有较高的初始氯离子扩散系数.因此当CAC中采用304奥氏体不锈钢或临界氯离子含量更大的不锈钢筋时,可直接使用海水作为拌和用水.     

干湿循环作用下钢筋混凝土氯离子侵蚀与寿命预测

在已有水泥混凝土氯离子侵蚀模型基础上,综合考虑外部环境因素(温度、湿度、风速)与混凝土自身条件(龄期、氯离子吸附效应)对非饱和混凝土氯离子侵蚀的影响,建立干湿循环下混凝土氯离子传输模型并进行实验验证。根据运算的复杂程度对Fib Model Code模型进行优化,建立干湿循环作用下钢筋混凝土寿命预测模型,可为实际工况下受氯离子侵蚀钢筋混凝土材料设计与寿命预估提供参考。     

隧道衬砌纤维混凝土力学性能与耐久性能的研究进展

随着我国基础建设的需求及隧道施工技术的突飞猛进,超长、大埋深、服役环境恶劣的隧道逐渐增多,对隧道混凝土衬砌抗渗、抗裂、耐久性等性能提出了更高的要求。纤维增强混凝土由于抗拉强度高、抗裂性能好,在隧道工程领域有广阔的应用空间。结合当前国内外隧道工程中纤维混凝土的应用情况以及现有的研究成果,综合分析了金属纤维、合成纤维、天然纤维以及纤维混杂对隧道混凝土力学性能与耐久性能的影响：金属纤维对混凝土的强度和韧性增强效果最为显著;合成纤维及天然纤维对混凝土的抗渗水性能增强效果较好;纤维混杂能取长补短发挥出“1+1>2”的增强效果,可进一步提高混凝土的力学性能与耐久性能。最后结合对当前纤维混凝土发展现状的思考,提出了隧道纤维混凝土研究与应用中存在的问题及未来的发展方向。     

吸附-扩散模型与溶解-扩散模型及其修正模型的相互关系

研究了吸附-扩散模型(ADM)与溶解扩散模型(SDM)及其修正模型的相互关系,对溶解-扩散模型(SDM)、扩展-溶解扩散模型(ESDM)、不完全的溶解扩散模型(SDIM)中参数作了进一步解释.吸附-扩散模型(ADM)的一级近似表达式与溶解-扩散模型(SDM)及其修正模型的数学形式和物理意义相似,验证了吸附-扩散模型(ADM)的正确性.     

一种相似性框架下基于非线性扩散过程的剩余寿命估计模型

剩余寿命(residual life,RL)估计是预测与健康管理(prognostics and health management,PHM)的关键环节。目前,传统的基于相似性的RL估计模型仅利用失效设备的退化数据,忽略截断设备和运行设备的退化数据,难以保证RL的估计精度。针对该问题,在相似性框架下提出一种新的基于扩散过程的RL估计模型。首先基于扩散过程对截断设备进行退化建模和RL估计,然后通过比较参考设备(失效设备与截断设备)和运行设备间的相似性,同时利用参考设备与运行设备的退化数据实现运行设备的RL估计。最后仿真实验验证该文模型优于传统的基于相似性的模型。研究结果表明:该文模型能够显著提高运行设备RL的估计精度,具有潜在的工程应用价值。     

基于Cox生存模型对混凝土涂层服役寿命的回归分析

为预测水泥混凝土涂层在服役环境下的使用寿命,以Cox比例风险回归模型为理论基础,借助SPSS软件,建立了混凝土涂层服役寿命回归模型,并以环氧树脂涂层为例,验证了模型结果的可靠性.结果 表明:在相对湿度69％,温度21℃,辐照量4704.84 MJ/(m2·a),氯离子浓度0 mol/L,涂层涂刷2遍,水泥混凝土水灰比0...     

纳米氧化铝提升海洋环境高速铁路桥梁混凝土结构服役寿命研究

氯离子传输并诱导内部钢筋锈蚀是海洋环境高速铁路桥梁混凝土结构耐久性失效的主要原因之一,增大混凝土氯离子传输阻力是提升混凝土结构服役寿命的根本途径。纳米技术与纳米材料的发展为混凝土材料高性能化提供了新的可能。本工作研究了纳米氧化铝(NA)对砂浆氯离子电迁移系数(D_RCM)与自然扩散系数的影响,基于氯离子等温吸附曲线,建立了考虑氯离子结合参数的氯盐传输模型,分析了NA对氯盐侵蚀环境下混凝土结构服役寿命的影响。结果表明：适宜掺量的NA可降低砂浆氯离子传输性能;承台桩基础混凝土钢筋保护层厚度为60 mm时,在C45混凝土中掺入2%(质量分数)NA后,仅考虑氯离子侵蚀时混凝土预期服役寿命由68年提升至107年。NA为提升海洋环境下高速铁路混凝土结构服役寿命提供了新的技术途径。     

氯离子在混凝土中扩散传输的有限体积法模拟分析

基于氯离子在混凝土结构中的扩散传输理论,建立了氯离子扩散传输偏微分方程,讨论了边界与初始条件。根据因变量在有限大小的控制体积中满足守恒定理,建立了氯离子在混凝土中扩散传输的离散方程,编制了计算程序。算例分析表明,有限体积法可以很好地模拟氯离子在混凝土中的扩散传输,可以分析计算复杂边界条件下的混凝土内的氯离子分布,并对受氯离子侵蚀混凝土结构的使用寿命进行预测分析。     

盐雾环境下受荷混凝土中氯离子扩散试验

针对海洋盐雾环境,开展不同荷载水平作用下混凝土中氯离子扩散试验,测试混凝土中不同深度的氯离子含量,总结混凝土中氯离子扩散规律,拟合氯离子扩散荷载影响系数与构件应力状态之间的关系式。结果表明,拉应力作用下混凝土中氯离子含量增加,氯离子扩散系数增大;压应力作用下混凝土中氯离子含量降低,氯离子扩散系数减小;氯离子扩散系数随着时间增加逐渐减小,表面氯离子浓度随着时间的增加逐渐增大。考虑荷载影响的氯离子扩散模型可为预测实际工程受荷混凝土结构的使用寿命提供参考。     

C—P混杂纤维混凝土弯曲疲劳损伤模型及寿命预测

本文对Ｃ－Ｐ混杂纤维增强混凝土（ＨｙｂｒｉｄＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅ－ＨＦＲＣ）的弯曲疲劳损伤性能进行了研究，揭示了材料在弯曲疲劳载荷作用下疲劳损伤的积累和演化规律，建立了相应的疲劳损伤模型，应用该模型对ＨＦＲＣ材料进行了寿命预测。     

多因素作用下混凝土寿命的BP神经网络预测

影响混凝土及其结构使用寿命的因素主要包括荷载和自然环境的变化,它们对混凝土结构使用寿命的影响过程是错综复杂的,难以用准确的数学式表达.人工神经网络方法具有无需输入变量与输出变量间复杂的相关假设,也无需确定各种计算参数,从而以消除计算参数确定过程中产生的计算误差的特点,使得其在土木结构工程耐久性方面具有广泛的应用.采用动量～自适应学习速率调整算法以及规则化调整对BP神经网络的泛化能力进行了改进,使其误差平方和达到0.000918,提高了BP神经网络的泛化能力;并用改进的BP神经网络对荷载-复合离子-干湿交替作用下混凝土材料的使用寿命进行了预测,避免了在确定计算参数过程中所产生的计算误差,拓宽了多因素作用下结构混凝土寿命预测新方法.     

源溶液成分对氯离子在混凝土中电迁移特性的影响

氯离子在混凝土中的电迁移过程受离子间相互作用、双电层效应等因素的影响,扩散系数并非常量,而是溶液成分的函数。详细阐述了溶液成分影响氯离子在混凝土中扩散迁移特性的机理,并通过改进的RCM法测定了不同水灰比、龄期、外加电压和源溶液成分下的氯离子扩散系数。实验结果表明,较其它因素而言源溶液成分对电迁移特性影响较小,但总体仍呈一定规律。     

对流-扩散-反应方程的变分多尺度解法

根据变分多尺度的思想求解了对流项和反应项占优的对流-扩散-反应方程.在变分多尺度思想的理论框架内,推导了附加于Galerkin变分弱形式的稳定化结构和具体的稳定化系数;阐述了这种稳定化结构和经典的SUPG稳定化结构之间的关系;数值算例表明,该稳定化系数可以适应均匀和非均匀的计算网格.通过网格的恰当加密,变分多尺度方法消除了算例中的数值伪振荡.     

混杂纤维增强混凝土材料的力学性能和耐久性能研究

采用聚丙烯纤维和碳纤维掺杂的方法制备了单纤维和混杂纤维增强混凝土材料.利用电子万能试验机对单纤维和混杂纤维增强混凝土材料样品进行了抗弯强度和劈裂抗拉强度试验;采用扫描电子显微镜(SEM)对样品的拉伸断口形貌进行了观察;采用NEL扩散试验测试了样品的氯离子扩散系数.结果表明,混杂纤维增强混凝土材料HFRC-B的抗弯性能、...     

裂缝对混凝土内氯离子扩散和钢筋锈蚀的影响

为了研究受力裂缝对混凝土内氯离子扩散的影响,对8根开裂(预制裂缝和受弯裂缝)的钢筋混凝土梁试件进行了盐溶液干湿循环试验;并采用半电池电位法和RCT(快速氯离子含量检测)法,分别对梁内钢筋的锈蚀状态以及各裂缝处氯离子含量进行了检测;最后采用ADINA有限元软件对开裂混凝土内氯离子的二维扩散行为进行模拟分析。试验和模拟结果表明:1)裂缝加速了氯离子的侵入,导致钢筋过早的开始锈蚀,且为局部氯离子的二维扩散提供了条件;2)裂缝宽度越大或间距越小,其对氯离子侵入引起的钢筋锈蚀影响程度越大;3)有限元模型的计算与试验结果吻合较好。     

矿粉改性高性能混凝土的力学性能和耐久性能研究

以S115矿粉为掺和料,制备了矿粉改性高性能混凝土,通过XRD、SEM、复合盐溶液干湿循环测试等手段,分析了矿粉取代率对混凝土的晶格结构、微观形貌、力学性能和耐久性能的影响。结果表明,适量矿粉的掺入能够加速水泥的水化反应速率,增加网格结构的致密度,从而改善混凝土的微观形貌,提高混凝土的强度。矿粉取代率的增大会降低水泥石前期的强度,显著提高水泥石后期的强度。当矿粉取代率为50%时,养护28 d的混凝土的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为52.5和7.4 MPa。矿粉取代水泥后,混凝土在复合盐溶液的侵蚀下相对动弹性模量和质量损失率的下降趋势变得平缓,在30次干湿循环后,矿粉取代率50%的混凝土的相对动弹性模量最高为88%,质量损失率最小为1.6%,抗盐溶液侵蚀性能最佳。混凝土的腐蚀产物主要是针状结构的钙矾石和块状的石膏,这些产物存在于混凝土的孔隙和裂纹中,多次干湿循环后体积膨胀产生了内部应力,生成了深裂纹,最终撑裂混凝土,使混凝土失效。综合可知,矿粉的最佳取代率为50%。     

三维混凝土细观模型构建与骨料形态对氯离子扩散影响的数值研究

氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的首要因素,而骨料自身特性对氯离子在混凝土中的传输行为有重要的影响。本工作提出了一种高效构建细观尺度下混凝土三维几何模型的方法,能够实现工程中常见碎石、卵石和片状骨料的生成和投放。将生成的几何模型进一步应用于氯离子扩散行为预测,并与第三方试验结果进行对比,验证了其可行性与准确性。本工作所提出的三维混凝土细观模型能够实现混凝土几何参数的精细控制,能够对骨料形状、体积分数、粒径以及连续级配等骨料形态学特征对氯离子传输的影响进行较全面的量化分析。此外,本工作还探究了实际中因振捣而导致的骨料不均匀分布对氯离子传输性能的影响。结果表明骨料的曲折度和体积分数的增大会降低氯离子的扩散速率;骨料级配连续的混凝土中小粒径骨料可填充在大粒径骨料的间隙中,相比于单一骨料级配的混凝土,其抗氯性能更高;混凝土振捣而产生的骨料不均匀分布对混凝土耐久性的影响同样不可忽视。