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。     

海洋潮汐浪溅区混凝土表面氯离子浓度的改进计算模型

收集世界不同地区304组海洋潮汐浪溅区自然暴露混凝土的试验数据,据此分析水胶比、胶凝材料种类和暴露时间对混凝土表面氯离子浓度C_s,ts的影响规律,进而结合二阶段多元非线性回归分析,分别确定了硅酸盐水泥、粉煤灰、矿渣和硅灰等胶凝材料对C_s,ts的修正系数,建立了海洋潮汐浪溅区C_s,ts的改进模型,并利用现有模型和试验数据对比,验证了该模型的适用性。分析表明：C_s,ts与水胶比之间近似呈线性关系,且胶凝材料种类对C_s,ts的影响显著;C_s,ts在前5 a内快速增长,随后逐渐趋于稳定,可以利用指数型函数来描述其时变规律。     

收缩裂缝对混凝土氯离子传输的影响

水泥基材料中介质的传输非常复杂。采用氯盐溶液自然浸泡法研究了收缩裂缝对混凝土材料中氯离子传输性能的影响。采用板式约束收缩方式诱导混凝土裂缝,借助于图像分析技术,并选取平均裂缝宽度参数对裂缝进行表征。通过检测在5%氯盐溶液中浸泡60 d后的混凝土不同部位氯离子的浓度,发现裂缝的存在加强了氯离子在混凝土中的传输,并且氯离子扩散性能随着裂缝宽度的增加而增加,同时讨论了氯离子在开裂混凝土中的传输机理。     

海洋大气中氯离子在粉煤灰混凝土中的传输规律

为了实现海洋大气环境中粉煤灰混凝土耐久性使用寿命的预测,从氯离子在人工模拟海洋大气环境中粉煤灰混凝土中的传输试验出发,结合氯离子在非饱和多孔介质中的传输机理,研究海洋大气环境下混凝土内部微环境（微环境温度和相对湿度）及粉煤灰掺量对氯离子传输速率的影响程度,并与人工模拟海洋水下环境试验结果进行对比分析.研究结果表明：1) 在海洋大气环境与海洋水下环境下,氯离子在粉煤灰混凝土中的扩散模型形式上一致,粉煤灰的掺入对氯离子传输能力有一定的影响,但不会改变氯离子在混凝土中的传输机理.2) 当粉煤灰掺量一定时,微环境相对湿度越高（微环境温度一定）,海洋大气环境氯离子扩散系数越大;但微环境温度(微环境相对湿度一定)对海洋水下环境和海洋大气环境中氯离子迁移的影响程度不同.3) 粉煤灰掺量(微环境温度、相对湿度一定)对海洋水下环境和海洋大气环境氯离子扩散系数的影响规律不同.     

收缩裂缝对混凝土氯离子渗透及碳化的影响

采用大板开裂方法制备了收缩裂缝宽度为0.07 mm、0.1 mm、0.2 mm、0.4 mm和0.62mm的混凝土试件,对养护7 d的不同尺度裂纹混凝土海水浸泡腐蚀30 d,以及快速碳化14 d。测试混凝土裂缝处及周边区域的碳化深度、自由氯离子及总氯离子浓度。试验结果表明：混凝土的自由氯离子与总氯离子均随裂缝宽度增加而呈二次函数增加。氯离子在裂缝处的迁移速度高于周边区域,但收缩裂缝尖端增加了氯离子结合能力,降低了自由氯离子浓度。当收缩裂缝宽度小于0.07mm,混凝土裂缝区域碳化深度没有变化。当收缩裂缝宽度小于0.1 mm,混凝土氯离子扩散系数与碳化深度增加幅度很小;此后,随裂缝宽度增加,混凝土氯离子扩散系数与碳化深度均快速增加。此外,混凝土裂缝处碳化深度比周边区域高3 mm左右。     

单轴受压混凝土的微裂缝和氯离子侵入性

采用1种无破损微裂缝估算指标-比裂缝面积来评价单轴压力作用下混凝土棱柱体的扩展微裂缝。加压卸载后试块暴露于氯离子环境中,测得试块中的氯离子含量分布。分析了单轴压力下混凝土微裂缝的发展以及荷载、微裂缝和氯离子渗透性的相关规律。试验结果表明,在大约0.3的应力水平范围内,受压并卸载后的试块表观氯离子扩散系数普遍降低,但随着应力水平的继续提高,氯离子扩散性能开始提高并超过未加载时的氯离子扩散系数。混凝土在单轴受压并卸载的情况下,其微裂缝的发展和恢复与应力水平关系密切。比裂缝面积能够较好地表征混凝土中微裂缝的发展,有助于分析混凝土在荷载作用下产生的微裂缝对氯离子传输性能的影响。     

开裂混凝土氯离子扩散性能研究

为探索裂缝对开裂混凝土氯离子扩散性能的影响,采用无损裂缝制备方法预制相应裂缝宽度的混凝土试块,并进行70d自然浸泡试验后对混凝土内部氯离子浓度进行测定。试验结果表明:裂缝使氯离子在混凝土中加速扩散,且氯离子在裂缝周围区域影响范围约为30～80mm;氯离子浓度在20mm深度后增长显著并在35mm后趋于稳定;裂缝宽度对带裂缝混凝土氯离子扩散系数影响显著,可由裂缝宽度的三次函数描述带裂缝混凝土内氯离子传输规律。     

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。     

海洋大气区蒸养矿粉混凝土内部离子传输与反应

处于滨海大气区的钢筋混凝土结构容易受到氯离子、硫酸根离子等有害离子的侵害，导致结构服役寿命缩短。通过低场核磁等试验研究了蒸养、标养混凝土的孔径分布，揭示了氯离子、硫酸根离子对蒸养混凝土的侵蚀演变规律。结果表明，相比于标养混凝土，蒸养混凝土的无害孔含量降低，有害孔和多害孔含量增大，导致具有更高水化程度蒸养混凝土的抗压强度低于标养混凝土抗压强度。掺入一定量的矿粉可以显著提高蒸养混凝土抗氯离子侵蚀能力，氯离子结合能力越大，氯离子扩散系数越小，表层氯离子浓度越低。当矿粉掺量为25%时，蒸养混凝土的氯离子扩散系数较低，说明矿粉的二次水化作用优化孔径效果达到最佳；随着矿粉掺量的增加硫酸根离子反应系数逐渐降低，当矿粉掺量为50%时，由于混凝土中的钙相物质含量最低，导致硫酸根离子的反应系数最小。     

PHC管桩劈裂试验裂缝开展特征

为研究预应力高强度混凝土管桩(PHC)受环向压力时裂缝开展特征,针对PHC300型管桩,设计一种裂缝生成劈裂试验方法,该方法能够在钢筋附近生成裂缝,为该型管桩最不利裂缝生成方式,通过对该型号PHC管桩进行劈裂试验,研究其裂缝开展特征.结果表明:PHC管桩受劈裂产生裂缝时,外表面混凝土层裂缝呈现较好的V型特征,裂缝深度随裂缝宽度增大而增大,当裂缝宽度达到0.18 mm时,即形成贯穿裂缝;内表面水泥浆层和砂浆层则易发生整层断裂,裂缝延伸性较好,当裂缝宽度达到0.1 mm时,裂缝贯穿管壁;与实心混凝土相比,PHC管桩空心结构造成混凝土之间有效粘结面积较小,裂缝恢复能力较低,外表面裂缝恢复值随裂缝宽度增大而增大,但裂缝恢复率随裂缝宽度增大而减小,PHC管桩外表面裂缝宽度(COD)恢复率一般在50％以下.     

开裂混凝土中氯离子扩散行为的细观数值模拟

为了研究氯离子在开裂混凝土中的扩散性能,考虑混凝土细观结构的非均质性,将含有裂纹的混凝土试件视为由砂浆基质、骨料、界面过渡区以及裂纹组成的四相复合材料,建立了带有单条裂纹的二维细观有限元模型.数值模型中,骨料不具有渗透能力,砂浆基质和界面中的氯离子扩散性能由水灰比确定,裂纹相中氯离子扩散系数与裂纹宽度的定量关系由文献中已有试验数据的拟合获得.研究了骨料分布形式对氯离子扩散行为的影响,分析并探讨了不同裂纹宽度下混凝土中的氯离子扩散行为.数值结果与试验数据的良好吻合说明了该方法的准确性.研究结果表明:骨料的随机分布形式基本不影响混凝土中氯离子的扩散行为;裂纹宽度小于50μm时,混凝土中氯离子的扩散行为基本不受裂纹的影响;裂纹宽度介于50-170μm时,氯离子的扩散随裂纹宽度增大而明显加剧;裂纹宽度大于170μm时,氯离子在裂纹附近的扩散趋于二维扩散形态.     

提高海工混凝土抗氯离子渗透性的关键技术

为了提高海工混凝土的抗氯离子渗透性,从原材料选择与配合比优化设计方面探讨了提高海工混凝土抗氯离子渗透性的关键技术．并对福建厦门杏林湾九天湖大桥工程案例进行了分析。结果表明,将Ⅱ级粉煤灰、矿粉和混凝土抗氯离子增强剂按一定比例复配,对混凝土配合比进行优化设计,能够有效提高海工混凝土的抗氯离子渗透性。     

Influence of Binder Composition and Concrete Pore Structure on Chloride Diffusion Coefficient in Concrete

The influence of binder composition and pore structure of concrete on chloride diffusion coefficient in concrete were investigated by the natural immersion test, MIP test, SEM and EDS test, respectively. The experimental results showed that the effect of binder composition on chloride diffusion coefficient was the comprehensive result of concrete pore structure and binder hydration products, and the porosity and pore size distribution were the main factors that influence the changes of diffusion coefficient...     

海洋和除冰盐条件下混凝土结构的Cl-扩散行为及耐久性设计

研究了海洋和除冰盐条件下暴露7～18a的混凝土结构Cl-浓度分布规律,探讨了混凝土结构的耐久性设计.结果表明,在严酷环境条件下混凝土结构的Cl-扩散行为符合修正的Fick第二扩散定律,混凝土的最大水胶比和最小保护层厚度是保证结构工程使用寿命的重要耐久性设计参数.     

横向弯曲裂缝对混凝土内氯离子侵蚀作用的影响

分析了横向开裂混凝土内氯离子的侵入机理及其主要影响因素,建立了基于双重孔隙介质模型的修正Fick定律氯离子扩散模型,并对持续加载下的开裂钢筋混凝土梁构件进行了氯盐干湿循环侵蚀试验。试验采用浓度为5%的NaCl溶液,在进行15个干湿循环后,借助快速氯离子含量检测RCT（Rapid Chloride Testing）法,对各裂缝处不同深度的氯离子含量进行了测定。试验结果表明：1）干湿循环侵蚀作用下,开裂混凝土表层0~20 mm范围内氯离子含量出现峰值,故可取表层对流区深度为15~20 mm左右;2）当表面裂缝宽度小于0.3 mm时,等效氯离子扩散系数平稳增大,模型的预测精度较高;当裂缝宽度大于0.3 mm后,等效氯离子扩散系数快速增大,氯离子侵入受对流作用的影响加大;3）受弯开裂混凝土等效氯离子扩散系数的劣化因子与裂缝宽度有直接关系,建议采用二次幂函数或分段函数来进行描述。