矿物掺合料高性能混凝土氯离子扩散特性研究

为研究沿海地区高性能混凝土桩基础的耐久性,采用干湿循环浸泡法对18个高性能混凝土试件进行了氯盐侵蚀试验,分析了高性能混凝土的氯离子浓度分布,得到了高性能混凝土的表面氯离子浓度、氯离子扩散系数的时变方程。在此基础上进行了高性能混凝土氯盐侵蚀的数值模拟,分析了钢筋直径（20、28 mm和36 mm）和保护层厚度（20、30、40 mm和50 mm）对沿海地区高性能混凝土桩基础氯离子浓度分布和氯离子扩散系数的影响,提出了相应的耐久性设计建议。研究结果表明:高性能混凝土毛细管吸附区与氯离子扩散区的位置在0~5 mm之间,高性能混凝土的最大稳定深度为50 mm;随着时间的增长,高性能混凝土氯离子扩散系数逐渐降低,氯离子浓度增长速率拐点为25 mm;相较氯盐侵蚀溶液浓度,氯离子扩散系数与氯盐侵蚀时间的关系更大。结合钢筋的临界氯离子浓度正态分布,建议沿海地区输电工程高性能混凝土桩基础的保护层厚度为70 mm。     

海洋环境条件下不同结构区域混凝土耐久性研究

为了研究不同结构区域混凝土的损伤特性和劣化机理,对宁波某海工码头板梁(大气区)、横梁(潮汐区)和方桩(水下区)等结构区域混凝土外观、力学性能、碳化深度、自由氯离子含量分布、表观氯离子扩散系数、碱含量和钢筋保护层厚度进行检测。研究结果表明,大气区和潮汐区结构混凝土强度状态较好,水下区结构混凝土强度状态较差,混凝土碳化深度和钢筋保护层厚度Dne/Dnd分布规律为大气区>潮汐区>水下区,混凝土表面氯离子浓度、表观氯离子扩散系数(Da)和碱含量分布规律是水下区>潮汐区>大气区,CO2侵蚀作用导致大气区混凝土钢筋保护层劣化,有害介质氯离子与CO2侵蚀共同作用引起潮汐区混凝土钢筋锈蚀和钢筋保护层劣化,有害介质氯离子与盐分渗透进混凝土内部,结构混凝土高浓度碱与氯离子耦合作用加速水下区混凝土钢筋锈蚀速度,导致钢筋保护层劣化。     

临海既有混凝土氯离子侵蚀及钢筋初锈时间预测

临海混凝土结构承受着荷载和氯盐侵蚀等多种因素的共同作用,工作环境严酷.根据取得的温州市瓯江口一座既有水闸的闸墩混凝土芯样,推定了混凝土的实际配合比;测定了芯样中不同深度处的自由氯离子浓度,分析了在自然环境下该既有水闸闸墩混凝土的氯离子侵蚀规律;基于Fick第二定律和Monte Carlo法,计算了该闸墩混凝土的氯离子扩散系数及钢筋初始锈蚀时间.结果表明：使用5350d的临海水闸闸墩混凝土中存在明显的氯离子对流区,其厚度超过20mm;在多种因素作用下,临海水闸闸墩混凝土抗氯盐侵蚀的性能严重降低,钢筋初始锈蚀的临界氯离子浓度（质量分数）为012%～018%,其初始锈蚀时间约为3000d;采用Monte Carlo法预测自然氯盐环境下混凝土中钢筋初锈时间是可行的.     

混凝土结构钢筋脱钝的随机可靠度分析

根据混凝土临界氯离子浓度和氯离子扩散系数与水灰比、环境温度等的关系式,计算出不同条件下受氯盐侵蚀混凝土结构50年内钢筋表面的氯离子浓度。在分析钢筋混凝土结构钢筋表面氯离子浓度随服役年限关系的基础上,用Monte Carlo方法对钢筋脱钝的随机可靠度进行分析。对保护层厚度、水灰比和环境温度等随机变量对海工混凝土结构钢筋脱钝概率的影响进行探讨。     

腐蚀钢筋初锈时间的分布检验及参数估计

应用MATLAB提供的功能函数,确定了腐蚀钢筋初锈时间的寿命分布类型。进行了腐蚀初锈时间的分布类型判断、相关参数的极大似然估计,确定了钢筋初锈时间的概率密度函数,并绘制了各分布与腐蚀初锈时间的拟合分布及概率分布图。分析结果表明,钢筋初锈时间不拒绝服从对数正态分布,所作工作可为研究钢筋混凝土结构的耐久性概率研究提供理论参考价值。     

混凝土中氯离子扩散性能的深入探讨

氯离子引起的钢筋锈蚀是氯盐侵蚀环境下混凝土结构性能劣化的主要原因。目前,有关氯离子在混凝土中扩散性能的研究绝大多数是以自由氯离子为对象,而对总氯离子在混凝土中扩散性能的研究很少。通过采用自然扩散法对自由氯离子和总氯离子在混凝土中的扩散性能开展研究,探讨水胶比对氯离子扩散性能的影响,考虑氯离子扩散系数的时间依赖性,建立氯离子有效扩散系数与表观扩散系数之间的关系,为更加科学地预测氯盐侵蚀环境下混凝土结构耐久性寿命奠定了基础。     

混凝土圆柱中氯离子扩散的数值分析

为了更好地理解氯离子在混凝土中的扩散机制,运用有限差分法,对混凝土圆柱在氯盐环境下服役时的氯离子扩散过程进行数值模拟,模型同时考虑了混凝土圆柱表面氯离子浓度和柱内氯离子扩散系数的时间依赖效应,得到了氯离子在混凝土圆柱截面内随时间变化的浓度分布云图。结果表明:为延长服役寿命,工程实践中可以考虑适时更换钢筋外侧的混凝土保护层,混凝土保护层的更换会产生结构内氯离子浓度的重新分布,可通过减小钢筋附近的氯离子浓度来有效延长结构服役寿命,数值模拟的结果对混凝土结构中钢筋的布筋位置具有指导意义。     

氯离子对钢筋混凝土结构的侵蚀分析

氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀破坏十分突出,是造成钢筋混凝土结构过早破坏的主要原因之一.分析氯离子进入混凝土中的途径、存在形式和氯离子在混凝土中的扩散模式,考虑温度变化、时间变化、湿度变化以及混凝土内部缺陷特征不同对扩散系数的影响,基于Fick第二扩散定律建立了氯离子在混凝土中的扩散模型,并分析了氯离子表面浓度、氯离子临界浓度和有效氯离子扩散系数的影响因素和确定方法,由此建立的模型可供寿命预测参考使用.     

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.     

海洋环境下混凝土结构耐久性寿命的概率分析

对连云港码头所处海洋环境下的混凝土结构的耐久性进行了概率分析，采用了一种预测混凝土结构使用寿命的概率分析方法，建立了考虑参数统计特征的混凝土结构耐久性评估模型。结合连云港码头的长期现场检测数据以及国内外参考文献，详细分析了模型参数的统计特性，采用蒙特卡罗模拟方法计算了混凝土结构不同暴露时间下的失效概率及可靠指标，提出了综合考虑GB/T 50476—2019《混凝土结构耐久性设计标准》、最优可靠度以及可靠指标差值Δ三者的概率分析方法。研究了混凝土保护层厚度和氯离子扩散系数对混凝土结构使用寿命的影响。结果表明：混凝土保护层厚度和氯离子扩散系数都对混凝土结构使用寿命有重要影响，相比之下，混凝土结构使用寿命对混凝土保护层厚度的变化更为敏感。     

基于不确定性的氯离子侵蚀环境下普通混凝土结构的耐久性研究

针对氯盐侵蚀环境下普通混凝土结构的锈胀开裂,通过分析普通混凝土结构的腐蚀损伤发展特点,建立氯离子侵蚀环境下普通混凝土结构的耐久性失效准则。基于工程实例,采用不确定性分析方法,通过Monte Carlo随机模拟,对氯离子侵蚀环境下普通混凝土结构的锈胀开裂时间开展了可靠性分析研究,得出了其近似概率密度分布,通过假设检验,确定其服从对数正态分布,并给出其在不同保证率情况下锈胀开裂时间的取值。     

钢筋阻锈剂对临界氯离子浓度的影响

采用半电池电位和线性极化法监测钢筋在掺有两种常用阻锈剂的模拟孔溶液和硬化砂浆中的锈蚀时间,研究钢筋阻锈剂对临界氯离子浓度的影响。试验结果表明:掺入阻锈剂后,提高了钢筋在砂浆中的临界氯离子浓度,延长了钢筋发生锈蚀的时间。通过阻锈剂在混凝土中的抗氯离子渗透性研究,探讨了阻锈剂的作用机理。     

长期暴露混凝土结构中的氯离子侵入研究

根据混凝土中氯离子浓度曲线评价暴露在海洋或道路除冰盐环境下的混凝土结构钢筋腐蚀风险,是一个可靠而有效的方法。对暴露26a的码头和暴露21a的挡浪坝钻取了一批直径100mm的混凝土芯样,同时在实验室制作了三组配合比的混凝土试件进行对比试验。对暴露混凝土的原始资料和环境条件进行了分析,在实验室测定了芯样和试件中的氯离子分布,根据氯离子分布曲线对氯离子扩散系数进行了评价,分析了材料因素和环境因素对氯离子分布的影响。结果表明：实际暴露混凝土中氯离子扩散系数随暴露时间衰减明显;混凝土所处的局部环境造成表层氯离子分布形态有差异;但受混凝土暴露整体环境的影响,混凝土内部氯离子分布则比较一致;混凝土质量差异对氯离子侵入的影响需经过长时间暴露后才能得以反映。图8表8参14     

钢筋保护层对混凝土结构耐久性的影响

分析了混凝土保护层之于混凝土结构中钢筋的物理和化学作用,探讨了在氯离子侵蚀、中性化、冻融循环等条件下,适当增大混凝土保护层厚度和控制保护层混凝土质量(密实度和碱度)与钢筋初锈时间、锈蚀速率、保护层开裂时间之间的关系,提出了旨在解决当前混凝土结构设计和施工中存在的有关混凝土保护层方面主要问题的建议。     

侵蚀性环境下混凝土结构耐久寿命预测方法探讨

侵蚀性环境下的混凝土结构的耐久寿命以混凝土因锈胀裂作为终结的标志,是一随机变量。在讨论氯离子侵蚀环境下混凝土中钢筋锈蚀特点的基础上,假设坑蚀数服从泊松过程及凹坑深度服从截尾指数分布,依随机变量极小值的统计分布理论,提出了一种侵蚀性环境下混凝土结构耐久寿命的预测方法。     

一种预测混凝土氯离子扩散系数的方法

混凝土的氯离子扩散系数是预测混凝土中钢筋锈蚀及结构耐久性的重要参数。介绍了一种由混凝土组成材料预测其氯离子扩散系数的经验计算公式 ,指出应用中注意的问题 ,并讨论了主要影响因素     

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     

多因素影响的钢筋锈蚀率时变模型

为了研究多因素影响的钢筋锈蚀率变化规律,主要对多因素影响的氯离子扩散系数时变性、钢筋初锈时间、截面面积时变模型进行了分析,提出了新的钢筋锈蚀率的表达方法,并对钢筋锈蚀率时变模型的影响因素进行了敏感性研究,提出了降低锈蚀程度的具体方法。     

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。     

开裂及接缝渗漏条件下越江盾构隧道管片混凝土氯离子运移规律研究

钢筋混凝土结构耐久性失效多由侵蚀性物质导致钢筋锈蚀引起,而裂缝和渗漏会加速这一劣化过程。在Matlab环境下编写有限元程序计算分析了开裂管片混凝土中氯离子运移分布规律以及裂缝深度与钢筋起锈时间的关系。研究表明:裂缝的出现改变了管片混凝土中氯离子的运移分布规律,且采用一维Fick定律计算裂缝附近处氯离子运移是不合理的;钢筋起锈时间随裂缝深度的增加而缩短,两者之间呈非线性关系,钢筋起锈时间与完整度之间较好地吻合3参数logistic函数关系。建立了管片接缝渗漏情况下,接缝渗漏液与管片混凝土中氯离子运移的耦合模型,并探讨了模型的数值计算方法。结合算例的计算表明:接缝渗漏会加快管片混凝土中氯离子运移,从而促进钢筋的锈蚀。