混凝土中氯离子时变扩散的边界元分析

氯离子在混凝土中的扩散是一个时变过程.考虑氯离子扩散系数的时间依赖性,将时变扩散系数引入混凝土的氯离子扩散模型中,通过变量代换,给出了时变扩散条件下氯离子扩散方程的基本解,并基于误差函数建立了氯离子扩散场补偿长度理论,分析了散场补偿长度系数的取值,在此基础上建立了时变扩散系数下混凝土中氯离子扩散分析的边界元法.通过算例...     

持续荷载下混凝土的氯离子扩散性能研究

基于实际海洋环境暴露条件,研究了力学荷载作用下混凝土中的氯离子扩散性能.以Fick第二定律理论为基础,用误差函数对混凝土中随深度变化的氯离子含量分布进行了曲线拟合,从而得到氯离子表现扩散系数,并以此表征氯离子在混凝土中的传输性.分析了氯离子的扩散系数与原材料、配合比、暴露环境以及力学荷载间的关系.结果表明,力学荷载对海洋环境下混凝土中的氯离子传输性能有显著影响,在利用氯离子扩散模型预测暴露海洋环境下混凝土结构的使用寿命时,需要考虑荷载因素的影响.     

氯离子在开裂混凝土中的扩散特性研究

考虑荷载裂缝宽度与裂缝深度的相关性,基于AgNO_3显色法研究了混凝土裂缝的存在对氯离子扩散范围的影响.通过钻孔取粉测定了混凝土中的氯离子含量,研究了裂缝特征的单一因素对氯离子的扩散特性影响.结果表明:裂缝的存在加速了氯离子在混凝土中的扩散过程;氯离子的扩散系数随着裂缝宽度的增加而增大;裂缝深度的变化对氯离子的扩散深度有一定影响.基于试验结果建立了裂缝宽度(裂缝深度)与氯离子扩散系数之间的指数函数关系式.     

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.     

冻融循环下海工预应力混凝土结构的耐久性

从冻融与氯盐侵蚀机理出发,分析了影响预应力混凝土结构耐久性的主要因素;通过试验,测定了不同冻融条件下的氯离子扩散深度.以预应力混凝土氯离子扩散模型为基础,综合考虑冻融损伤、氯离子扩散系数的时间依赖性等因素,建立冻融条件下预应力混凝土结构氯离子扩散模型,并采用Crank-Nicholson格式差分进行数值模拟,运用实测数据验证了模型的正确性.结果表明:冻融循环是引起混凝土破坏的动力;应力水平加速了混凝土的损伤与劣化过程;水化龄期的选取对提高氯盐侵蚀下的混凝土结构耐久性起着非常重要的作用.     

混凝土中氯离子扩散过程的细观数值模拟研究

在细观层次上将混凝土看成由砂浆、粗骨料及二者界面组成的三相复合材料,提出了适用于物质扩散的细观格构网络模型(Truss network model),模型中的不同类型单元能够描述混凝土各相组成材料的扩散性能。考虑混凝土对氯离子的结合能力和氯离子扩散系数的浓度依赖性,建立了基于格构网络模型的一维氯离子非线性扩散方程及其有限元方程的离散差分格式。计算结果表明,混凝土对氯离子的结合能力和扩散系数的浓度依赖性对混凝土中氯离子的扩散速度具有重要影响。可以预见,该方法能够方便地应用到开裂或损伤混凝土的物质扩散性能评价中。     

基于混凝土初始龄期及龄期衰减系数影响的氯离子二维扩散分析

在氯盐腐蚀及海洋环境下,钢筋混凝土结构耐久性研究的重点是确定氯离子在混凝土内部的扩散和积聚规律.在考虑混凝土材料龄期衰减系数和初始龄期等因素的基础上,提出了混凝土中氯离子二维扩散分析模型及其解析解,进而针对氯离子扩散系数具有时间和初始龄期依赖性的Fick第二定律的二维计算模型,建立了相应的二维有限元法数值分析格式,并讨论了混凝土龄期衰减系数、初始龄期及其扩散系数的时变性等因素对氯离子在混凝土中扩散和积聚规律的影响.     

冻融循环作用下活性粉末混凝土中的氯离子分布及扩散系数

通过室内NaCl溶液自然浸泡及快速冻融循环试验,研究了活性粉末混凝土在自然浸泡、冻融循环作用下的氯离子渗透情况,提出了冻融影响因子kd的计算方法.结果表明:自然浸泡条件下活性粉末混凝土中的氯离子扩散满足Fick第二定律,氯离子扩散系数随着时间的增长按指数形式衰减;冻融循环作用下活性粉末混凝土中的氯离子扩散系数随着冻融循环次数的增加先减后增.另外,分别建立了以冻融破坏为主要原因、以氯离子侵蚀破坏为主要原因以及在冻融循环与氯离子侵蚀耦合作用下的混凝土寿命预测模型,寿命预测结果表明活性粉末混凝土在冻融循环与氯离子侵蚀耦合作用下具有良好的耐久性.     

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。     

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。     

防盐蚀剂对输变电基础混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响

通过室内加速氯离子侵蚀试验,测试不同侵蚀时间内掺GN防盐蚀剂混凝土和无防盐蚀剂混凝土内部不同深度处的氯离子浓度,研究GN防盐蚀剂对氯离子扩散系数和混凝土表面氯离子浓度的影响,引入氯离子扩散系数降低系数和表面氯离子浓度降低系数,对防盐蚀剂的效果进行定量评价。结果表明:GN防盐蚀剂可以使混凝土中氯离子的扩散系数降低31.3%,混凝土表面氯离子浓度降低22.67%;防盐蚀剂可以较大程度地提高氯离子侵蚀环境下输变电基础的使用寿命。     

考虑表面氯离子质量分数的沿海混凝土桥梁氯离子扩散修正模型

为了研究沿海距海岸距离为5~40 km钢筋混凝土桥梁的氯离子扩散规律,建立与之相适应的氯离子扩散模型,对沈山（沈阳—山关海）高速公路沿线25座钢筋混凝土桥梁进行钻芯取样,研究了表面氯离子质量分数和水胶比的关系。引入表面氯离子质量分数实测值与拟合值的比例系数,建立表面氯离子质量分数和距海岸距离的数学关系,结合氯离子表观扩散系数的时间效应对Fick第二定律的解析解进行修正。通过对比实测值和修正模型的拟合值验证模型的适用性。结果表明:构件表面氯离子质量分数与水胶比成正比,比例系数服从正态分布的统计规律;构件表面氯离子质量分数随着距海岸距离的增加而逐渐减小,二者呈指数关系;由修正后的氯离子扩散模型计算得出的拟合值能够包络大多数实测值,拟合结果偏安全。     

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     

混凝土中氯离子扩散有限元分析

通过结合混凝土中氯离子的初始浓度和混凝土表面浓度,将满足Fick第二定律的混凝土中氯离子扩散问题转变成初边值问题,建立了其相应的有限元方程。由于氯离子扩散系数是扩散时间、温度和混凝土材料的函数,因此基于该有限元方程利用欧拉后插法和Newton-Raphson迭代法建立了增量形式的有限元方程,并通过分析具有解析解的一维、二维氯离子扩散问题,说明该增量有限元方程的可行性。在考虑扩散时间、温度、混凝土材料、混凝土表面涂层等多因素前提下,利用该增量有限元方程分析海洋环境下处于浪溅区、盐雾区混凝土的耐久性寿命,说明该增量有限元方程在海工结构耐久性设计中的可行性。     

混凝土抗氯离子渗透性试验及其预测模型研究

采用正交试验设计方法对混凝土及掺海砂混凝土材料的抗氯离子渗透性进行试验,研究了不同试验因素及水平对混凝土氯离子扩散系数的影响,分析了每个因素对氯离子扩散系数的作用及各个水平之间的差异,并给出了氯离子扩散系数关于研究因素的预测模型。结果表明,对混凝土及掺海砂混凝土材料而言,其抗氯离子渗透性的影响因素按大小排列依次为复合超细粉掺量、标养时间、水胶比。     

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。     

拉伸疲劳对混凝土氯离子扩散的影响

采用不同的最大应力水平和不同的疲劳次数对C30混凝土进行拉伸疲劳试验,然后采用残余拉应变、基于超声波波速的疲劳损伤度和基于电化学阻抗谱的损伤电阻对拉伸疲劳后混凝土的疲劳损伤进行表征,研究混凝土氯离子扩散系数和疲劳损伤之间的关系.结果表明:残余拉应变越大,混凝土氯离子扩散系数也越大,残余拉应变25×10~(-6)可以作为混凝土耐氯离子侵蚀性能的起劣点;混凝土氯离子扩散系数随着疲劳损伤度的增加而增大,两者之间呈指数函数关系;混凝土氯离子扩散系数随着损伤电阻的增大而减小,两者之间呈指数函数关系.     

随机有限元法分析混凝土中氯离子随机扩散规律

氯离子随机扩散分析是海洋混凝土结构可靠性和服役寿命的基础。利用局部平均法,将混凝土的氯离子扩散系数随机场离散为一组随机变量,利用Taylor级数将氯离子分布矩阵、扩散矩阵和节点浓度向量进行摄动展开,建立了氯离子扩散分析的随机有限元法递归方程,据此分析氯离子随机浓度的均值和变异系数,并研究了氯离子在混凝土中随机扩散的规律。通过算例比较分析,表明了所建立的摄动随机有限元方法具有较高的计算精度,而且计算结果对随机场的相关结构不敏感。验证了氯离子扩散系数的变异性对氯离子扩散过程具有显著影响。