海水干湿循环下裂缝宽度对钢筋混凝土柱耐久性的影响

<正>常使用条件下,裂缝在钢筋混凝土(RC)结构中不可避免,沿海地区的RC结构裂缝使氯离子更容易浸入混凝土腐蚀钢筋,严重影响结构耐久性。在试验室模拟沿海地区环境,对不同宽度的初始裂缝(裂缝宽度w分别为0、0.07、0.1、0.14 mm)的RC柱试件进行100次海水干湿循环侵蚀后,测试其受拉侧保护层混凝土不同深度范围(0~10、10~20、20~30 mm)的氯离子含量,计算出表观扩散系数(Dw),并对构件寿命进行了预测。结果表明:与无裂缝柱相比,当裂缝宽度w0.1 mm时,氯离子含量差别不大;当0.1 mm≤w≤0.14 mm时,0~10 mm深的氯离子含量略有增加,10~30 mm深的氯离子含量明显增大,达到无裂缝柱的1.79~3.12倍。当w0.1 mm时,Dw随w增大缓慢增长;当0.1 mm≤w≤0.14 mm时,Dw增长迅速,达到无裂缝柱的3~5倍。提出基于裂缝宽度w的修正表观扩散系数Dw及其计算式,计算式计算结果与试验结果吻合良好。随w增大,计算寿命明显缩短,当裂缝宽度w≥0.13 mm时,较无裂缝区缩短80%以上。     

干湿循环条件下氯离子对钢筋混凝土材料的影响研究

采用室内人工气候环境箱模拟干湿循环作用,以研究氯离子侵蚀对钢筋混凝土材料性能变化的影响。沿氯离子侵蚀方向,在混凝土内部不同深度以及试件侧壁不同高度处,进行取样分析氯离子含量。结果表明:沿侵蚀方向,距表层一定深度处氯离子含量有一峰值。随着混凝土试件侧壁高度的下降,氯离子含量逐渐增大。在钢筋锈蚀率较低情况下,锈蚀率与钢筋-混凝土界面处的氯离子浓度成线性关系,可由此推算临界氯离子浓度。     

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。     

干湿循环对混凝土氯离子渗透性试验研究

文中采用自然浸泡法和硝酸银滴定法研究了在干湿循环作用下,氯离子在C30和C50混凝土中的扩散规律,结果表明:干湿循环作用对混凝土中氯离子渗透深度的影响不明显,随干湿循环次数的增大,混凝土中氯离子浓度增大,且对表层10mm以内混凝土氯离子渗透性的影响高于内部混凝土,距裸露面超过15mm时,影响不明显;干湿循环作用对C30和C50混凝土内部氯离子渗透性的影响规律大致相同。     

非连续干湿循环对混凝土表层氯离子迁移的影响规律

为探究滨海环境中干湿循环的不规律性对混凝土表层氯离子传输的影响,设计了连续、非连续干湿循环对比试验,研究了不同干湿循环下水灰比和干湿循环制度对混凝土表层氯离子含量分布规律及对流区氯离子含量变化规律的影响.结果表明：当自然风干时间/湿润时间(t_d/t_w)较大时,由于双向对流与扩散的传输现象,使得氯离子含量在对流区存在1个拐点;对流区深度基本随水灰比减小而减小;连续干湿循环下氯离子峰值含量随着t_d/t_w的减小而增大;相较于连续干湿循环而言,非连续干湿循环对表层氯离子含量随深度的变化规律和氯离子峰值含量的影响较大.     

干湿循环下混凝土中氯离子的一些扩散特性

研究了干湿循环下混凝土中氯离子的一些扩散特性.根据浙江沿海的气候特点,提出了干湿循环下混凝土氯离子扩散试验方案,并测定了自然循环和加速循环下混凝土中各点氯离子浓度随时间的变化.试验结果表明:对于给定的暴露时间,混凝土中的氯离子浓度随着离混凝土表面距离的增大而减小;对于混凝土内部任一给定点,氯离子浓度随着暴露时间的增长而增大;对于给定的暴露时间和混凝土中给定点,加速循环下的氯离子浓度高于自然循环下的氯离子浓度.利用Fiek方程解和最小二乘法,给出了混凝土氯离子扩散系数与暴露时间之间的关系.发现混凝土氯离子扩散系数随暴露时间的增长而减小,与干湿循环几乎无关.     

干湿循环下氯离子在混凝土中的传输

结合水分在混凝土中的渗流模型,建立在浓度梯度和孔隙液饱和度梯度的耦合作用下的氯离子在混凝土中的传输模型,并采用真实海洋环境中干湿循环作用下的暴露试验数据验证了模型的准确性和适用性。     

偏压荷载与海水干湿作用后钢筋混凝土柱滞回性能及微观结构试验研究

为研究沿海地区在役钢筋混凝土(RC)柱的滞回性能及混凝土的微观结构和氯离子含量,对不同前期偏压荷载（0、0.20、0.35倍峰值偏压荷载）作用下,经历100次海水浸泡与大气环境干湿循环后的RC柱进行低周反复加载试验,并对混凝土的微观结构和氯离子含量进行量测。结果表明：前期偏压荷载作用后RC柱的滞回曲线呈现出明显的不对称。当水平反复加载与前期偏压荷载产生的截面应力分布同向时,其峰值荷载、延性及耗能能力随着前期偏压荷载的增加而降低;当前期偏压荷载为0.35倍柱峰值偏压荷载时,其峰值荷载、延性及耗能能力较前期未受偏压柱试件的降幅较大,分别达到26.1%、22.0%和44.6%;当水平反复加载与前期偏压荷载产生的截面应力分布反向时,各参数变化无明显规律。另外,在距受拉区混凝土表面20 mm和40 mm深度处,前期受偏压柱试件的氯离子含量分别是未受偏压柱试件的4.7倍和1.5倍以上,同时前期受偏压柱试件的受拉区混凝土裂缝数量和宽度明显多于未受偏压柱试件。按照现行混凝土结构设计规范计算截面受弯承载力,由于前期偏压荷载造成的滞回曲线不对称,水平反复荷载与前期偏压荷载产生的截面应力分布同向时,试验值小于计算值。由此可见,前期偏压荷载对RC柱的滞回性能劣化、受拉混凝土的氯离子含量和微观结构均有较大影响,进而缩短结构使用寿命。     

干湿循环作用下混凝土抗氯离子侵蚀研究

本文研究了混凝土在干湿循环-盐溶液耦合作用下,氯离子在混凝土不同深度处的浓度分布。结果表明,与自然浸泡盐溶液腐蚀方式相比,干湿循环作用加速了自由氯离子在混凝土内部的积累。干湿循环20次时,相对于长期浸泡方式,混凝土中不同深度氯离子质量分数增加96．8％～127．5％。同时试验表明,水灰比对于氯离子在混凝土中的传输有显著影响,低水灰比的混凝土其结构较为致密,从而提高了混凝土的抗氯离子性能。混凝土中矿粉的掺入能显著降低混凝土内部的自由氯离子浓度。混凝土中掺入粉煤灰,在早期粉煤灰的火山灰效应不显著,因而早期抗氯离子侵入性能不明显。     

干湿循环下混凝土氯离子传输模型研究

在混凝土结构耐久性设计中,水位变动区通常被认为是最为关键的区域。首先从干湿循环下氯离子传输机理出发,考虑环境温度影响以及干燥过程和湿润过程水分传输差异,推导出了干湿循环状态下氯离子传输模型。其次设计出模型的有限体积算法,编制Matlab程序进行求解,利用该程序分别对暴露在海洋环境潮汐区3年混凝土结构中氯离子浓度分布进行了模拟计算,并与文献中的试验数据进行了对比,结果表明:所提出的干湿循环状态下的氯离子传输模型可以较好地模拟出潮汐区混凝土中的氯离子传输,由于考虑了全年环境温度周期变化以及干燥过程和湿润过程水分传输的差异,研究模型得到的计算结果较忽略这两方面影响得到的结果与文献中的试验数据更加吻合。     

干湿循环和粉煤灰掺量对混凝土氯离子结合能力的影响

用自然扩散法测定了混凝土中的总氯离子和自由氯离子浓度,计算了粉煤灰混凝土氯离子结合能力,研究了粉煤灰掺量、干湿循环次数对混凝土氯离子结合能力的影响。结果表明:随粉煤灰掺量的增加,混凝土对氯离子的结合能力趋势是先升后降;混凝土的氯离子结合能力随干湿循环次数的增加而增大;粉煤灰掺量与干湿循环次数对混凝土氯离子结合能力是不存在耦合作用。因此,在盐湖地区的混凝土结构,建议选用掺加30%的粉煤灰混凝土。     

干湿循环条件下混凝土氯离子侵蚀的模拟试验及相似性

以典型海洋环境干湿循环环境下氯盐侵蚀混凝土的现场试验为背景,分析沿海地区混凝土在干湿循环条件下氯离子侵蚀的参数;以潮差区环境区域为例,模拟现场环境参数,完成了室内加速模拟试验方案。对比研究了自然环境和室内试验数据结果,分析了主要侵蚀参数之间的相似性。     

干湿交替作用下受弯开裂钢筋混凝土梁内氯离子侵蚀特性

为了研究干湿交替条件下受弯开裂混凝土内氯离子侵蚀机理及其分析方法,对两两自锚并保持开裂状态下的混凝土梁进行氯盐溶液干湿循环试验。借助15和30次干湿循环的两次取样结果,分析完好截面、裂缝截面及其周围一定范围内的自由氯离子含量分布规律,并对提出的等效氯离子扩散模型的适用性、弯曲裂缝宽度的影响规律以及扩散系数的时变特性等问题进行探讨。研究结果表明:1氯盐干湿交替作用下,开裂截面处的表层对流区深度在10~20mm之间,弯曲裂缝的存在将加快混凝土内部氯离子的渗透速度;2裂缝周围混凝土内的氯离子传输受到裂缝(0.1mm)及混凝土弯曲拉应力的共同影响,当与裂缝距离增大时,混凝土弯曲拉应力对氯离子传输的影响也会增大;3拟合结合表明,当裂缝宽度w0.30mm时,用等效扩散模型分析开裂截面的氯离子含量分布是可行的,且等效氯离子扩散系数的劣化特性可用w的多项式函数进行回归分析;4对普通混凝土而言,氯离子扩散系数的时间衰减指数m与水灰比有关,且随水灰比的减小而减小。     

干湿循环作用下硫酸盐和氯离子在混凝土中的侵蚀及预防措施

本文论述了干湿循环作用及其对混凝土的破坏机理;介绍了干湿循环作用下硫酸盐侵入混凝土的作用机理及影响因素;综述了混凝土中氯离子传输方式及侵入机理;并给出了提高混凝土抗干湿循环和硫酸盐、氯离子侵蚀的途径。     

干湿循环条件下钢筋锈蚀的临界氯离子浓度

采用电化学交流阻抗谱研究了干湿循环条件下混凝土中钢筋锈蚀的临界氯离子浓度,深入探讨了混凝土中钢筋锈蚀临界点的判断方法,分析了干湿循环时间比对临界氯离子浓度的影响.结果表明:借助电化学交流阻抗谱法能较为准确地判断钢筋锈蚀临界点;临界氯离子浓度随干湿循环时间比的增加基本呈增大趋势;临界氯离子浓度与干燥结束时混凝土的饱和度之间存在线性关系,且随着干燥结束时混凝土饱和度的增大而降低.     

干湿循环作用下PVA-FRCC氯离子侵蚀深度研究

通过聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composite,PVAFRCC)和普通混凝土在干湿交替条件下的氯盐侵蚀试验,研究了干湿循环次数、纤维体积掺量、温度梯度对PVAFRCC氯离子侵蚀深度的影响,并从水泥基内部孔隙结构和微裂缝两个主要方面进行了机理分析。结果表明,随干湿循环次数的增加,PVA-FRCC与普通混凝土氯离子侵蚀深度均在增大,且PVA-FRCC氯离子侵蚀深度和侵蚀速度均比普通混凝土的低,随着纤维掺量从0~2%增加,PVA-FRCC氯离子侵蚀深度总体呈降低趋势;随着干循环温度以20℃、40℃、60℃的梯度升高,PVA-FRCC氯离子侵蚀深度增大,纤维掺量为2%的PVA-FRCC表现出较好的抗氯盐侵蚀能力。     

基于海水干湿循环的天然橡胶支座剪应变相关性试验研究

针对直径为220mm的天然橡胶隔震支座(LNR)开展了长达60天的海水干湿循环试验,试验期间定期对其剪应变相关性进行测试,得到了LNR剪应变相关性随海水干湿循环作用时间的变化情况,通过拟合试验数据,得到了橡胶隔震支座水平刚度K_ht(g)与K_h0(100%)的比值随海水干湿循环时间及剪切应变双参数的变化关系式,可为今后更好地探究海水干湿循环海洋环境下橡胶隔震支座性能的变化规律及跨海桥梁等近海交通工程的全寿命抗震性能分析提供理论依据。试验结果表明：同一海水干湿循环时间时,剪应变由50%增至150%,支座的水平刚度变化范围在11%左右,说明了LNR的水平刚度具有较好的稳定性;同一剪应变时,水平刚度随海水干湿循环时间呈缓慢增大趋势,试验60天后,剪应变由50%增至150%,水平刚度增大幅度分别为19.67%、20.89%、22.60%、23.73%和24.95%,说明LNR的水平刚度对海水干湿循环作用的影响较敏感;K_ht(g)/K_h0(100%)随海水干湿循环时间增长而增大,随剪切变形增大而减小,说明海水干湿循环作用及剪应变大小均会对该比值产生影响。      

浸泡方式对混凝土中结合氯离子的影响

服役于海洋环境中的混凝土常受到氯盐-硫酸盐共同侵蚀,结构表面也常处于干湿交替环境中。以24h为一个循环,研究不同干湿交替条件下受氯盐-硫酸盐侵蚀的混凝土中结合氯离子含量及结合特性,通过X射线衍射(XRD)、热重分析(TG-DTG)揭示结合机理。结果表明：同一腐蚀方式下,结合氯离子含量随着腐蚀时间的延长而增加。相同时间内,在腐蚀早期干湿比≤1的试件中结合氯离子浓度要大于干湿比>1的试件,腐蚀后期则相反。经过30d干湿循环后,试件中结合氯离子低于长期浸泡状态。复合溶液同时侵蚀时,采用Freundlich等温吸附曲线来描述自由氯离子与结合氯离子间的关系更合适。