干湿交替下受弯开裂混凝土梁内氯离子侵蚀试验研究

分析干湿交替对受弯开裂混凝土梁内氯离子侵蚀的影响,建立考虑表层对流区影响的氯离子等效扩散模型,并借助氯盐干湿循环试验对此模型进行验证。经过30个干湿循环后,采用快速氯离子含量检测(RCT)法,对各裂缝处及其周围混凝土内自由氯离子浓度进行测定。试验结果表明:干湿交替下,完好及受弯开裂混凝土的表层对流区深度在10¹5 mm;弯曲裂缝(宽度不大于0.339 mm)截面处,对流区以内混凝土同一深度处自由氯离子浓度比完好处显著提高,且同一裂缝处的浓度分布符合扩散的基本规律;裂缝周围一定范围内混凝土的自由氯离子浓度随距裂缝横向距离的增大而减小,超过一定范围后,弯曲拉应力对混凝土氯离子渗透性能有一定的提高作用;经回归,裂缝处(宽度不大于0.339 mm)等效氯离子扩散系数D eq(t)与裂缝宽度w之间存在二次函数关系。     

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.     

不同干湿制度下氯离子在混凝土中的传输特性

设计了８种干湿循环侵蚀制度,定量分析了不同侵蚀制度同混凝土中氯离子传输深度、氯离子含量分布规律、表面氯离子含量、氯离子扩散系数、对流区及氯离子传输效率之间的关系.结果表明：干湿循环加速氯离子的传输仅限于一定范围;不同干湿制度下,表面氯离子含量随干湿比的增加而有所增加;干湿循环下混凝土中对流区的出现具有时间性;随着干湿循环周期的增加,对流峰值以幂函数增加,且干湿比越大越有利于氯离子峰值浓度的积累;干湿循环制度不同,但干湿循环1个周期的时间相同且干湿比为5∶1时,氯离子向混凝土内的传输效率最高.     

干湿循环下损伤混凝土中氯离子传输模型

荷载损伤混凝土在海水干湿交替作用下,氯离子在混凝土中的扩散规律是研究混凝土结构耐久性的重要内容。基于海水干湿循环下氯离子传输机理,将水分和氯离子在混凝土中的迁移分别表示为水分扩散和氯离子对流-扩散两种形式,得出相应的扩散方程,然后考虑混凝土损伤微裂缝的影响,得出海水干湿循环下损伤混凝土的氯离子传输模型。利用所得到的氯离子传输模型,用有限元法模拟计算海水干湿交替作用下氯离子在损伤混凝土中的迁移过程,得到的氯离子的侵蚀深度和浓度与试验结果吻合较好。     

干湿交替环境下氯离子在承压混凝土内的传输特性

通过试验模拟海洋环境下氯离子对在役混凝土柱的侵蚀,探究了干湿交替环境下应力水平及试验周期对氯离子在混凝土中传输特性的影响规律.采用干湿时间比为2∶1的干湿循环制度,试验历时1a,研究了不同应力水平下混凝土内的氯离子含量分布特性.通过数据分析得到应力水平和试验周期对混凝土内氯离子传输进程、表面氯离子含量、对流区深度及峰值氯离子含量的影响规律;建立了同时考虑应力水平和试验周期影响的氯离子扩散系数预测公式;阐释了应力水平对干湿交替环境下混凝土中氯离子不同传输机制的影响机理.     

自然环境与人工环境对混凝土氯离子侵蚀及对流区的影响分析

以自然干湿循环条件下混凝土腐蚀试验结果为基础,与人工模拟环境下的试验结果进行对比,研究混凝土表面氯离子侵蚀及对流区影响的因素。混凝土表面氯离子侵蚀及对流区的影响因素分析,可为干湿循环条件下混凝土中氯离子的表面传输理论研究提供一定的依据。     

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。     

基于消除氯离子渗入途径的海工钢筋混凝土耐久性实验研究

氯离子参与的钢筋电化学反应是海工钢筋混凝土耐久性破坏的直接原因,而氯离子是通过混凝土中的孔隙和裂缝,通过长期的物理化学过程进入混凝土内部的,阻断氯离子渗入途径是解决海工混凝土腐蚀问题的有效途径。大量文献显示,处于浪溅区和水位变化区的混凝土,由于干湿交替,其渗入内部的海水浓度较高,容易发生盐析现象,结晶应力与二次钙矾石产生的应力会使混凝土破坏,裂缝增加,氯离子不断向混凝土内部迁移。出于消除氯离子渗入途径的考虑,在循环试验的基础上,通过掺合料替代部分水泥保证混凝土结构密实;通过聚合物水泥浆喷涂堵塞混凝土表面孔隙;通过喷涂微膨胀水泥砂浆得到致密的保护层;通过表层喷洒有机硅形成憎水表面,使盐析和二次钙矾石难以形成,从而保护了既成水泥石,有效地提高了混凝土的耐久性。     

对流与扩散耦合作用下氯离子传输机理研究

干湿循环作用下氯离子在混凝土中的传输过程实质上是非饱和状态下混凝土中水分渗流和氯离子传输的耦合作用.通过试验方案设计,先令氯离子在混凝土中一维扩散,进而在混凝土的氯盐暴露面的对立面进行吸水,使水在混凝土中朝着与氯离子扩散方向相反的方向传输,带动氯离子向相反方向迁移,进而得到氯离子分布曲线.通过与自由扩散下的氯离子分布曲线相对比,得出反向对流作用下氯离子在混凝土中的迁移规律.试验结果表明:由于对流作用,氯离子在混凝土试件浅层3mm区域有一定的累积效应,但未出现明显峰值,且随着吸水时间的延长,这种效应在降低;在混凝土浅层6mm区域内,对流作用对氯离子含量的影响高于自由扩散情况,但在混凝土内部较深区域,两者对氯离子含量的影响并无太大区别.     

混凝土碳化研究与进展(3)--腐蚀因子的迁移

混凝土碳化时Friedel盐和硫铝酸盐分解产生的氮离子和硫酸根离子向未碳化区迁移产生浓缩．使这两种离子在碳化区浓度显著降低，碳化前沿的浓度明显升高；同时混凝土中的钠、钾等碱金属离子。向氯离子和硫酸根离子相反方向迁移和浓缩，导致未碳化区这两种离子浓度明显升高，碳化区浓度显著降低。园此舍氮盐混凝土碳化时由于氮离子和硫元素向来碳化区迁移和浓缩，碳化未达到钢筋表面时钢筋已经开始腐蚀。     

盐胀对混凝土劣化机理研究

以混凝土强度、氯盐种类、氯盐浓度、侵蚀方式为评价指标,研究干湿循环条件下混凝土所受到的盐胀劣化机理。研究表明,氯离子侵蚀混凝土表面的量随强度等级的提高而减小;经多次干湿循环后,由于盐结晶作用,混凝土会发生膨胀;干湿循环比长期浸泡的混凝土表面氯离子浓度高;随浸泡龄期的增长,混凝土表层氯离子浓度不断增长,但后期增长缓慢。分析混凝土经干湿循环后表层XRD图谱以及混凝土在氯盐溶液中浸泡后SEM图谱,得出氯盐融雪剂对混凝土的盐胀破坏是物理结晶腐蚀和化学腐蚀综合作用的结果。     

海洋环境下混凝土的硫酸盐腐蚀机理

海水中存在的硫酸根离子传输至混凝土内部将导致其腐蚀破坏。针对矿粉掺量0～65%的C40引气混凝土进行海洋潮汐区、大气区和水下区腐蚀1～2a,测试其水溶和酸溶硫酸根离子浓度分布;分析水泥净浆中的腐蚀产物类型及含量。试验结果表明:海洋不同腐蚀区带混凝土中硫酸根离子传输量及传输深度排序为:潮汐区水下区大气区。混凝土中反应硫酸根离子与总硫酸根离子的关系服从线性函数分布,反应量占总硫酸根离子量的90%以上,反应的硫酸根离子量随腐蚀龄期增加而增加。海洋潮汐区和水下区生成的腐蚀产物量高于大气区,主要是钙矾石和石膏;海洋大气区暴露混凝土的腐蚀产物为钙矾石。对于P.I.52.5水泥制备的C40混凝土而言,掺加65%的矿粉有助于提升混凝土抗海洋硫酸根离子侵蚀能力。     

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。     

强感潮河口地区水工混凝土的氯离子侵蚀试验

在自然强感潮河口地区进行了水工混凝土氯离子的侵蚀试验,研究了暴露时间和水灰比等因素对混凝土中氯离子浓度分布的影响。结果表明:试验混凝土中的氯离子扩散都存在侵蚀对流区,其厚度为4~6 mm,受水灰比的影响较小;对流区的峰值浓度与暴露时间的相关性不明显,但受水灰比的影响较大。     

海洋潮汐环境纤维混凝土中氯离子迁移规律研究

为了研究海洋潮汐环境下聚丙烯纤维混凝土中氯离子迁移规律,采用干湿交替方式模拟海洋潮汐环境,分析纤维混凝土的氯离子含量分布及微观结构。结果表明,试件表面氯离子富集区随干湿交替次数增加而向内迁移;氯离子结合能力随深度增加呈先增大再减小后增大的趋势;氯离子扩散系数随干湿交替次数增加而减小,相应试件中氯离子扩散系数在相同干湿循环次数后表现出相似的变化趋势;纤维掺量为0.1%的试件内部致密,随纤维掺量继续增大,试件的抗氯离子侵蚀能力减弱。     

盐渍土对钢筋混凝土结构物耐久性设计的影响

通过对钢筋混凝土材料腐蚀机理的分析，指出了西部盐渍区富含的氯盐、硫酸盐是造成钢筋混凝土结构物耐久性差的主要原因。详细阐述了氯离子、硫酸根离子对钢筋混凝土材料的危害。依据混凝土耐久性试验数据，证实干湿交替的环境对氯离子侵入混凝土有重大的影响。并对西部盐渍区氯离子侵入混凝土结构物的机理进行了探讨，指出利用Fick第二扩散定律预测混凝土结构物耐久年限对西部盐渍区的局限性。提出了预测该地区钢筋混凝土结构物服役寿命的几点建议。     

玄武岩纤维混凝土梁中氯离子浓度分布规律研究

通过设计人工气候环境下的混凝土梁腐蚀试验,测定腐蚀梁中不同部位处的混凝土氯离子浓度值,分析梁中掺加玄武岩纤维对氯离子浓度分布的影响,比较在弯曲荷载作用下掺加玄武岩纤维梁和无纤维梁中混凝土氯离子浓度分布。结论表明：在混凝土中掺加玄武岩纤维后,氯离子的浓度分布是有规律的。和无纤维梁一样,也存在对流区和扩散区,但在混凝土中掺加玄武岩纤维后能阻碍氯离子的侵入,并且梁的上部纯弯段作用最明显。     

海洋潮汐区混凝土中氯离子传输过程的试验室模拟方法

Cl-侵蚀是造成混凝土内钢筋锈蚀的主要原因,研究混凝土中氯离子侵蚀过程的试验室模拟方法是进行氯离子侵蚀过程研究的重要条件。本文通过实际海洋工程潮汐区和水下浸泡区氯离子传输过程的对比试验,揭示了干湿循环条件下氯离子在混凝土中的传输速率远大于饱水混凝土内外浓差引起的氯离子扩散速率,从而证明传统的浸泡试验方法无法用来预测干湿循环条件下氯离子传输速率,并在此基础上提出了实际海洋工程潮汐区氯离子传输过程的模拟试验方法,试验证明氯盐溶液喷淋—风干循环加速试验的氯离子传输机理和实际海洋环境潮汐区相同,是模拟海洋潮汐区的氯离子传输过程非常有效的方法。     

碳化对水泥混凝土内氯离子分布的影响

为合理评价钢筋混凝土腐蚀的氯离子含量,阐明碳化与氯盐复合作用下钢筋腐蚀的真实机理,研究了碳化对水泥石内氯离子分布的影响.结果表明:碳化作用下含氯盐水泥石非碳化区Friedel复盐衍射峰大量存在,而碳化区未见Friedel复盐衍射峰;碳化过程中Friedel复盐分解后产生的氯离子向非碳化区迁移和浓缩,氯离子在碳化区浓度降低,在碳化界面则明显升高.氯盐含量为1.0%(质量分数)的水泥石在碳化之前的氯离子分布比较均匀,其相对浓度峰值为68,碳化2周后峰值为151,碳化4周时峰值达到298,说明碳化与氯盐复合作用会显著降低钢筋腐蚀的初始氯离子含量,提高碳化界面的钢筋腐蚀概率,加快钢筋腐蚀速度.