单轴压荷载下掺合料对混凝土渗透性的影响

利用自行设计的加载装置研究了单掺矿物掺合料(矿渣、粉煤灰、硅灰)的素混凝土在单轴持续压荷载作用下的氯离子渗透性,并提出了相应的数学模型.结果表明:单轴持续压荷载显著影响混凝土的渗透性,氯离子扩散系数与应力比近似满足抛物线的数学模型.掺入矿物掺合料可以改善混凝土抗氯离子渗透性,改善效果硅灰最佳,矿渣次之,粉煤灰最差.掺入矿物掺合料的混凝土,其氯离子扩散系数随矿物掺合料掺量的增大而近似呈负指数函数减小.对于掺矿物掺合料的混凝土,其渗透性与抗压强度不具相关性.     

荷载作用下基于Torrent法的混凝土渗透性研究

研究了在压应力和均布荷载2种不同类型力的作用下,混凝土空气渗透系数的变化规律。同时在无荷载作用下,研究了混凝土空气渗透系数和氯离子扩散系数、电通量之间的关系。结果表明,水胶比越小,混凝土强度等级越高,空气渗透系数越小。不同强度等级的混凝土,空气渗透系数随应力比变化的趋势一致,当应力比小于转变点时,空气渗透系数随应力比增大而减小,当应力比大于转变点时,空气渗透系数随应力比的增大而快速增大。混凝土构件试验表明,空气渗透系数能较好地反映构件不同受力区域的渗透性变化。     

持续应力作用下基于电通量法的混凝土渗透性研究

试验设计了混凝土压应力和弯曲应力加载装置,利用弹簧变形储能提供持续稳定应力,研究了应力作用下混凝土电通量的变化规律。结果表明,混凝土强度等级越低,渗透性越大,混凝土自身密实程度及裂缝决定其渗透性大小。在压应力作用下,当应力比小于0.4时,电通量随应力比的增大而减小,而应力比大于0.4时,电通量则随应力比增大而快速增大。弯曲应力作用下,电通量随应力比的增大而不断增大。     

重复压应力作用后再生混凝土中氯离子渗透性研究

再生混凝土对氯离子的渗透率也随荷载反复作用导致的混凝土内部的结构变化而变化,研究了重复荷载作用下对再生混凝土氯离子渗透性的影响。根据再生混凝土本身的承受应力状况,分别测量对普通混凝土和不同替代率的再生混凝土反复加卸载最大压应力为45%fcy、80%fcy五次后的氯离子渗透性情况。研究表明:经5次加卸载后,再生混凝土氯离子渗透率比普通混凝土要高;反复施加5次荷载后,不同水灰比的再生混凝土与普通混凝土的渗透性,都随着水灰比的增大而增大;加卸载5次最大应力为45%fcy后,替代率不同的再生混凝土渗透性均比相应未加载混凝土大,最大荷载从45%fcy提高到80%fcy后,其氯离子渗透性进一步增大。     

弯曲应力作用下喷射混凝土氯离子扩散研究

采用弹簧四点弯曲加载法,对弯曲应力作用下喷射混凝土受拉区和受压区氯离子扩散性能进行了研究。以Fick第二定律为基准,对氯离子含量分布进行了拟合,分析弯曲应力作用下喷射混凝土氯离子扩散系数的变化规律。通过对比分析同配合比模筑混凝土、喷射混凝土和钢纤维喷射混凝土中氯离子含量分布规律,研究钢纤维和混凝土的成型方式对氯离子扩散性能的影响。结果表明：弯曲应力对喷射混凝土氯离子扩散影响大。应力改变喷射混凝土孔结构分布和微裂缝的数量及深度,对氯离子扩散速率产生影响。受拉区侧,氯离子含量随弯曲应力比增大而增大;受压区侧,氯离子含量随弯曲应力比增大而减小。氯离子扩散系数变化规律与氯离子含量变化规律相同。同应力比时,喷射混凝土氯离子扩散系数最大,钢纤维喷射混凝土和模筑混凝土氯离子扩散系数关系与受力方式、应力比大小、钢纤维和成型方式等有关。     

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.     

氯离子在轴向受压混凝土内的输运试验

设计水灰比为0.55的素混凝土棱柱体试件,研究加载中和加载后不同压应力水平下的氯离子在混凝土内的侵蚀。对试件在8%浓度的氯化钠溶液中浸泡180 d后的取样进行测试,测试结果表明,当施加的压应力小于抗压强度的70%时,持续荷载与瞬时荷载下混凝土内同一深度的自由氯离子质量分数变化很小,且没有一定的规律性。而当压应力施加到95%的抗压强度后卸载时,混凝土内的氯离子质量分数明显增大。施加不大于70%抗压强度的压应力后,混凝土表观氯离子扩散系数有所减小,持续荷载下回归得到的表观氯离子扩散系数比相同应力水平下瞬时荷载时的要小,顺着荷载施加方向的氯离子质量分数和表观扩散系数要小于垂直荷载施加方向的值。根据试验数据及所需满足的边界条件建立了相应的计算公式。     

应力水平对矿物掺合料混凝土氯离子渗透性的影响

矿物掺合料混凝土作为一种高性能混凝土,逐渐成为恶劣环境下钢筋混凝土结构的首选材料,其耐久性能对整个结构的使用寿命至关重要。考虑服役于近海、盐碱、除冰盐环境下的桥梁结构,遭受氯离子侵蚀和循环荷载的共同作用,开展了不同应力水平下矿物掺合料混凝土氯离子渗透性的试验研究。研究结果表明:应力水平越大,混凝土渗透性越好,氯离子更易侵入;侵蚀深度增加,氯离子浓度减小、扩散系数增大;侵蚀时间增长,氯离子浓度增加、扩散系数降低。     

压应力作用下混凝土中氯离子传输测试装置及试验

为了模拟服役条件下混凝土中侵蚀性离子的传输,开发了一种由应力加载单元和溶液循环单元组成的试验装置,研究了外加压荷载作用下氯离子在混凝土中的传输行为。试验装置实现了应力与氯盐的协同作用,特点是可实现持续、可调、稳定和高精度的外加荷载以及压应力场下氯离子的稳定传输和扩散。试验结果表明,不论施加荷载与否,混凝土中的氯离子渗透深度都随着时间延长逐渐增大;氯离子扩散系数随着外加压应力比的增大先减小后增大;不同暴露龄期下的表观氯离子扩散系数随着时间的延长呈幂函数衰减。     

SOAKING EXPERIMENTAL STUDY ON CONCRETE STRUCTURE OF RESISTING CHLORIDE ION ERODING UNDER DIFFERENT STRESS STATES

通过在实验室浸泡的方法,对不同应力状态下、不同水灰比的普通硅酸盐混凝土试件进行抗氯离子侵蚀试验,研究不同强度等级混凝土在应力和氯离子侵蚀的共同作用下氯离子的扩散规律和分布规律。研究发现：在压应力状态下,氯离子含量会随压应力增大而减小,相反,在拉应力状态下,氯离子含量会随拉应力的增大而增大,但随着切片深度的增加,这种影响会逐渐减弱。在抗氯离子侵蚀性能方面,高强度混凝土对应力的影响更敏感。所得到的不同应力状态下、不同切片深度的混凝土结构中氯离子浓度分布,可为推导扩散系数和评估钢筋锈蚀程度提供分析依据。     

双轴受压下再生混凝土氯离子扩散规律

为了研究复杂应力状态下再生混凝土的氯离子传输特性,首先通过破碎不同水灰比的母体混凝土得到不同性能的再生粗骨料,并对天然混凝土和不同性能再生混凝土进行双轴受压试验。然后利用电场加速氯离子扩散和双轴受压装置测试了不同类型再生骨料混凝土和天然骨料混凝土在不同应力水平和不同应力比下的氯离子扩散系数,并利用压汞仪测试了混凝土内部的微观孔隙结构。最后建立了考虑双轴应力水平、再生骨料吸水率和粗骨料体积分数的再生混凝土氯离子扩散系数理论模型,并进行了试验验证。结果表明:来自不同母体混凝土的再生骨料中的附着老砂浆具有不同的孔隙结构,再生混凝土中老砂浆的孔隙率随着母体混凝土水灰比的增加而变大,进而影响再生混凝土的氯离子扩散性; 应力比相同时,随着双轴受压应力水平的增加,再生混凝土氯离子扩散系数普遍呈现先下降再上升的趋势,在应力水平约为0.5时再生混凝土氯离子扩散系数出现最小值; 在双轴受压荷载作用下,母体混凝土水灰比分别为0.4,0.5,0.6的再生混凝土氯离子扩散系数最多分别下降到无荷载时的0.76%,0.78%,0.78%。     

不同应力状态下混凝土抗氯离子侵蚀浸泡试验研究

通过在实验室浸泡的方法,对不同应力状态下、不同水灰比的普通硅酸盐混凝土试件进行抗氯离子侵蚀试验,研究不同强度等级混凝土在应力和氯离子侵蚀的共同作用下氯离子的扩散规律和分布规律。研究发现:在压应力状态下,氯离子含量会随压应力增大而减小,相反,在拉应力状态下,氯离子含量会随拉应力的增大而增大,但随着切片深度的增加,这种影响会逐渐减弱。在抗氯离子侵蚀性能方面,高强度混凝土对应力的影响更敏感。所得到的不同应力状态下、不同切片深度的混凝土结构中氯离子浓度分布,可为推导扩散系数和评估钢筋锈蚀程度提供分析依据。     

粉煤灰对受弯开裂钢筋混凝土内氯离子侵蚀的影响

为了研究粉煤灰掺量对受弯开裂钢筋混凝土中氯离子侵蚀过程的影响,采用三点受弯的方法将粉煤灰掺量(质量分数)分别为0%,15%和30%的混凝土梁进行两两自锚,并将不同开裂状态下的试验梁放置于5%(质量分数)的NaCl溶液中进行干湿循环侵蚀试验.结果表明：干湿循环作用下,受弯开裂混凝土的表层对流区深度在10~20mm,且随着裂缝宽度的增加,对流区深度逐渐增大;混凝土的氯离子渗透性能随着弯曲裂缝宽度的增大而提高;粉煤灰掺量在15%以上时能有效改善开裂混凝土的抗氯离子渗透性能,其等效氯离子扩散系数是普通混凝土的1/8~1/6;扩散分析时,混凝土损伤劣化效应系数K与裂缝宽度w,粉煤灰掺量f可用指数关系进行拟合.     

压缩荷载作用下混凝土中氯离子扩散行为细观模拟

将外荷载作用的影响等效为外荷载引起的混凝土孔隙率的改变,来研究其对混凝土中氯离子扩散特性的影响,提出了压缩荷载作用下非均质混凝土氯离子扩散行为的细观模型.首先对混凝土在压缩荷载作用下的力学行为进行模拟分析;然后,将荷载作用后的"结果输出"作为氯离子扩散模拟的"初始输入"条件,以单轴压缩荷载为例,将混凝土看作由骨料、水泥浆体基质及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了混凝土在力学与物理耦合作用下的细观模型,研究了压缩荷载对混凝土中氯离子扩散特性的影响,得到了氯离子有效扩散系数与压缩应力水平之间的关系式,揭示了压缩应力水平的影响规律.     

荷载损伤后混凝土劣化机理和试验研究

在分析混凝土荷载损伤后混凝土劣化机理的基础上,通过短期轴拉和短期轴压静载后混凝土抗氯离子侵蚀和抗冻性性能试验,研究荷载损伤对混凝土长期耐久性能的影响。结果表明:受压荷载作用下混凝土依次经历可逆、不可逆和加速劣化三个劣化阶段,受拉荷载下混凝土表现为耐久性持续劣化。在65%和75%轴拉荷载水平,混凝土表观氯离子扩散系数分别增加了6.4%和34%,表面氯离子浓度分别增大了10%和40%,显现出轴拉荷载的"负效应";随着轴压荷载水平的增加,混凝土抗冻性能经历一个"正效应"到"负效应"的转变。     

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.     

持续荷载和环境耦合作用下钢筋混凝土抗氯盐侵蚀试验研究

沿海混凝土结构长期处于持续荷载和侵蚀环境的耦合作用中。试验设计可持续施加拉/压应力的加载装置,对13根混凝土梁施加不同等级的荷载;同时对受力状态下的混凝土梁进行模拟海水干湿循环的侵蚀。通过试验,研究不同等级荷载和氯盐侵蚀耦合作用下混凝土梁抗氯盐侵蚀性能的变化规律。试验结果表明:(1)通过在梁的受压、受拉侵蚀面浇筑水池,以取水注水的方式来模拟干湿循环可以有效防止盐水对持荷装置的侵蚀,可使试验梁受力更稳定;(2)以施加荷载的大小占极限荷载的比例记做荷载水平λ。当λ=0.3时,受拉区混凝土开裂,各条裂缝最大宽度为0.04 mm,此时裂缝处氯离子浓度与不受力无裂缝混凝土内部氯离子浓度相近;当裂缝最大宽度为0.08 mm时,同深度处氯离子浓度较小幅度增加,影响氯离子传输速率的临界荷载裂缝宽度为0.04 mm。随着λ的增加,受拉区各位置氯离子浓度呈非线性增大,且距离裂缝越近,同深度处氯离子浓度越大;(3)λ<0.45时,混凝土梁受压区氯离子浓度随着荷载水平的增大而减小,当λ>0.45时,受压区氯离子浓度随着荷载水平的增大而增大;在压应力作用下,影响氯离子传输速率的临界λ=0.45。研究表明,荷载和氯盐侵蚀耦合作用对钢筋混凝土结构耐久性能具有巨大的危害,尤其是荷载裂缝处的氯盐侵蚀,实际工程中应采取相关措施加以防范。