滨海混凝土浪溅区氯离子渗透特性模拟研究

滨海混凝土浪溅区氯离子渗透是引起结构耐久性损伤的主要因素之一。本文针对滨海混凝土浪溅区,基于多场耦合有限元计算模型,在考虑氯离子渗透影响因素的基础上,采用数值模拟方法研究了边界条件变化对浪溅区氯离子渗透模拟的影响。研究表明降低边界湿度和氯离子浓度可以近似模拟浪溅区氯离子渗透的效果,且随着边界湿度的降低,湿度变化对氯离子渗透速率的影响迅速减小;通过采用动态离子和湿度边界可以较好地模拟浪溅区离子渗透过程,但需进一步考虑浪溅条件下边界离子的累积效应。     

杂散电流与受压荷载耦合作用下混凝土中的氯离子传输性能

为研究水工混凝土结构在杂散电流与荷载作用下的氯离子传输特性的变化,本文对埋置钢筋的混凝土试件分别设计了杂散电流单独作用以及和压缩荷载共同作用下的电化学腐蚀试验,对不同电流和荷载条件下的氯离子传输特性以及混凝土孔隙结构进行测试,研究了杂散电流和压缩荷载对氯离子传输的影响。试验结果表明:混凝土内的钢筋会促进杂散电流对氯离子传输的加速效应。当压缩荷载一定,随着杂散电流增大,混凝土试件内的氯离子含量明显增加。当杂散电流一定,随着荷载的增大,混凝土试件内的氯离子的传输速率会出现先降低后提高的情况,传输速率开始提高的临界应力水平大致为0.4。此外,在已有研究和试验结果的基础上,推导了考虑压缩荷载和杂散电流作用下的氯离子传输模型,该模型结果与试验数据有较好的一致性。     

混凝土电化学脱盐模拟及其影响因素分析

电化学方法可以用来对含有氯离子的混凝土进行脱盐.电流密度的大小和环境温度的高低是影响电化学脱盐效率的主要因素,过大的电流密度会对钢筋混凝土的性能产生一定影响,而较低的温度会降低脱盐效率.基于氯离子输运方程和温度对氯离子扩散系数的影响,建立了氯离子输运数值模型,得到了不同工作电流密度和温度下混凝土的电化学脱盐效率.结果 ...     

碾压混凝土层间水分非饱和传输试验与数值分析

混凝土结构遭受环境侵蚀破坏的现象普遍存在于水利工程中,非饱和水分传输是产生环境侵蚀的一个重要因素.碾压混凝土由于自身施工特点容易出现层间、界面等薄弱面,研究非饱和水分传输行为有助于提高混凝土耐久性能.为深入分析碾压混凝土中水分传输的特点和影响机理,采用试验和细观模拟相结合的方式,在分析初始条件、吸水时间等水分传输影响因...     

混凝土水分传输及边界条件试验研究

混凝土内部水分传输是导致耐久性问题的主要原因。根据混凝土块体和薄片在水分传输方面的相似性,基于已有混凝土润湿过程水分传输模型推导了混凝土薄片中水分传输方程,研究了纯水和不同浓度盐溶液环境下混凝土润湿过程水分传输规律,并以混凝土薄片为对象模拟研究了混凝土边界层水分传输规律。研究结果表明:混凝土边界层润湿过程由毛细吸附为主导,离子的存在不改变基本规律,仅影响传输速率。通过试验数据对质量传输模型进行拟合和验证,结果表明二者相关性较好。并在此基础上推导出了混凝土边界层饱和度变化模型,较好地描述了一维传输方向上混凝土边界层的饱和度变化规律。     

钢筋混凝土电化学萃取氯离子研究进展

电化学萃取氯离子作为一项新型高效的钢筋混凝土防护技术,通过外加电场迫使混凝土中的氯离子从钢筋附近迁移至混凝土表面,同时使钢筋重新恢复钝化。本文综述了近年来国内外在此方面的研究进展,系统地介绍了电化学萃取氯离子的基本原理、装置选择与萃取参数确定、影响因素和电化学萃取氯离子对混凝土宏、微观性能的影响。同时结合目前研究现状对需要进一步研究的问题提出了相应的建议。     

火成岩纤维掺量对水工混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响

根据暴露在强感潮环境下6根RC梁的水工混凝土实验,测定了不同深度处的自由氯离子浓度,并依据Fick第二定律计算了火成岩纤维水工混凝土的氯离子扩散系数,分析了火成岩纤维掺量对水工混凝土抗氯离子性能的影响。结果表明,暴露时间为1 140 d的水工混凝土均存在明显的氯离子对流区,其对流区厚度为4~8 mm。在水工混凝土中掺入火成岩纤维,可降低氯离子扩散性能,提高水工混凝土的抗氯离子侵蚀能力。在一定范围内,火成岩纤维的掺量越大,提高效果越明显。     

盐冻融环境下钢筋混凝土结构锈蚀寿命预测

针对北方海洋环境冻融作用和氯离子侵蚀对钢筋混凝土结构的服役寿命的影响,基于Fick第二定律,建立了混凝土内综合考虑时间、温度、湿度、氯离子结合和冻融损伤效应的氯离子传输模型,并运用该模型对青岛海湾大桥桥墩混凝土进行了结构锈蚀寿命预测。结果表明:混凝土构件中钢筋对氯离子的传输具有明显的阻滞效应,氯离子在靠近保护层一侧的钢筋表面累积,而远离保护层一侧钢筋表面会产生浓度迟滞;角区较非角区钢筋表面氯离子浓度峰值更高,且浓度峰值随侵蚀时间延长而增大;角区钢筋表面氯离子浓度分布形式随侵蚀时间而变,初期钢筋表面氯离子浓度峰值在钢筋距构件正、侧表面最近处,后期转向两侵蚀面对角处;较无盐冻融环境而言,其他条件相同时,经历冻融循环作用后混凝土结构的锈蚀寿命显著降低,且角区与非角区钢筋锈蚀寿命的差异明显增大。     

考虑孔隙修正和动态边界条件的混凝土中氯离子精细化电迁移模拟

针对原有混凝土中氯离子电迁移模型需要依据实验结果优化扩散系数,导致模型物理含义不明晰,适用性较差的问题,该本文提出了一种精细化的、基于Poisson-Nernst-Planck(PNP)模型的、混凝土中多离子电迁移模拟方法。对于电场作用下,混凝土中多离子的快速迁移的精细化模拟,在考虑混凝土孔隙曲折度的基础上,增加了对于孔径大小的考虑,引入孔隙修正系数。并且考虑阴极和阳极的反应和混凝土中多离子(Cl^-,Na⁺,K⁺,OH^-)的传输,提出了边界条件动态调整算法。最终模拟得到的氯离子侵蚀深度、氯离子浓度分布和离子迁移过程中的电流变化,与实验结果相互吻合,模拟与实验误差不超过5%。这种考虑孔径大小引入孔隙修正系数和边界动态调整算法的模型,物理含义更为明确,与实验情况相吻合,为实现了电场作用下混凝土中氯离子的精细化模拟提供参考。     

海工混凝土氯离子扩散系数随深度的变化规律

氯离子扩散系数是表征氯离子侵入混凝土内部速率的重要参数.基于混凝土在长期服役过程中内部毛细孔结构的演化结果和电化学理论,推导了介质在真实溶液中的扩散方程.理论计算结果表明,混凝土内部氯离子扩散系数随深度的增加而增大.对工程现场混凝土内部氯离子的浓度进行取样检测,计算得出不同深度氯离子扩散系数的变化规律,与现场检测结果变化规律一致.     

沿海地区水工混凝土中氯离子扩散效应模拟试验研究

沿海地区受海水环境影响,水工混凝土耐久性受氯离子扩散效应影响较为明显。为此文章结合SFEM模型对辽宁沿海地区水工混凝土中的氯离子的扩散效应进行模拟。模拟结果经试验验证:SFEM模型在水工混凝土氯离子扩散效应模拟中具有较高的计算效率和精度;混凝土中水灰系数越大,其氯离子扩散系数越大;混凝土中氯离子扩散速度与混凝土裂缝宽度及深度呈现正指数相关;随着混凝土运行时间的增加,混凝土表层裂缝加速了混凝土中氯离子的扩散效应。     

盐渍土氯离子在混凝土中运移的耦合模型研究

通过Comsol Multiphysics模拟了盐渍土氯离子在混凝土内的运移机制。基于Fick第二定律,研究了考虑电迁移场作用、结合作用以及毛细作用的氯离子运移规律。研究表明:结合作用阻碍氯离子向混凝土内部运移,电势场和毛细作用促进氯离子向混凝土内部运移;随着氯离子向混凝土内运移,结合作用逐渐减小,初期的电场作用先增加后减小;随时间增加,结合作用与电场迁移作用减小;毛细作用仅在离子侵入初期约1.5 h内影响明显。在结构寿命期内忽略毛细作用,建立综合扩散、电场迁移及结合作用的耦合模型,预测了混凝土结构寿命,模型得到了较好的验证。     

混凝土氯离子扩散性能影响试验等效数值模拟

针对混凝土中氯离子扩散的问题,拟通过混凝土骨料含量和界面体积分数对氯离子扩散的影响效果进行研究。将混凝土视为由骨料、界面区和砂浆所组成的三相复合材料,利用MATLAB软件建立混凝土粗骨料随机模型。把模型导入COMSOL软件,通过设定不同骨料含量和界面体积分数以探究其对氯离子扩散的影响。同时借助试验设计(DOE)的方法验证了模型的重复性和再现性,进而确定了其模拟精度;通过与试验数据的对比分析,验证了该方法的有效性。开展粗骨料含量和界面体积对混凝土氯离子渗透性能影响的模拟试验,结果表明:氯离子在混凝土中的扩散受骨料含量和界面体积分数的影响;骨料含量的增加抑制了氯离子的扩散性能,表现为骨料的曲折效应:当混凝土骨料体积分数由0上升到60%时,氯离子最终扩散深度分别下降18. 9%,32. 8%和55. 6%;界面区厚度的增加加速了氯离子的扩散性能,表现为界面效应:当骨料含量为60%时,其氯离子扩散深度增加了30. 3%;研究成果对海工混凝土耐久性具有参考价值。     

混凝土变电压RCM试验的边部效应研究

通过氯离子快速迁移（RCM）试验测试混凝土中氯离子扩散系数时由于存在边部效应,导致混凝土试件与橡胶套相邻部位的氯离子扩散深度明显大于试件中心部分的扩散深度。为此通过对混凝土RCM试验结果的统计分析,系统研究了边部效应及其对氯离子扩散系数测试结果的影响,建立了修正计算式 。首先进行74组混凝土试件的变电压RCM试验,并定义试件上各个测点氯离子扩散深度的标准值;然后通过对试验实测结果的统计分析得到试件各个测点上氯离子标准扩散深度的均值及标准差,并据此定量分析边部效应的范围及其对氯离子扩散深度及扩散系数的影响;最后,通过回归分析建立排除边部效应试验结果与传统的不排除或部分排除边部效应试验结果之间的转换关系。研究表明,边部效应对直径100 mm圆柱形混凝土试件的影响范围为试件外边缘至试件内部20 mm深的区域 ,排除边部效应的影响能够有效减少结果波动性,从而提高RCM试验的准确性。     

混凝土碳化对氯离子扩散影响试验研究

混凝土耐久性研究从环境层面分主要是碳化和氯离子扩散两个方面。碳化过程会改变混凝土的性质,影响氯离子扩散。在相同养护条件下制成混凝土试件,试件在内部环境条件相同的碳化箱中进行不同程度碳化并测量碳化深度。采用标准电流电量法测量不同碳化深度混凝土试件的扩散系数,分析在其他条件相同的情况下碳化深度对氯离子扩散系数的影响及产生这种影响的原因。试验结果表明氯离子扩散系数随碳化深度增加而增大。综合分析碳化影响效应,碳化对于氯离子扩散存在正反两方面的影响。一方面碳化增加混凝土密实度,阻碍氯离子扩散;另一方面碳化增加混凝土内毛细孔数量且增加自由氯离子含量,促进氯离子扩散。实际情况下碳化对于氯离子扩散系数的影响效应取决于哪一方面的作用更具主导性。     

基于氯离子扩散效应的海洋环境下水工混凝土耐久性研究

文章利用SFEM模型模拟分析了海洋环境下氯离子扩散效应对水工混凝土耐久性的影响,可为沿海地区水利工程的长效运行提供数据支持。试验表明：SFEM模型的运算效率和精度较高,水灰比越高则氯离子扩散效应越显著;混凝土裂缝深度及宽度与氯离子扩散速度呈正指数相关性,混凝土表层裂缝的存在及其运行时间的延长加速了氯离子扩散效应。     

荷载和环境共同作用下混凝土中氯离子传输的试验研究

荷载和环境作用影响着混凝土中的氯盐传输过程和混凝土结构的服役寿命。采用弹簧加载系统对8根钢筋混凝土梁施加极限抗弯承载力28%、22%、16%和10%的持续弯曲荷载,并测定混凝土梁跨中部位的局部应变;氯盐侵蚀试验在多功能人工模拟环境试验箱中进行,4根混凝土梁置于5%的Na Cl溶液并在环境温度为50℃下进行浸泡试验,其余4根钢筋混凝土梁在全自动干湿循环试验箱中进行干湿循环试验,干燥过程中环境相对湿度为60%。氯盐侵蚀60 d后对混凝土梁受拉区和受压区取粉分析氯离子浓度。结果表明:与未承受荷载混凝土试件的氯离子传输速率相比,拉应变达到526με时氯离子扩散系数达到未承受荷载时的2.4倍,压应变达到90με时氯离子扩散系数无明显改变,而当压应变达到175με时氯离子扩散系数降低为无荷载作用时的0.4倍,拉应力加速了氯离子的传输速率,而压应力在一定范围内能够抑制氯离子的传输;且干湿循环条件下混凝土的氯离子传输速率明显高于浸泡条件的混凝土。"拉应力+干湿循环"条件对氯离子的传输影响最大;混凝土局部应变与氯离子扩散系数的相关性较好,能够反映荷载作用对氯盐传输的影响。在一定应变范围内,氯离子扩散系数随拉应变的增大而提高,随压应变增大而降低。     

一个基于多因素的冷却水管等效换热系数模型

基于热对流、传输微分方程及有限单元法,研究了冷却水流速、管壁粗糙度及导热系数对混凝土与冷却水之间的等效换热系数的影响。在分析各单因素影响的基础上,提出了包含冷却水流速、管壁粗糙度及混凝土导热系数等因素的冷却水管等效换热系数模型,可较好地预测多影响因素条件下混凝土与冷却水间的换热规律。模型表明,等效换热系数与冷却水流速、管壁粗糙度及导热系数均呈幂函数递增关系,其大小取决于多因素耦合效应。相较而言,粗糙度对等效换热系数影响仅在其取值较小时最显著;混凝土导热系数变化的影响较小;冷却水流速的影响介于二者之间。     

氯离子在混凝土中的扩散性及其电化学测试方法

从物质的传质机理角度分析认为,氯离子在混凝土中的传质过程为扩散过程。按照Fick定律,利用电化学方法可测得交流阻抗谱,据此计算出氯离子扩散系数。同时分析讨论了溶液中其他离子存在时,计算公式的修正,以及在水头或荷载作用下,渗透和扩散的协同作用。     

静水压下混凝土水分与氯离子渗透及其相关性研究

通过对3种混凝土在不同静水压力和持压时间下的压力渗透试验,研究了静水压力对混凝土中水分和氯离子渗透的影响及两者之间的关系。结果表明,压力条件下水灰比仍是影响混凝土渗水性能的重要参数,水灰比为0.5的混凝土渗水深度约为水灰比为0.4的1.3倍;双掺20%粉煤灰和矿粉显著提高混凝土的抗压力水渗能力,渗水深度约为普通混凝土的59.6%;活性混合材能够增强胶凝基体对氯离子的过滤和化学固化能力,即使存在外界压力作用,其抗氯离子渗透能力也大幅提高,渗透深度仅为未掺时的42.5%,优于其抗水渗效果;氯离子渗透滞后于水分渗透,两者并不同步,但数据统计存在较好的线性关系,利用混凝土抗压力水渗试验可间接评价其氯离子压力渗透性能。