地下工程混凝土结构高温作用后服役寿命预测

采用扫描电子显微分析、X射线衍射分析研究了不同温度作用后,混凝土内部形貌和物相组成变化;采用NEL法研究了温度作用对氯离子扩散系数的影响;在此基础上,分别采用多因素作用下的混凝土氯离子扩散理论模型和碳化残量模型进行高温后结构服役寿命预测.温度作用3 h,基于氯离子扩散系数的服役寿命预测结果表明:200 ℃时服役寿命无明显变化,300 ℃、400 ℃时服役寿命约降低60%、90%左右;基于碳化的服役寿命预测结果表明:200 ℃时服役寿命无变化,300 ℃时服役寿命降低72.4%;400 ℃以上时,服役寿命为0.     

氯离子环境下钢筋混凝土结构的使用寿命预测

近年来,氯离子对混凝土结构的侵蚀已成为混凝土结构耐久性研究的重要内容,尤其是氯离子环境下钢筋混凝土结构的寿命预测问题更是科研工作者们普遍关注的问题.笔者介绍了氯离子环境下混凝土结构基于Fick第二定律寿命预测模型,并对模型中的相关参数进行修正,通过相关参数的改进,使该模型更能符合工程实际情况,从而能够更好的预测混凝土的服役寿命.另外,还介绍了钢筋混凝土结构使用寿命可靠度的概念及其理论计算方法,并从可靠性方面来讨论混凝土在氯离子环境下的服役寿命.     

氯氧镁涂层钢筋混凝土两重因素耦合作用下的耐久性模型

针对只考虑氯离子、硫酸根离子或碳化作用下混凝土寿命预测模型与实际服役条件不相符的问题,提出利用反映钢筋锈蚀的腐蚀电流密度和表征混凝土破坏的相对动弹性模量评价参数作为边缘分布函数参数,在Copula函数的基础上建立耦合因素作用下氯氧镁涂层钢筋混凝土(MOCRC)寿命预测模型。结果表明:Gumble-Copula函数可以很好地对两重耦合因素作用下的MOCRC耐久性进行预测,MOCRC在20 000 d左右发生破坏。两重耦合因素作用下Copula函数寿命预测模型的建立,为多重因素耦合作用下的寿命预测模型提供了新的研究方向。     

基于可靠度理论的海工混凝土结构寿命预测

对相关试验研究成果和工程调研数据进行统计分析,讨论了氯离子扩散的影响因素以及海工混凝土结构耐久性寿命的概率特性。结果表明,混凝土保护层厚度、临界氯离子浓度、初始氯离子浓度、表面氯离子浓度、氯离子扩散系数以及衰减指数均服从正态分布,海洋环境下混凝土结构的耐久性寿命服从Weibull分布。在此基础上,采用相应的失效准则,建立了基于可靠度理论的混凝土结构氯离子侵蚀耐久寿命预测模型,并对模型进行了工程验证,预测结果较好地反映了工程实际状况。     

东西部氯盐环境中混凝土的耐久性和服役寿命

目的 为了比较混凝土结构在东部海洋环境与西部盐湖环境中的耐久性，对重大海洋混凝土工程和重点盐湖混凝土工程的服役寿命进行设计．方法 采用现场考察和文献分析的方法．结果普通混凝土结构在青海盐湖地区使用2-3a会发生钢筋锈蚀开裂，在东南沿海地区的服役寿命可以达到7-10a．结论 重大海洋混凝土工程可以尝试按照100a服役寿命来设计．重点盐湖混凝土工程能够按照50a服役寿命设计．     

大跨公路隧道结构耐久性分析

对广州龙头山大跨公路隧道进行衬砌结构耐久性研究,根据隧道的环境特点及地下水质情况得出衬砌结构处于Ⅰ类环境,环境作用等级属Ⅰ-B,其主要的耐久性劣化机理是表层混凝土碳化引起的钢筋锈蚀．由于隧道跨度大,拱部拉应力区大,容易产生裂缝,裂缝的存在加剧了混凝土的劣化速度．在分析影响衬砌耐久性因素的基础上．研究了混凝土优化的配合比．通过大量试验提出了提高混凝土抗渗性与抗裂性作为提高混凝土结构耐久性的主要技术途径,可采用降低水胶比方法提高抗渗性,采用添加纤维方法提高抗裂性,并指出隧道施工过程的质量控制和运营期的维修养护对提高隧道结构耐久性的重要性．根据龙头山隧道现场条件,预测了衬砌结构的寿命,结果表明能满足100年的设计要求．     

南海岛礁普通混凝土结构耐久性的调查研究

为了探究热带海洋环境下混凝土结构的耐久性,通过对我国南海岛礁普通混凝土结构的现场调研与测试,研究了普通混凝土的破坏现状、碳化深度、自由氯离子含量(C_f)和总氯离子含量(C_t),并计算了氯离子结合能力(R)、表面自由氯离子含量(C_s)、表观氯离子扩散系数(D_a)和自由氯离子扩散系数(D_f)。结果表明:在南海岛礁工程中,普通混凝土结构的主要破坏特征为混凝土保护层胀裂、剥落、垮塌、露筋、钢筋锈蚀等;其碳化服役寿命不足25a;海风是加速氯离子扩散渗透的主要因素之一;普通混凝土在南海岛礁环境下的D_a值大于北欧、北美及我国东海等近海环境,大致高1~2个数量级。     

崇明长江隧道盾构管片衬砌结构的耐久性设计

为了研究盾构法隧道管片衬砌结构强度的历时老化和衰减及其服务寿命的预测问题,提出了对其进行耐久性设计的一种基本方法。主要讨论的内容有：钢筋混凝土管片结构的腐蚀机理;影响隧道混凝土结构耐久性的主要因素;管片接头螺栓和防水材料的耐久性;钢筋混凝土管片结构耐久性设计方法;隧道结构服务寿命预测,以及提高隧道管片衬砌耐久性的工程措施——综合防治。该研究成果已在崇明长江隧道工程中得到了初步应用。     

青岛胶州湾海底隧道涌水断层全断面帷幕注浆技术研究

青岛胶州湾海底隧道F4-4断层破碎带,受构造影响严重,围岩破碎,岩体强度低,出水量大,拱顶自稳能力差,在极端地质条件下存在突水的高风险,施工风险极大.基于这种情况,通过现场试验确定了全断面帷幕注浆技术参数,主隧道注浆加固区范围为隧道开挖轮廓线外5?m;上断面周边注浆扩散半径为1.5m,下断面注浆扩散半径为2?m;注浆终孔间距为3.5m;水灰比为1∶1的超细水泥;注浆压力为3～4MPa;施工工艺选用前进式注浆.最后采用全断面帷幕注浆技术方案和措施在青岛胶州湾海底隧道右线主洞穿越F4-4断层的设计和施工中得到了成功的应用.通过检查孔检验,注浆效果良好,达到了开挖要求.全断面帷幕注浆技术对类似工程具有一定的借鉴与指导意义.     

大跨公路隧道结构耐久性分析

对广州龙头山大跨公路隧道进行衬砌结构耐久性研究,根据隧道的环境特点及地下水质情况得出衬砌结构处于I类环境,环境作用等级属I-B,其主要的耐久性劣化机理是表层混凝土碳化引起的钢筋锈蚀.由于隧道跨度大,拱部拉应力区大,容易产生裂缝,裂缝的存在加剧了混凝土的劣化速度.在分析影响衬砌耐久性因素的基础上,研究了混凝土优化的配合比.通过大量试验提出了提高混凝土抗渗性与抗裂性作为提高混凝土结构耐久性的主要技术途径,可采用降低水胶比方法提高抗渗性,采用添加纤维方法提高抗裂性,并指出隧道施工过程的质量控制和运营期的维修养护对提高隧道结构耐久性的重要性.根据龙头山隧道现场条件,预测了衬砌结构的寿命,结果表明能满足100年的设计要求.     

Service life prediction of lining concrete of subsea tunnel under combined compressive load and carbonation

Qingdao Jiaozhou Bay subsea tunnel is the second self-built tunnel in China with the designed service life over 100 years. The durability of lining concrete are one of an important factors to determinate the service life of tunnel. Considering the main environmental loads and mechanical loads of subsea tunnel, the durability properties of lining concrete under combined action of compressive load and carbonation has been studied through the critical compressive load test, accelerated carbonation test, natural carbonation test and capillary suction test. The tests results show that critical compressive load apparently accelerates the carbonation and deteriorates the anti-permeability of concrete. Under the combined action of critical compressive load and carbonation, the durability of lining concrete decreases. Based on the carbonization life criteria and research results, for the high-performance concrete with proposed mix ratio, the predicted service life of lining concrete for Jiaozhou bay subsea tunnel is about 80 years which fails to reach the required service life. It is necessary to adopt other measurements simultaneously to improve the durability of lining concrete.     

修正的氯离子在混凝土中的扩散模型及其工程应用

通过参数定义对Fick定律的假定进行修正,推导氯离子在混凝土中扩散的多因素修正模型,综合考虑氯离子扩散系数的时随效应、混凝土的氯离子结合能力和混凝土自身缺陷对扩散过程的影响.经分析试算,给出模型中参数的取值.利用修正的扩散模型,推导定值法、基于概率性能和基于时变可靠度的混凝土结构工作寿命预测方法,并采用上述方法对一在建的实际工程进行寿命预测.结果表明,基于时变可靠度的预测方法不仅可以考虑氯离子扩散系数及混凝土保护层厚度的随机特性,而且可以方便地考虑环境变量的随机特性,通过调整目标可靠度得到的预测结果与定值法和基于概率性能的预测方法的结果相吻合.     

混凝土孔径尺寸对其使用寿命的影响

探索了混凝土孔径尺寸影响混凝土耐久性的作用规律,提出混凝土孔隙半径与使用寿命关系的数学模型和修正系数。指出影响混凝土使用寿命的有利孔与不利孔的种类和孔隙半径范围,同时指出在混凝土组成基本不变的情况下,最可几孔隙半径不同的普通混凝土最低使用寿命和最高使用寿命。     

全时域初值推进边界元法分析氯盐侵蚀下混凝土结构服役寿命

通常采用的分时段逐步推进边界元法在分析氯盐对混凝土的侵蚀问题时存在缺陷。为此,研究建立了全时域初值推进边界元法,据此计算了氯盐侵蚀环境中钢筋混凝土结构的服役寿命,分析了氯离子扩散维数对混凝土中氯离子浓度和服役寿命的影响。研究了分时段逐步推进边界元法计算氯离子扩散时产生问题的原因。算例结果表明：混凝土中氯离子扩散的维数将直接影响到混凝土结构的服役寿命,必须在设计中加以考虑。而且,全时域初值推进边界元法可以消除混凝土中氯离子扩散域内的积分项,避免域内离散,因此与分时段逐步推进边界元法相比,能够简化计算格式,提高迭代收敛过程的稳定性和计算结果的精度,减少计算耗时。     

海洋大气中氯离子在粉煤灰混凝土中的传输规律

为了实现海洋大气环境中粉煤灰混凝土耐久性使用寿命的预测,从氯离子在人工模拟海洋大气环境中粉煤灰混凝土中的传输试验出发,结合氯离子在非饱和多孔介质中的传输机理,研究海洋大气环境下混凝土内部微环境（微环境温度和相对湿度）及粉煤灰掺量对氯离子传输速率的影响程度,并与人工模拟海洋水下环境试验结果进行对比分析.研究结果表明：1) 在海洋大气环境与海洋水下环境下,氯离子在粉煤灰混凝土中的扩散模型形式上一致,粉煤灰的掺入对氯离子传输能力有一定的影响,但不会改变氯离子在混凝土中的传输机理.2) 当粉煤灰掺量一定时,微环境相对湿度越高（微环境温度一定）,海洋大气环境氯离子扩散系数越大;但微环境温度(微环境相对湿度一定)对海洋水下环境和海洋大气环境中氯离子迁移的影响程度不同.3) 粉煤灰掺量(微环境温度、相对湿度一定)对海洋水下环境和海洋大气环境氯离子扩散系数的影响规律不同.     

混凝土桥梁耐久性2020年度研究进展

近年来,混凝土桥梁的耐久性引起广泛关注,混凝土桥梁的耐久性直接影响到长期服役桥梁的安全性和使用寿命,是桥梁研究的热点之一。目前,混凝土桥梁耐久性的研究主要分为两个方面：一是从材料的损伤机理层面入手,研究桥梁构件材料的破坏方式和影响因素,分析混凝土桥梁材料的耐久性影响作用机理;二是从桥梁结构的整体出发,研究桥梁耐久性能的设计、评估以及桥梁的养护方案等,探究提高混凝土桥梁结构耐久性的措施。为全面掌握混凝土桥梁耐久性的研究动态,从混凝土桥梁的设计、桥梁混凝土材料的耐久性研究、混凝土桥梁的钢筋锈蚀研究、混凝土桥梁的耐久性提升技术、不同服役环境对桥梁耐久性的影响、长期服役性能评估及寿命预测等方面对2020年关于混凝土桥梁耐久性的论文进行梳理,探讨未来混凝土桥梁耐久性的研究重点和发展方向。     

Durability of lining concrete of subsea tunnel under combined action of freeze-thaw cycle and carbonation

Through the fast freeze-thaw cycle test,accelerated carbonation test,and natural carbonation test,the durability performance of lining concrete under combined action of freeze-thaw cycle and carbonation were studied.The experimental results indicate that freeze-thaw cycle apparently accelerates the process of concrete carbonation and carbonation deteriorates the freeze resistance of concrete.Under the combined action of freeze-thaw cycle and carbonation,the durability of lining concrete decreases.The carbonation depth of lining concrete at tunnel openings under freeze-thaw cycles and tunnel condition was predicted.For the high performance concrete with proposed mix ratio,the lining concrete tends to be unsafe because predicted carbonation depth exceeds the thickness of reinforced concrete protective coating.Adopting other measurements simultaneously to improve the durability of lining concrete at the tunnel openings is essential.     

基于相对信息熵的混凝土结构寿命预测方法

将相对信息熵引入多重环境时间相似理论（METS）,提出一种更可靠的沿海混凝土结构寿命预测方法.氯离子侵入模型基于Fick第二定律,考虑氯离子扩散系数和表面氯离子质量分数的时间变异性.通过Monte-Carlo数值模拟方法对新建沿海混凝土结构在具有给定目标可靠度情况下的使用寿命进行预测.以某跨海大桥为研究对象,选取处于相似环境的某码头为参照物.综合参照物现场检测信息和室内加速试验信息,得到室外暴露环境下研究对象耐久性劣化参数的估计值.在耐久性极限状态目标可靠度为2.3的条件下,研究对象使用寿命的预测值为122 a,满足设计使用寿命100 a的要求.     

地下工程结构混凝土的耐久性分析与研究

地下工程结构混凝土材料高性能化、高耐久性技术是当前地下工程和混凝土材料领域中的研究热点之一。主要分析了地下工程混凝土耐久性影响因素，提出了混凝土耐久性改善措施，介绍了地下工程结构混凝土使用寿命预测方法，并对地下工程高性能混凝土的使用寿命进行了实例分析。