混凝土在海洋环境和除冰盐条件下的氯离子扩散行为

采用化学分析方法测定了普通混凝土（OPC）和高性能混凝土（HPC）在3种除冰盐条件和3种海洋区域暴露100d后的自由氯离子浓度分布．结果表明：氯盐暴露环境对混凝土的氯离子扩散行为具有显著的影响．在相同扩散深度时，混凝土内部自由氯离子浓度的大小顺序是除冰盐环境〉海洋环境．OPC〉HPC．混凝土表观氯离子扩散系数的规律是OPC〉HPC．进一步的研究指出．除冰盐环境比海洋环境更恶劣．HPC比OPC更适应恶劣的氯盐环境。     

基于深度学习的粉煤灰混凝土氯离子浓度预测

为研究深度学习方法在氯离子浓度预测中的应用，通过自然潮差环境下粉煤灰混凝土的长期暴露试验获取3 150组自由氯离子浓度数据，建立不同激活函数、不同隐藏层层数的多层感知器(multi-layer perceptron, MLP)模型，开展考虑水灰比、暴露时间、粉煤灰掺量、渗透深度4个输入参数影响的粉煤灰混凝土中的自由氯离子浓度预测研究.结果表明，采用ReLu函数及4层隐藏层构建MLP模型时，自由氯离子浓度的预测结果最优.同时，将构建的最优MLP模型开展基于未测参数的自由氯离子浓度预测，比基于菲克第二定律的预测结果更准确.因此，MLP模型具有精度高和适用范围广泛的特点，可作为氯盐环境下混凝土中自由氯离子浓度预测的新方法.     

感潮河段水工混凝土氯离子扩散性能的时变关系及试验

根据暴露在感潮河口环境下的2种水灰比RC梁的水工混凝土暴露试验,测定了不同深度处的自由氯离子浓度;推导了混凝土氯离子扩散性能与时间关系的一维模型,并依据一维时变扩散模型计算了水工混凝土的自由氯离子浓度.结果表明,一维模型公式可以较好地模拟该环境条件下水工混凝土氯离子的侵蚀,并可预测长期侵蚀时水工混凝土中的自由氯离子浓度.     

盐雾环境下氯离子在混凝土中的扩散

通过模拟滨海盐雾环境,采用不同配合比的混凝土试样,进行盐雾环境下的腐蚀试验,研究盐雾氯离子在混凝土中的扩散模型.研究发现,盐雾氯离子在混凝土中的扩散与Fick第二定律的解析解存在一定差距.实验引入环境系数概念,提出经修正的Fick第二定律,推导出修正后的解析解.实验结果显示,实测数据和修正的Fick第二定律符合很好.在实际滨海环境下,选取两处有代表性的钢筋混凝土结构,在典型部位抽取芯样,考察了实际盐雾氯离子对混凝土结构的作用,结合当地环境特征,通过拟合数据点,确定环境系数,验证了环境系数在实际混凝土结构中的应用及其评价意义.     

海洋大气区氯离子在混凝土中的沉积与传输行为研究综述

海洋大气区氯离子对钢筋混凝土的侵蚀行为可分为两个阶段,首先,氯离子在风力作用下附着在混凝土表面,其次,从混凝土表面向混凝土内部侵蚀。基于海洋大气区氯离子对混凝土侵蚀的全过程,对已有研究进行归纳总结,阐述了各影响因素对沉积过程的影响规律。其中,海水含盐量、风速、暴露时间与混凝土氯离子沉积量呈正相关关系,距海岸距离与混凝土氯离子沉积量呈负相关关系;论述了各影响因素对传输过程的影响规律,水灰比越大、暴露时间越长、温度越高、内外湿度梯度越大、碳化越严重越容易形成对流区。目前,针对海洋大气区氯离子在混凝土中沉积和传输行为开展研究多基于单因素,多因素耦合作用下的沉积和传输行为尚需进一步研究。     

粉煤灰对混凝土表面氯离子浓度的影响

用自然扩散法测定了混凝土中的自由氯离子浓度,计算了普通混凝土(Ordinary Portland concrete,OPC)和粉煤灰混凝土(Fly ash concrete,FAC)表面氯离子的浓度值,研究了暴露于海水前的养护龄期、暴露时间、粉煤灰(Fly ash,FA)掺量对混凝土表面氯离子浓度的影响.结果表明:在海水环境中,混凝土的表面氯离子浓度均随着暴露于海水前的养护龄期的延长而减小,随着暴露时间的延长而增加.FAC的表面氯离子浓度基本上随着FA掺量的增加不断减小.因此,对于实际海洋环境下的混凝土结构,在保证结构强度的前提下应尽量增加FA的掺量,同时延长潮湿养护的时间,有利于提高结构的服役寿命.     

自密实再生混凝土氯离子渗透性能时变规律

为了研究暴露时间对自密实再生骨料混凝土(RA-SCC)抗氯离子渗透性能的影响,并比较其与天然骨料混凝土(NA-C)和自密实天然骨料混凝土(NA-SCC)的抗氯离子渗透性能的差异,将三种混凝土在NaCl溶液中进行浸泡并测定其自由氯离子扩散系数和表面氯离子浓度.结果表明:三种混凝土的氯离子扩散系数随暴露时间的衰减规律符合幂函数变化规律,当混凝土强度等级提高时,RA-SCC表面氯离子扩散系数的时间依赖指数增大,这点与NA-SCC相同而与NA-C相反;三种混凝土的表面氯离子浓度随暴露时间增长规律同样遵循幂函数变化规律,当暴露时间超过60 d时,混凝土表面的氯离子浓度增长不再显著.     

环境温度对混凝土管桩氯离子扩散性能的影响

基于Fick第二扩散定律,建立混凝土管桩中考虑环境温度和氯离子结合能力的氯离子扩散模型。针对环境温度对混凝土管桩中氯离子扩散性能的影响开展试验研究,将不同水灰比（0.30、0.45和0.55）混凝土管桩置于不同温度（21、30、50℃）的5%氯化钠盐雾中,开展为期32 d的浸泡试验。依据试验结果和氯离子扩散模型,得到不同温度条件下、不同水灰比混凝土管桩中的自由氯离子浓度分布、表面氯离子浓度、氯离子表观和有效扩散系数、活化能和氯离子结合能力值。试验结果表明：随着环境温度的升高,自由氯离子浓度、表面氯离子浓度、氯离子表观和有效扩散系数增大。随着环境温度从21℃升高到30℃,氯离子结合能力显著增加,但随着环境温度从30℃升高到50℃,氯离子结合能力却略有减小。由于表观氯离子扩散系数的对数与环境绝对温度的倒数呈线性变化规律,因此,可推断氯离子在混凝土管桩中的扩散符合Arrhenius理论。     

氯盐侵蚀环境下裂缝对混凝土内氯离子含量的影响分析

为探究氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土构件的裂缝宽度与混凝土内氯离子含量的关系,利用混凝土氯盐干湿循环试验,采用NCL-AL型氯离子含量快速测定仪检测氯离子在混凝土中的侵蚀深度与含量.结果表明:裂缝加速了氯离子在混凝土内的传输,并为氯离子的二维扩散提供了条件;氯离子在裂缝周围区域扩散的影响深度为30~50mm;裂缝区域氯离子的浓度在35mm深度之后基本趋于稳定,在稳定阶段随着裂缝宽度的增大,氯离子的浓度逐渐增加;裂缝对混凝土内等效表观氯离子扩散系数的影响十分显著,氯离子扩散系数随裂缝宽度呈三次函数增加.     

寒区桥梁用自密实混凝土耐久性研究

通过氯离子迁移渗透试验和冻融损伤后氯离子扩散深度试验,研究自密实混凝土抗氯离子扩散的性能和冻融损伤对氯离子扩散能力的影响。结果表明,自密实混凝土较普通混凝土具有良好的抗氯离子扩散和冻融损伤能力,可提高抵御氯盐侵蚀能力,防止钢筋锈蚀,增强混凝土耐久性。     

Chloride binding isotherm from migration and diffusion tests

Chloride binding is often described by chloride binding isotherm, which is closely related to the service life of concrete structures in chloride environments. Many methods have been proposed to determine chloride binding isotherm. Compared to other methods, chloride binding isotherms obtained directly from nonsteady-state diffusion tests seem closer to the reality. We studied the chloride binding isotherm from both nonsteady-state electrical-accelerated migration and diffusion tests at different temperatures. Twelve concrete mixes with different supplementary cementing materials and water-to-binder ratios of 0.35, 0.48 and 0.6 were cast for study. The specimens after diffusion (or migration) tests were sliced layer by layer, and acid-soluble and free chloride contents of each layer were measured. A chloride binding isotherm was obtained from one specimen. Experimental results indicated that electrical voltage had a slight effect on the chloride binding isotherm of concrete. Temperature had a positive effect on chloride binding. The higher the water-to-binder ratio was, the higher the chloride binding was.     

预估混凝土氯离子分布的新方法

氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀是沿海地区钢筋混凝土结构失效的一个主要原因.目前在应用Fick定律进行氯离子扩散分析时,一般不考虑混凝土对氯离子的固化作用以及扩散系数在服役期间的变化.本文基于Fick第一、第二扩散定律,提出了一种简单而可靠的推算氯离子质量分数的方法.该方法考虑了混凝土对氯离子的线性固化,以及扩散系数在服役期间的变化.根据一个自然环境中对混凝土试件现场氯离子质量分数试验的数值分析发现,混凝土中的氯离子质量分数随服役时间的增加而增加,随扩散深度的增加而减少.氯离子扩散系数是一个随时间、扩散深度和氯离子质量分数变化的变量.     

海洋环境混凝土中氯离子浓度预测的多系数扩散方程

综合考虑了影响氯离子扩散系数的时间效应、混凝土的氯离子结合能力、温度、劣化效应、应力与开裂状态、环境条件等因素,对基于Fick第二定律的扩散方程进行修正,得到了预测混凝土中氯离子浓度分布的多系数扩散方程,给出了解析解.通过浸泡试验和暴露试验对预测模型进行验证,发现预测值与实测值吻合较好,证明了预测方程的有效性.     

劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区的氯离子传输

研究了不同尺度劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区环境作用下的氯离子浓度分布、氯离子传输以及钢筋锈蚀规律.试验结果表明:劈裂裂缝在制备过程中存在裂缝回复,裂缝宽度应以卸载后位移传感器获得的裂纹宽度值为准.裂缝混凝土氯离子浓度随深度增加而下降,然后在10 mm深度以下形成稳定段.裂缝区域稳定段氯离子浓度随裂缝宽度增加而呈指数函数增加,裂缝周边区域稳定段氯离子浓度则随裂缝宽度增加而线性增加;但与裂缝区域氯离子增加幅度相比,其增加幅度不明显.裂缝宽度大于0.05 mm,30d海洋暴露后混凝土裂缝面氯离子渗透深度近50 mm,沿垂直裂缝面向内平均渗透20 mm左右,钢筋表面锈蚀率快速增加.裂缝混凝土氯离子扩散系数与混凝土抗氯离子扩散能力、裂缝密度(包括裂缝的基体宽度/裂缝宽度)、裂缝对氯离子结合性能密切相关.当裂缝密度小于70时,裂缝混凝土氯离子扩散系数线性增加;距裂缝位置越近,混凝土氯离子扩散系数增加越大;裂缝越宽,其对混凝土影响范围越大.     

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.     

混凝土氯离子综合机制扩散模型及敏感性研究

为了更深入了解氯离子侵蚀造成钢筋混凝土结构使用寿命缩短的原因,研究了各种因素对氯离子扩散的影响,基于Fick第二定律,推导出考虑综合影响机制的氯离子扩散理论迁移模型,确定了温度、时间以及结构劣化效应和混凝土结合作用与氯离子扩散系数的关系,并对各影响机制的内在相关性和重要性进行了敏感性分析,同时对迁移模型进行了实验和工程验证．     

The transport properties of concrete under the simultaneous coupling of fatigue load and environment factors

A set of coupling experimental instrument was designed to study the transport properties of chloride ion in concrete under simultaneous coupling action of fatigue load and environmental factors. Firstly the water-saturated performance of modern concrete was investigated, then diffusion performance of chloride ion under different stress levels and different temperature were studied respectively; meanwhile, the time-dependent behavior of the chloride ion diffusion in concrete was also researched. The results showed that the saturation degree of concrete can reach as high as 99%. Besides, diffusion coefficient of chloride ion increased with increasing of the stress level and temperature, and when the stress level and temperature are at 0.6 and 60 ℃ respectively, the diffusion coefficient is 6.3×10-14 m2/s, moreover the diffusion coefficient of chloride ion in concrete decreased with time under the simultaneous coupling action of fatigue load and environment factors.     

混凝土中氯离子扩散数值研究

针对混凝土氯离子扩散系数以及表面氯离子浓度受时间效应的影响,采用COMSLOL有限元软件对氯离子扩散过程进行数值模拟,将预测结果与实测试验结果相比较,验证该方法是一种有效的氯离子扩散分析方法.考虑实际环境中氯离子扩散受时间因素及不同氯侵蚀环境因素影响,分别对不同水灰比及不同龄期下的混凝土氯离子扩散进行模拟,为分析近海和除冰盐环境下结构混凝土中氯离子浓度分布提出了一种新的预测方法.