双向电渗对钢筋混凝土修复效果的试验研究——保护层阻锈剂、氯离子和总碱度的变化规律

为提高氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土结构的无损修复效果,对受氯盐侵蚀的钢筋混凝土试件采用双向电渗技术,在排出氯离子的同时向混凝土保护层内引入阻锈剂.为考察该技术的修复效果,采用有机元素分析法和自动电位滴定法,结合电流密度、通电时间、水灰比、初始氯盐掺量4个影响因素,研究混凝土保护层内阻锈剂、氯离子分布的变化情况,并对保护层的总碱度进行测量;同时设置电化学除氯组作为对照.结果表明:双向电渗处理后试件保护层内氯离子含量降低,总碱度提高;通过对各参数的合理控制,阻锈剂迁移至钢筋表面的浓度足以起到较好的阻锈效果.双向电渗的效果随电流密度、通电时间、试件水灰比的增加而提高,而受初始氯盐掺量的影响较小.双向电渗在对混凝土氯离子迁出和总碱度提高的效果方面与电化学除氯有所差异.     

荷载与氯化物耦合作用下高性能混凝土中钢筋锈蚀试验

为研究高性能混凝土(HPC)在通电加速锈蚀环境下,氯离子侵蚀和荷载耦合作用对其中钢筋锈蚀影响的规律和机理,以粉煤灰单掺、粉煤灰与矿渣复掺、阻锈剂以及应力水平为变量因素,设计了12组HPC配合比并分别制作内置两根钢筋的小梁试件.采用PARSTAT 4000电化学工作站对混凝土内钢筋进行腐蚀速度测试,并通过观测腐蚀产物更直观掌握钢筋的锈蚀情况.试验结果表明,荷载明显地增加了试件中钢筋的锈蚀程度;掺入不同矿物掺和料和阻锈剂可以明显改善HPC中钢筋的锈蚀情况,降低钢筋的失重率,其保护层最大开裂宽度也得到明显控制.在试验基础上提出了具有高抗锈蚀性能的高性能混凝土配合比建议,为工程应用提供技术支持.     

氯盐环境下混凝土氯离子传输和钢筋锈蚀研究

通过对16组带裂缝100×100×400mm的短梁进行在氯盐溶液的干湿循环试验,以裂缝宽度、混凝土保护层厚度和钢筋直径为变量,研究不同裂缝宽度的钢筋混凝土裂缝周围和沿裂缝深度的氯离子含量,以及裂缝底端钢筋锈蚀长度,探讨氯离子传输规律;钢筋锈蚀长度的影响因素;并提出钢筋锈蚀长度预测模型。结果表明:氯离子在带裂缝混凝土中以二维扩散的方式扩散,氯离子在裂缝周围40～60mm区域的二维扩散效应表现得更加显著;混凝土深度为10mm范围内氯离子浓度随裂缝增大的趋势相对平缓,当深度10mm后,其趋势变大;裂缝宽度对钢筋锈蚀长度影响最大,当裂缝宽度w0.3mm时,钢筋锈蚀长度的预测值与试验值符合程度较好,钢筋锈蚀长度预测模型具有一定合理性。     

混凝土结构锈胀开裂预测的路径概率模型

针对氯盐环境下服役混凝土结构钢筋锈蚀、锈蚀程度不易检测及混凝土锈致开裂的现状,基于混凝土锈胀开裂过程的随机性,提出一种预测钢筋锈蚀、混凝土锈胀裂缝开展时变特性的概率模型,并编制了计算程序.该模型可以模拟混凝土中钢筋锈胀开裂发展进程的路径,有效评估氯盐侵蚀环境下混凝土结构中钢筋锈蚀状况和锈胀裂缝宽度不同时段的概率分布,同时能估计构件钢筋样本锈蚀百分比.通过对濒海环境下某混凝土桥下部结构的耐久性评估,验证了该模型的准确性.该模型实现了对服役混凝土结构耐久性能的有效预测,评估结果可为工程维修和加固提供理论依据.     

双向电渗对钢筋混凝土修复效果的试验研究——保护层阻锈剂、氯离子和总碱度的变化规律

为提高氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土结构的无损修复效果,对受氯盐侵蚀的钢筋混凝土试件采用双向电渗技术,在排出氯离子的同时向混凝土保护层内引入阻锈剂.为考察该技术的修复效果,采用有机元素分析法和自动电位滴定法,结合电流密度、通电时间、水灰比、初始氯盐掺量4个影响因素,研究混凝土保护层内阻锈剂、氯离子分布的变化情况,并对保护层的总碱度进行测量;同时设置电化学除氯组作为对照.结果表明:双向电渗处理后试件保护层内氯离子含量降低,总碱度提高;通过对各参数的合理控制,阻锈剂迁移至钢筋表面的浓度足以起到较好的阻锈效果.双向电渗的效果随电流密度、通电时间、试件水灰比的增加而提高,而受初始氯盐掺量的影响较小.双向电渗在对混凝土氯离子迁出和总碱度提高的效果方面与电化学除氯有所差异.在双向电渗后,Cl-质量摩尔浓度沿着保护层厚度方向由内向外成增高趋势;而电化学除氯后整个保护层内Cl-质量摩尔浓度分布相对均匀.对保护层碱度变化来说,两种处理方式效果接近.     

混凝土收缩裂缝几何特征及其对氯离子渗透的影响

为准确表达收缩裂缝的几何特征并分析其对混凝土中氯离子渗透规律的影响,通过对干缩开裂混凝土板进行取样,观测和统计分析了收缩裂缝的几何特征,并采用ASTM法研究了裂缝对混凝土中氯离子渗透的影响规律.结果表明:混凝土收缩裂缝存在显著的深宽比特征,其均值约为44.31,开裂角度均值约为2.6度;对比不同的裂缝宽度表征参量如最大宽度、最小宽度、平均宽度以及比表面积等与ASTM法6 h电通量关系后发现,最大宽度是表征裂缝对开裂混凝土渗透性影响的适宜参量;开裂混凝土中氯离子的渗透系数与裂缝最大宽度成正线性关系,并且当收缩裂缝宽度小于0.18 mm时,裂缝对渗透系数影响可以忽略.收缩裂缝的宽度变化会显著影响混凝土的抗渗性能,实际工程中应该根据混凝土保护层厚度来确定其容许的最大裂缝宽度.     

钢筋锈蚀及混凝土劣化耦合对梁构件力学性能的影响

设计人工模拟环境,研究酸雾、氯盐及硫酸盐混合盐雾侵蚀以及碳化耦合作用下钢筋混凝土梁破坏模式、锈胀裂缝宽度、受弯承载力、荷载-挠度曲线,重点研究钢筋锈蚀与混凝土劣化耦合作用的影响.结果表明:钢筋锈蚀率低于3.27%时,试验梁基本没有锈胀开裂,受弯破坏模式主要为受压区混凝土压碎,极限承载力随锈胀裂缝宽度增加快速减小;锈胀裂缝产生后,破坏形式逐渐转变为受拉钢筋屈服破坏,且承载力随钢筋锈蚀率大幅增加而缓慢减小.荷载-挠度曲线的峰值和斜率随劣化程度增加而减小.钢筋锈蚀导致混凝土开裂,混凝土劣化降低对钢筋的约束,两者耦合加速黏结性能退化,从而导致梁构件力学性能退化.理论分析了试验现象产生的原因,并对试验结果和理论计算结果进行了验证.     

基于热力耦合的钢筋混凝土锈胀开裂分析

为对锈蚀钢筋混凝土构件开裂问题进行分析,鉴于氯离子扩散控制方程与瞬态热传导控制方程的相似性,根据传统的Fick定律和已有的氯盐环境下钢筋非均匀锈胀模型以及热弹性力学理论,提出钢筋混凝土锈胀开裂模拟的热力耦合方法.对氯离子的扩散采用瞬态热传导方法进行分析模拟,提取各时间步钢筋单元表面的氯离子质量浓度即温度作为混凝土的温度荷载,引入钢筋锈胀的时变等效温度膨胀系数,采用升温膨胀对钢筋的锈胀以及由此引起的混凝土开裂过程进行有限元分析.数值算例表明,该方法可以有效地模拟和分析钢筋的非均匀锈胀和混凝土的裂缝扩展行为.     

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.     

民国建筑锈胀开裂时的临界锈蚀深度

为了研究江浙地区民国钢筋混凝土结构中钢筋锈胀开裂时的临界锈蚀深度,按照民国时期钢筋混凝土构件的构造要求,设计8组试验试件进行电化学加速锈蚀试验.分析钢筋锈胀开裂时的混凝土试件表面裂缝分布,对电化学加速锈蚀试验产生的钢筋锈蚀产物和民国钢筋混凝土建筑中钢筋自然锈蚀产物进行X射线衍射定量分析和比较,得出两种锈蚀产物的膨胀系数,求出自然状态下民国钢筋混凝土结构钢筋锈胀开裂时的临界锈蚀深度.结果表明:民国钢筋混凝土结构钢筋锈胀开裂的裂缝最先出现于钢筋在混凝土表面的投影线外边缘上,临界锈蚀深度与钢筋宽度的比值的均值为0.021.     

带裂缝混凝土进行硅烷浸渍防护的研究

对于海工混凝土结构或者是处于氯离子侵蚀条件下的混凝土结构,如果出现裂缝,则裂缝将成为侵蚀性离子进入混凝土的便捷通道,极易造成钢筋的锈蚀和混凝土破坏。试验选择在混凝土试件出现0.2 mm宽的裂缝后,对其进行硅烷溶液、乳液或者凝胶浸渍处理,然后再进行氯离子侵蚀试验。通过对试件氯离子二维含量的分析,验证了对带裂缝混凝土进行硅烷浸渍防护处理具有非常好的效果。     

Non-steady state chloride migration and binding in cracked self-compacting concrete

We adopted a notch method to study the influence of crack width (macro level) on chloride transport and binding of cracked concrete under a non-steady state migration test. The results show that migration coefficient of cracked concrete increases with increasing crack width up to a critical value (0.43 mm), for the whole concrete or the area close to crack; the increase of migration coefficient could be independent from crack parameter when a critical crack width is reached. For chloride binding, Langmuir isotherms of cracked concrete samples exhibit the similar decreasing trend as crack width increases from 0.27 to 1.96 mm. The increased current value could be responsible for the trend based on the hypothesis of electric force.     

A time-saving method to assess the efficiency of corrosion inhibitors by electro osmosis

The corrosion inhibitor is one of the most important technologies to enhance the durability of steel-reinforced concrete. A kind of time-saving method was developed to assess the inhibitor efficiency by using a 32 V electric field to accelerate chloride ion migration in concrete. Potentiodynamic polarization scanning test was used to evaluate the corrosion states. The comprehensive efficiency of an inhibitor should be assessed in two aspects: resistance to chloride ion permeability and inhibiting efficiency...     

裂缝对混凝土结构耐久性的影响

分析了裂缝对混凝土中钢筋腐蚀的影响,阐述了混凝土结构裂缝状态下的钢筋腐蚀机理。井提出了研究一般环境条件下钢筋腐蚀的基本思路。     

氯盐环境下桥梁混凝土结构的腐蚀行为及破坏机理

为了解决氯盐导致钢筋混凝土结构耐久性破坏的问题,通过测试处于氯盐侵蚀环境中混凝土内部Cl-含量、pH值及含碱量的分布规律,探讨了氯盐对混凝土结构的腐蚀行为和破坏机理;揭示了氯盐侵蚀下钢筋混凝土曲线桥梁过早劣化的机理,并对此类病害的防治及治理提出了合理建议。结果表明：干湿循环条件下,大量Cl-侵入混凝土内部并且到达钢筋表面,造成钢筋锈蚀、混凝土胀裂,且随Cl-含量增加,混凝土PH值下降,含碱量增大;在含有Cl-的区域,混凝土PH值均降低;氯盐入侵后,增大了混凝土碱骨料破坏的可能性,混凝土内部孔结构发生了明显粗化。     

非均匀锈蚀钢筋-混凝土黏结性能试验

为探究非均匀锈蚀对钢筋与混凝土黏结性能的劣化规律,浇筑了8榀钢筋混凝土梁试件,首先通过外加电流引入钢筋锈蚀;钢筋达到设计质量损失率后停止通电,记录混凝土表面锈胀裂缝开展情况;然后对梁试件施加三点弯曲荷载以测试其黏结性能;最后梁试件黏结破坏后,将黏结区锈蚀钢筋取出进行三维扫描测试。试验结果表明:钢筋锈蚀产物体积膨胀引起混凝土保护层产生沿纵向受拉钢筋轴线方向的锈胀裂缝,且混凝土表面最大锈胀裂缝宽度与钢筋质量损失率呈对数关系;锈蚀钢筋表面存在锈坑,随着钢筋质量损失率增加到10.3%,锈坑总长度、总宽度和总深度分别显著增加了68.27、40.21、9.98 mm,即锈坑总长度随钢筋质量损失率的增加变化最为显著。基于试验结果,建立了考虑非均匀锈蚀影响的钢筋与混凝土相对黏结强度退化模型以及质量损失率与混凝土表面最大锈胀裂缝宽度的相关关系模型;并据此提出了基于混凝土表面最大锈胀裂缝宽度的相对黏结强度计算模型,且验证了模型的有效性。     

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。     

锈蚀不锈钢筋与混凝土黏结性能退化

通过不同锈蚀率下不锈钢筋混凝土试件的中心拉拔试验,分析锈蚀率、锈胀裂缝宽度对不锈钢筋/混凝土黏结性能退化的影响规律,分别基于质量锈蚀率和表面裂缝宽度建立不锈钢筋与混凝土黏结强度的预测公式,并与普通钢筋混凝土黏结性能进行对比分析. 研究结果表明：类似普通钢筋混凝土黏结退化规律,锈蚀不锈钢筋黏结强度随锈蚀率增大呈先增后减趋势,但拐点锈蚀率较普通钢筋更大;不锈钢局部坑蚀具有较强的随机性,使得锈胀裂缝宽度与锈蚀率的关系较为离散,与基于锈蚀率的黏结退化模型相比,基于表面锈胀裂缝宽度的模型可以更好地预测不锈钢筋与混凝土黏结强度的退化规律,工程实用性更强;在相同锈蚀程度下,不锈钢筋黏结强度退化程度较普通钢筋小,现有的普通钢筋黏结退化模型可以用于不锈钢黏结强度的预测,具有一定的安全保证.