非连续干湿循环对混凝土表层氯离子迁移的影响规律

为探究滨海环境中干湿循环的不规律性对混凝土表层氯离子传输的影响，设计了连续、非连续干湿循环对比试验，研究了不同干湿循环下水灰比和干湿循环制度对混凝土表层氯离子含量分布规律及对流区氯离子含量变化规律的影响.结果表明：当自然风干时间/湿润时间(t_d/t_w)较大时，由于双向对流与扩散的传输现象，使得氯离子含量在对流区存在1个拐点；对流区深度基本随水灰比减小而减小；连续干湿循环下氯离子峰值含量随着t_d/t_w的减小而增大；相较于连续干湿循环而言，非连续干湿循环对表层氯离子含量随深度的变化规律和氯离子峰值含量的影响较大.     

干湿循环下混凝土氯离子传输模型研究

在混凝土结构耐久性设计中,水位变动区通常被认为是最为关键的区域。首先从干湿循环下氯离子传输机理出发,考虑环境温度影响以及干燥过程和湿润过程水分传输差异,推导出了干湿循环状态下氯离子传输模型。其次设计出模型的有限体积算法,编制Matlab程序进行求解,利用该程序分别对暴露在海洋环境潮汐区3年混凝土结构中氯离子浓度分布进行了模拟计算,并与文献中的试验数据进行了对比,结果表明:所提出的干湿循环状态下的氯离子传输模型可以较好地模拟出潮汐区混凝土中的氯离子传输,由于考虑了全年环境温度周期变化以及干燥过程和湿润过程水分传输的差异,研究模型得到的计算结果较忽略这两方面影响得到的结果与文献中的试验数据更加吻合。     

干湿交替下混凝土内部相对湿度变化规律

分别采用清水和硫酸盐溶液作为湿润溶液,对C30和C80这2个强度等级混凝土进行了干湿交替试验,测量了干湿交替下混凝土不同深度处的相对湿度随时间的发展规律.结果表明：在覆膜养护阶段,混凝土内部相对湿度的发展遵循两阶段发展模式,即首先经历一段湿度饱和期(湿度为100%),然后进入湿度下降期;混凝土内部相对湿度沿高度呈现明显的梯度;当混凝土进入干湿交替过程后,只有距混凝土表层一定深度范围内的相对湿度发生变化,大于此深度处的混凝土相对湿度基本保持不变,此深度即为干湿交替影响深度;不同强度等级混凝土在相同干湿交替条件下影响深度不同,混凝土水灰比越小,强度等级越高,影响深度越小;湿润过程采用硫酸盐溶液时,混凝土的干湿交替影响深度要比采用清水时大.     

不同干湿制度下氯离子在混凝土中的传输特性

设计了８种干湿循环侵蚀制度,定量分析了不同侵蚀制度同混凝土中氯离子传输深度、氯离子含量分布规律、表面氯离子含量、氯离子扩散系数、对流区及氯离子传输效率之间的关系.结果表明：干湿循环加速氯离子的传输仅限于一定范围;不同干湿制度下,表面氯离子含量随干湿比的增加而有所增加;干湿循环下混凝土中对流区的出现具有时间性;随着干湿循环周期的增加,对流峰值以幂函数增加,且干湿比越大越有利于氯离子峰值浓度的积累;干湿循环制度不同,但干湿循环1个周期的时间相同且干湿比为5∶1时,氯离子向混凝土内的传输效率最高.     

干湿交替环境下氯离子在承压混凝土内的传输特性

通过试验模拟海洋环境下氯离子对在役混凝土柱的侵蚀,探究了干湿交替环境下应力水平及试验周期对氯离子在混凝土中传输特性的影响规律.采用干湿时间比为2∶1的干湿循环制度,试验历时1a,研究了不同应力水平下混凝土内的氯离子含量分布特性.通过数据分析得到应力水平和试验周期对混凝土内氯离子传输进程、表面氯离子含量、对流区深度及峰值氯离子含量的影响规律;建立了同时考虑应力水平和试验周期影响的氯离子扩散系数预测公式;阐释了应力水平对干湿交替环境下混凝土中氯离子不同传输机制的影响机理.     

半浸泡混凝土中Na2SO4溶液传输过程

为模拟混凝土内部与盐溶液接触、外部与空气接触的半浸泡环境(如隧道衬砌混凝土所处环境),将混凝土一端与Na_2SO_4溶液接触,另一端暴露在空气中,通过改变环境相对湿度、水灰比和Na_2SO_4溶液质量分数,分析这3种因素对混凝土水分蒸发速率的影响,对混凝土内部的盐溶液传输机理是否符合灯芯效应传输原理进行验证;同时采用核磁共振(NMR)和X射线衍射(XRD)分析,从微观角度分析其中原因.结果表明:环境相对湿度越低、水灰比越大,混凝土水分蒸发速率越大;Na_2SO_4溶液质量分数越大,混凝土水分蒸发速率反而越低,说明当混凝土处于半浸泡环境下时,其中的Na_2SO_4溶液传输过程并不符合灯芯效应传输原理.NMR和XRD分析发现,在盐溶液传输过程中,混凝土孔隙内的盐溶液会发生化学反应,生成钙矾石和石膏等化学侵蚀产物,细化和堵塞孔隙,且环境相对湿度越大、盐溶液质量分数越大,化学反应程度越大,从而造成其中的水分蒸发速率降低越明显.     

对流与扩散耦合作用下氯离子传输机理研究

干湿循环作用下氯离子在混凝土中的传输过程实质上是非饱和状态下混凝土中水分渗流和氯离子传输的耦合作用.通过试验方案设计,先令氯离子在混凝土中一维扩散,进而在混凝土的氯盐暴露面的对立面进行吸水,使水在混凝土中朝着与氯离子扩散方向相反的方向传输,带动氯离子向相反方向迁移,进而得到氯离子分布曲线.通过与自由扩散下的氯离子分布曲线相对比,得出反向对流作用下氯离子在混凝土中的迁移规律.试验结果表明:由于对流作用,氯离子在混凝土试件浅层3mm区域有一定的累积效应,但未出现明显峰值,且随着吸水时间的延长,这种效应在降低;在混凝土浅层6mm区域内,对流作用对氯离子含量的影响高于自由扩散情况,但在混凝土内部较深区域,两者对氯离子含量的影响并无太大区别.     

干湿循环下损伤混凝土中氯离子传输模型

荷载损伤混凝土在海水干湿交替作用下,氯离子在混凝土中的扩散规律是研究混凝土结构耐久性的重要内容。基于海水干湿循环下氯离子传输机理,将水分和氯离子在混凝土中的迁移分别表示为水分扩散和氯离子对流-扩散两种形式,得出相应的扩散方程,然后考虑混凝土损伤微裂缝的影响,得出海水干湿循环下损伤混凝土的氯离子传输模型。利用所得到的氯离子传输模型,用有限元法模拟计算海水干湿交替作用下氯离子在损伤混凝土中的迁移过程,得到的氯离子的侵蚀深度和浓度与试验结果吻合较好。     

水泥砂浆水分传输影响因素研究

为分析水灰比和粉煤灰掺量对水泥砂浆的水分传输性能影响,文中通过湿润、干燥和干湿循环试验,测试并分析水泥砂浆的吸水系数、失水系数和水分含量的变化。结果表明较低水灰比或掺入适量的粉煤灰可以降低水泥砂浆的吸水系数、失水系数以及水分变化量,增强水泥砂浆对水渗透和流失的抵抗能力。研究结果可为水泥砂浆耐久性提供参考。     

水胶比和粗骨料体积分数对混凝土内部相对湿度及扩散系数的影响

为研究水胶比（质量比）和粗骨料体积分数对早龄期混凝土内部相对湿度和等效水分扩散系数的影响,测量了水胶比为062,043,030(分别标记为C3,C5和C8）的混凝土早龄期28d内部相对湿度的发展,进而求解了其水分扩散系数.结果表明：随着水胶比的增大,早龄期混凝土内部相对湿度饱和期的持续时间延长,自干燥引起的内部相对湿度下降减小,水分扩散引起的内部相对湿度下降增大,混凝土水分扩散系数也增大;自干燥单独作用下,C3,C5和C8混凝土密封试件28d内部相对湿度平均值分别为954%,933%和796%,而当自干燥和环境干燥共同作用时,其干燥试件对应值分别为700%,732%和730%;C3系列普通混凝土的水分扩散系数最大值Dmax约为C8系列高强混凝土的10倍.另外,早龄期混凝土中水分扩散过程主要由砂浆相控制,水分很可能绕开粗骨料进行扩散;单调增加石灰石粗骨料的体积分数(21%~500%)对同水胶比混凝土的早龄期内部相对湿度发展和水分扩散系数的影响可以忽略.     

土体含水率和吸力量测及其对边坡稳定性的影响

为研究暴雨诱发滑坡的机理 ,在香港进行了一次大型人工边坡试验。通过检查该边坡坡顶在 2 0 0 1年 6月至 2 0 0 1年 12月期间含水率和吸力与每天及每小时降雨变化曲线 ,及含水率和吸力随深度变化曲线 ,看到在雨季含水率和吸力变化或者“浸湿前锋”移动通常发生在边坡土体以上 3m以内 ,而且 ,在 2 0 0 1年的一次最大暴雨中在边坡土体 1～ 2m之内形成了瞬时地下水位。另外 ,还看到在2 0 0 1年旱季由于蒸发在边坡土体中形成了“干燥前锋”。通过对边坡开挖之前的自然边坡的稳定性分析 ,降雨入渗可以使边坡土体的安全系数急剧降低而蒸发则可以使边坡土体的安全系数缓慢升高。雨季含水率和吸力的浅层变化或者“浸湿前锋”的浅层移动可解释为何香港地区在暴雨期间极易发生浅层滑坡。而旱季由于蒸发形成的“干燥前锋”可说明吸力对非饱和土边坡抗剪强度的提高     

干湿循环作用下固化淤泥的抗剪强度变化规律

河、湖等的疏浚淤泥多采用固化方式进行处理。针对固化淤泥材料的干湿稳定性问题,系统开展了干湿循环作用下水泥固化疏浚淤泥的抗剪强度特性试验研究,揭示了固化淤泥在干湿循环作用下抗剪强度的变化机理,并对各影响因素进行了定量分析。结果表明:随着干湿循环次数的增加,固化淤泥的抗剪强度逐渐变化,且先快后慢,最后趋于稳定;干湿循环后,水泥掺量100kg/m~3固化淤泥试样的抗剪强度降低,而水泥掺量150、200kg/m~3试样干湿循环后的抗剪强度不降反增,说明干湿循环对固化淤泥的影响与水泥的掺量有关。较高的干燥温度促进了水泥水化,从而导致水化产物增加,固化淤泥的抗剪强度增大;同时,干湿循环过程中,微裂缝的发育导致固化淤泥的抗剪强度降低,干湿循环对固化淤泥抗剪强度的影响取决于二者的综合作用。     

环氧涂层对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

分别采用氯离子快速渗透和吸水率试验来评价环氧树脂涂层后混凝土在饱水状态下抗氯离子渗透性能和非饱水状态下由浸湿过程中毛细吸附所引起的氯离子传输能力,并与有机硅、聚合物水泥基防水涂料及其复合涂层效果比较.试验结果表明,环氧树脂涂层能显著提高浸泡情况下混凝土抗氯离子渗透能力,其效果优于有机硅和聚合物水泥基防水涂料,虽然其降低干湿循环条件下的毛细吸附能力比有机硅稍差,但却明显强于聚合物水泥基防水涂料.     

干湿循环条件下钢筋锈蚀的临界氯离子浓度

采用电化学交流阻抗谱研究了干湿循环条件下混凝土中钢筋锈蚀的临界氯离子浓度,深入探讨了混凝土中钢筋锈蚀临界点的判断方法,分析了干湿循环时间比对临界氯离子浓度的影响.结果表明:借助电化学交流阻抗谱法能较为准确地判断钢筋锈蚀临界点;临界氯离子浓度随干湿循环时间比的增加基本呈增大趋势;临界氯离子浓度与干燥结束时混凝土的饱和度之间存在线性关系,且随着干燥结束时混凝土饱和度的增大而降低.     

Obtaining progressive chloride profiles in cementitious materials

The ingress of chloride into concrete is controlled by its absorption and diffusion characteristics. The authors have carried out an investigation to monitor the rate of ingress of chlorides during a 48-week cyclic wetting and drying regime using a variety of cement blends, viz. pulverised fuel ash, ground granulated blast furnace slag, metakaolin and microsilica. Chloride profiles were obtained by analysing concrete dust samples extracted from different depths from the surface that was exposed to the chloride exposure regime. The resistivity of the concrete was determined by measuring conductance between pairs of electrodes, in order to assess if this could be used to determine the presence of chlorides. The water absorption (sorptivity) of the concrete was also measured in order to determine if any correlation existed with the chloride ingress. The chloride profiles depended on both the duration of exposure and the type of cementitious material. A linear relationship was established between the depths to a constant chloride concentration of 0.2% by weight of cementitious material and the square root of time, yielding a rate of chloride ingress coefficient. This coefficient was found to depend on the type of cementitious material. The lowest value was obtained for slag concrete and the highest value was found for the OPC concrete. This corresponded well with the results from the resistivity profiles which indicated slag cement was best at resisting chloride penetration and the OPC concrete the worst. The sorptivity decreased significantly after the testing regime, due to pore refinement caused by continued hydration and the binding of chloride ions, leading to a reduction in continuous porosity. No correlation was found between the sorptivity and the rate of chloride ingress, which indicates that the dominant mechanism responsible for the transport of the chloride ions was not absorption.     

干湿循环作用下砂岩溶蚀的孔隙度演化规律

针对干湿循环作用下岩石劣化机理的复杂性,以砂岩为研究对象,通过对砂岩浸泡溶液离子浓度的测试,定量反分析砂岩矿物的溶解,得到砂岩孔隙度的演化规律,分析干湿循环作用下砂岩的劣化机制。结果表明:浸泡溶液中Ca~(2+)的生成速率比K~+、Na~+、SiO_2高一个数量级,Fe~(2+)的生成速率最低。每阶段循环后,方解石的体积减少量最多,其次是钾长石和钠长石,黑云母和石英的体积减少量最小。干湿循环作用后,微小的孔隙度变化,会导致抗压强度的大幅度降低,各阶段孔隙度变化值与劣化度成正相关。干湿循环侵蚀后,砂岩各种矿物的溶解流失,使得自身胶结物量减少,孔隙度增大,产生各种空洞与微裂缝,最终反映为强度的降低,是为干湿循环导致砂岩劣化的重要原因。     

Suction variations and soil fabric of swelling compacted soils

This study addresses firstly the soil fabric variations of loose and dense compacted soil samples during a single wetting/drying cycle at suctions between 0 and 287.9 MPa using mainly the mercury intrusion porosimetry（MIP） tests.Two suction techniques were employed to apply this wide suction range：the osmotic technique for suctions less than 8.5 MPa,and the vapor equilibrium or salt solution technique for suctions higher than 8.5 MPa.Secondly,the soil water retention curves（SWRCs） were predicted by the MIP test results for both loose and dense soil samples.A reasonable correspondence between MIP results and SWRCs was found on the wetting path at lower suctions close to saturation and on drying path at higher suctions.     

再生骨料混凝土吸湿性能及对干燥收缩的影响

根据孔隙结构理论设计了测量材料润湿性能的装置,测试了再生骨料取代率,减水剂、膨胀剂、粉煤灰掺量对再生骨料混凝土吸湿量的影响曲线,并通过曲线拟合给出不同配合比再生骨料混凝土等温吸湿曲线函数关系式;提出可由初期吸湿曲线来计算材料与水接触角大小,并分析了其对再生骨料混凝土干缩性能的影响.研究表明:再生骨料、减水剂的添加可减小混凝土的接触角,增加混凝土的干缩值;粉煤灰的添加改善了混凝土孔隙结构,能降低与水润湿性,有利于抑制混凝土收缩;减水剂的添加减小了再生骨料混凝土的接触角;膨胀再生混凝土收缩机理不能单用材料润湿性和孔隙结构理论来解释.     

Effect of slaking on direct shear behaviour of crushed mudstones

This study investigates the effects of wetting and drying cycles, known as slaking, on the strength-displacement characteristics of crushed mudstone. A series of direct shear tests was conducted by simulating cyclic wetting and drying under different stress conditions using a modified direct shear apparatus. The effects of the stress ratio, the density of specimen, the initial water content before wetting, the slaking index, and the number of wetting and drying cycles on the test results was investigated. Experiments were also performed on less-slakable materials, including crushed sand stone, silica sand and glass beads, to compare the results with the crushed mudstone. Considerable creep displacement on the crushed mudstones was observed during both drying and wetting phases under the constant shear stress conditions. The creep displacement during the drying was more significant than during the wetting phase. The creep displacement accumulated with progressive wetting and drying cycles. The drying-induced displacement was observed when the water content became smaller than the amount of water absorption of the mudstone specimens. Correspondingly, a gradual decrease of the peak stress ratio was observed with the number of wetting and drying cycles. In contrast to the mudstones, the influence of cyclic wetting and drying on the crushed sand stone, silica sand and glass beads is almost negligible. A higher slaking index, a lower water content before wetting, and lower initial density accelerate the slaking of mudstones.     

水泥石的干燥收缩及其与水化程度的关系

通过梯次干燥的方式测定了水泥石在干燥过程中的重量损失和收缩变化,并结合TG-DSC综合热分析研究了水泥石水化程度与干缩的关系。结果表明,水泥石水化程度随龄期延长而逐渐提高。随着水化程度增大(由0.55到0.81),水泥石100%~84%湿度范围内收缩减小,在84%~54%收缩增大,在54%~7%湿度范围内的收缩和总收缩先增大,后有减小趋势。再润湿以后,水泥石的重量损失可以回复,但一部分干缩不可逆,大部分不可逆干缩发生在84%~54%和54%~7%湿度范围内。干燥过程改变了水泥石的孔结构,使水泥石毛细孔粗化,凝胶孔塌陷减少。