冻融循环下混凝土中氯离子传输研究进展

钢筋混凝土结构遭受氯盐侵蚀和冻融循环的共同作用时,其耐久性能会迅速降低。本文针对冻融循环下混凝土中氯离子传输过程,从混凝土物理性能、氯离子传输性能和保护措施3个方面总结相关研究成果。冻融循环过程中混凝土损伤分为两个阶段,两阶段损伤理论可以较好描述冻融损伤初始和扩散阶段。结合实验可量化氯盐侵蚀和冻融循环双重作用下混凝土的损伤程度,冻融损伤和氯离子扩散系数之间的关系能够有效描述冻融循环对氯离子传输的加速效应,以此为基础可探究各影响因素对冻融循环下混凝土中氯离子传输性能的影响。但是目前的研究结果、规律多为实验室条件下获得,对于定量评估实际混凝土结构的寿命仍有局限性。最后介绍了3种常见的防护方法,分别是表面处理、电化学修复/防护技术以及添加掺合料,并对未来该领域的发展方向从实验、理论和模型三方面进行展望。     

冻融循环下混凝土中氯离子传输研究进展EI北大核心CSCD

钢筋混凝土结构遭受氯盐侵蚀和冻融循环的共同作用时,其耐久性能会迅速降低。本文针对冻融循环下混凝土中氯离子传输过程,从混凝土物理性能、氯离子传输性能和保护措施3个方面总结相关研究成果。冻融循环过程中混凝土损伤分为两个阶段,两阶段损伤理论可以较好描述冻融损伤初始和扩散阶段。结合实验可量化氯盐侵蚀和冻融循环双重作用下混凝土的损伤程度,冻融损伤和氯离子扩散系数之间的关系能够有效描述冻融循环对氯离子传输的加速效应,以此为基础可探究各影响因素对冻融循环下混凝土中氯离子传输性能的影响。但是目前的研究结果、规律多为实验室条件下获得,对于定量评估实际混凝土结构的寿命仍有局限性。最后介绍了3种常见的防护方法,分别是表面处理、电化学修复/防护技术以及添加掺合料,并对未来该领域的发展方向从实验、理论和模型三方面进行展望。     

混凝土内部湿度场对氯离子传输影响研究

对混凝土试件在不同湿度条件下养护,使其内部湿度场达到恒定状态（分别为相对湿度的31%、55%、65%、100%）。通过对不同湿度混凝土试件进行毛细吸盐试验、氯离子自由扩散试验,绘制氯离子浓度随深度变化曲线,研究氯离子在不同内部湿度场下的传输机理。结果表明,混凝土内部湿度较小时,氯离子传输以毛细吸收作用为主,且腐蚀情况最为严重。当混凝土内部相对湿度较大时,氯离子主要以自由扩散为主。     

再生骨料混凝土抗氯离子侵蚀的多相数值研究

为定量分析再生骨料混凝土各组成相对其抗氯离子侵蚀性能的影响,研究建立可实现任意体积分数再生粗骨料随机分布的再生混凝土五相细微观数值模型,包括新砂浆、新界面过渡区、旧砂浆、旧界面过渡区和核心区原始天然骨料.根据各相氯离子扩散性能和几何性质的不同,探究再生粗骨料体积分数、旧砂浆附着率及新、旧界面过渡区厚度等关键几何参数对再生混凝土抗氯离子侵蚀性能及离子时空分布的影响.结果 表明:作为再生骨料混凝土的重要组成部分,附着旧砂浆和核心区天然骨料的性质与含量对其抗氯离子侵蚀性能起着相互博弈的效应,导致再生骨料混凝土有效氯离子扩散系数随着骨料体积分数的增大而产生明显波动,尤其是当旧砂浆附着率较小时,此现象尤为明显;当骨料体积分数一定时,再生骨料混凝土氯离子扩散性能随着旧砂浆附着率的增大而增强,且增幅随着骨料体积分数的增大而增大;再生骨料混凝土抗氯离子侵蚀性能与新、旧界面过渡区的厚度呈负相关关系.     

冻融循环后钢纤维混凝土氯离子侵蚀性能研究

为探索经受冻融循环后的钢纤维混凝土在氯盐环境作用下的耐久性能,通过对冻融循环不同次数后的钢纤维混凝土试件开展氯离子侵蚀试验,分析了钢纤维掺量、冻融循环次数等因素对氯盐侵蚀环境下钢纤维混凝土耐久性的影响规律并探索了冻融损伤对钢纤维混凝土氯离子侵蚀性能的影响机理.研究结果表明:钢纤维掺量在0～1.5％范围内,钢纤维掺量越大,相同渗透深度处混凝土氯离子扩散系数越小,混凝土抵抗氯离子侵蚀的性能越好;冻融循环次数越大,钢纤维混凝土氯离子扩散系数越大,混凝土抵抗氯离子侵蚀的性能越差.     

荷载作用下引气混凝土氯离子传输规律研究

研究了承受0～50%弯曲荷载的引气混凝土在腐蚀溶液浸泡下的氯离子浓度分布、传输规律。试验结果表明:混凝土表层氯离子含量随着荷载等级的增加而逐渐升高,但是升高的幅度逐渐降低;混凝土不同受力区域的氯离子含量关系为受拉区>受压区≈非受力区;硫酸根离子延缓了混凝土中氯离子传输,但这种抑制作用随弯曲荷载应力比增加而减弱。     

基于氯离子扩散的钢筋混凝土结构寿命评估

氯离子对混凝土结构耐久性的影响显著,基于Fick第二定律中氯离子扩散方程与混凝土中热传导守衡方程的相似性,提出可运用ANSYS热分析模块预测混凝土中氯离子浓度的二维分布,由此借助ANSYS概率分析模块考虑保护层厚度、表面氯离子浓度等因素的随机性,建立基于概率的混凝土结构工作寿命的数值模型,分析相应失效概率的寿命期望值,进行结构耐久性寿命预测.运用该模型分析了各影响因素的统计参数对耐久性寿命的影响,表明保护层厚度、氯离子扩散系数时间衰减指数是影响混凝土结构耐久性寿命的最重要因素.     

干湿交替对混凝土中氯离子分布影响的多相耦合数值分析

钢筋混凝土结构的耐久性会因为氯盐侵蚀而受到严重影响.为研究环境湿度对混凝土中氯离子分布的影响,建立了多相耦合的氯离子侵蚀模型,利用数值模拟方法探讨了氯离子侵蚀过程随环境湿度变化的规律.结果表明,环境湿度的改变不仅使混凝土中含水率产生变化,而且对混凝土中氯离子的分布产生显著影响,尤其是会引起孔隙中盐分结晶,这是混凝土性能...     

荷载作用下混凝土氯离子渗透性研究进展

氯离子侵蚀是影响钢筋混凝土耐久性的重要因素,而荷载水平对混凝土结构的裂缝扩展及孔结构有着显著的影响,进而影响混凝土结构的氯离子渗透性。本文综述了近年来在压缩、弯曲和拉伸荷载对混凝土氯离子渗透性的影响方面的研究进展,对存在的相关问题进行了讨论,并对需进一步研究的问题提出了相应的建议。     

冻融循环条件下混凝土中的水分迁移

分析了混凝土冻融循环劣化新的原因和机理。冻融循环过程中,混凝土孔隙中的水有些冻结而另一些没有冻结。由于渗透压以及冰和水之间化学能差的作用,每次冻融循环未冻结孔中的水分向冻结孔隙迁移。这种迁移是从小孔向大孔的单向流动,原因在于大孔具有较高的冰点,在冻融循环降温阶段先于小孔中的水冻结,而在升温阶段迟于小孔融解。接近表面的孔隙在融解阶段可从外部吸水,原因在于冰融解后体积减小,在孔隙中形成负压。经过一定次数的冻融循环以后,部分孔隙尤其是靠近表面的大孔高度饱和,在后续的冻融循环中孔隙中的压力很大。孔隙中的压力所导致的周围孔壁中的拉应力可能引起基体开裂。接近表面的孔由于很容易从外部吸水饱和,表面层开裂严重,从而导致表面剥落。内部大孔也可能饱和而引起内部开裂,导致相对动弹性模量下降。     

硫酸盐环境下氯离子在预应力混凝土中的传输

合理确定氯离子扩散系数,对研究预应力混凝土在沿海及西部盐碱地区环境下的耐久性具有重要意义.基于相似理论,综合考虑毛细孔隙率、硫酸根抗压抗蚀系数、氯离子结合能力、时间依赖性常数等影响,提出氯离子在预应力混凝土受硫酸盐侵蚀下的扩散模型,并对各影响因素进行了分析.通过试验值与模型计算值的对比,发现试验值与模拟值吻合良好.研究结果表明:孔隙率、应力水平影响系数及时间依赖性常数对氯离子在预应力混凝土中的扩散性能影响较大,其次是硫酸盐抗压抗蚀系数,最后是硫酸盐影响下的氯离子结合能力.研究发现:孔隙率的减小能有效地提高预应力混凝土抗氯离子侵蚀能力.     

非饱和混凝土氯离子传输模型及特性分析

根据氯离子在混凝土中的传输机制,考虑干湿交替过程中水分传输的差异,推导得出氯离子在非饱和混凝土中传输的对流-扩散控制方程。试验结果与模型计算结果吻合良好。计算结果表明：自由氯离子浓度随着干湿循环次数的增加而增加,对流区深度、表面氯离子浓度和峰值氯离子浓度随着干湿循环次数的增加而增加并逐渐趋于稳定,根据计算结果回归得出各指标随干湿循环次数的变化方程。     

海洋环境下矿渣混凝土的表面氯离子浓度规律

依据自然扩散法的原理,采用人工模拟海水为浸泡介质,研究了矿渣混凝土(Slag concrete,SGC)在海水环境中的氯离子扩散行为,探讨了养护龄期、暴露时间、矿渣(Slag,SG)掺量对混凝土表面氯离子浓度(Cs)的影响规律.结果表明,在海洋环境中,不论是普通混凝土(Ordinary Portland cement concrete,OPC)还是SGC,其Cs均随着养护龄期的延长而呈对数函数的下降规律,且随着暴露时间的延长而呈幂函数的增长规律,并逐渐趋于稳定.对于暴露时间为180 d的SGC,其Cs随着SG掺量的增加呈现先减后增的趋势,Cs最小的SG掺量为30％.因此,对于实际海洋环境下的混凝土结构,为了保证结构强度并考虑氯离子扩散系数的影响,应尽量延长养护的时间至365 d,同时使SG的掺量不低于30％,这样,有利于提高混凝土结构的服役寿命.     

干湿循环作用下氯离子在聚丙烯纤维混凝土中传输性能研究

为探究干湿循环作用下聚丙烯纤维混凝土中氯离子的传输规律,设计了四种掺量的聚丙烯纤维混凝土,对其在不同干湿循环周期下的自由氯离子含量和总氯离子含量进行测量,分析聚丙烯纤维掺入对混凝土氯离子结合性能及氯离子扩散系数的影响。结果表明:0.15%(体积分数,下同)聚丙烯纤维的掺入可以增加混凝土密实度,降低自由氯离子含量;而大量纤维的掺入(＜0.45%)导致混凝土内部自由氯离子含量增加,增大了混凝土的氯离子结合能力。聚丙烯纤维掺量0%~0.45%范围内,氯离子结合能力与纤维掺量存在二次函数关系。聚丙烯纤维的掺入降低了干湿循环后期氯离子扩散系数,增大了时间依赖系数m,有利于提高混凝土抗氯离子侵蚀能力。     

海洋盐雾环境下混凝土中氯离子传输研究进展

氯离子传输是影响海洋工程钢筋混凝土服役寿命的关键因素。海洋大气中的氯离子可导致钢筋严重锈蚀,使混凝土结构的承载力降低和耐久性退化,严重威胁海洋工程钢筋混凝土结构的服役安全。但盐雾环境下的氯离子在混凝土中的传输机制极为复杂,呈多因素特征,需精确的盐雾试验来研究,并需要针对性更强的模型来描述其传输行为。鉴于此,本文对国内外盐雾环境下混凝土中氯离子传输的研究现状进行了系统综述,总结了海洋盐雾环境下探究混凝土中氯离子侵蚀的试验方法,讨论了影响氯离子传输的因素,归纳了氯离子传输模型,为海洋大气环境下钢筋混凝土结构的工程实践及科学研究提供借鉴和参考。     

基于房室模型的氯离子在混凝土中的分布规律

为研究干湿循环作用下氯离子在混凝土中的分布规律,本文引入医用生物数学中的房室模型。该模型能动态地计算不同时间氯离子分别在混凝土对流区和扩散区的浓度。结合实际试验40 d、80 d、120 d和160 d的数据,用最小二乘法计算出该模型中相关系数的最小二乘解,进而可以得到该模型的解。模型解的形式并不复杂,便于在实际工程中推广应用。本文提供的模型为沿海工程海水干湿交替区域氯离子监测和耐久性设计提供参考。     

非饱和混凝土氯离子传输模型及参数分析

实体工程中大多数混凝土结构由于干湿交替作用处于非饱和状态,研究非饱和混凝土中的氯盐侵蚀对混凝土耐久性具有重要的意义.根据氯离子在混凝土中的传输机制,考虑干湿交替过程中水分传输的差异,推导得出氯离子在非饱和混凝土中传输的对流-扩散控制方程.采用精度高的Crank-Nicolson格式对水分扩散方程、氯离子对流-扩散方程进行差分,并用MATLAB软件编程进行数值求解.试验结果与模型计算结果吻合良好,通过参数敏感性分析结果可知,氯离子浓度随着混凝土表层孔隙饱和度和干湿比的增加而减小,当混凝土初始饱和度为0.3时氯离子浓度最高.     

海边暴露环境下混凝土抗氯离子渗透性试验研究

对不同配合比的混凝土试件,在海边大气区、潮汐区、水下区进行暴露试验,同时测定氯离子含量随深度变化曲线。试验结果表明,实际海边暴露环境下混凝土的损伤程度大小为潮汐区〉水下区〉大气区,试件内氯离子含量随着暴露龄期的增加而增加,随时间水胶比的增加而减小。对于水胶比相同的混凝土试件,掺入粉煤灰等矿物掺合料可以有效提高混凝土抵抗氯离子侵入的性能。     

氯盐环境条件下混凝土氯离子侵蚀模型进展

通过对钢筋混凝土氯离子腐蚀机理的分析,综合讨论氯离子环境条件下影响混凝土氯离子侵蚀的各种机理.总结国内外混凝土氯离子侵蚀模型的最新进展,并分析评价了考虑多种机理的氯离子侵蚀模型的特点和使用条件,为氯盐环境条件下混凝土的耐久性评估提供参考.     

海洋环境下珊瑚混凝土的表面氯离子浓度规律

采用自然扩散法研究了珊瑚混凝土在模拟海水环境中的氯离子扩散行为,探讨了养护龄期、暴露时间、强度等级和环境差异性对珊瑚混凝土表面氯离子浓度的影响。结果表明：在海洋环境中,珊瑚混凝土的表面氯离子浓度随着暴露时间的延长而呈乘幂的增长,随着养护龄期的延长而下降,随着混凝土强度等级的增加而下降;海水环境下,C50珊瑚混凝土的表面氯离子浓度比相同条件下的C50普通混凝土高出约3．5倍,且增长速率远远高于普通混凝土;在相同的养护龄期与暴露时间,我国南海实际岛礁环境中立方体试件的表面氯离子浓度比实验室数据要高出60％～90％,实际工程中珊瑚混凝土结构的表面氯离子浓度数值比较稳定,比实验室数据高出1．2～1．6倍。因此实际海洋环境下的珊瑚混凝土结构,为了保证结构强度并考虑氯离子扩散的影响,应尽量延长养护时间,有利于提高珊瑚混凝土的服役寿命。