复杂环境下钢筋混凝土结构寿命预测研究进展

基于不同理论的混凝土寿命预测方法对有效确定混凝土预期寿命，为提升混凝土结构全寿命周期可靠性提供了依据，尤其对不同腐蚀环境下混凝土工程的安全使用具有重大意义。盐渍土环境及单盐、复盐、多盐作用下的混凝土腐蚀研究是当前混凝土耐久性研究领域的热点。讨论了基于碳化理论、损伤理论、Fick定律及Weibull概率分布4种寿命期预测理论。以盐渍土环境为研究对象，归纳并总结国内外研究学者在单因素、多因素耦合作用下混凝土寿命期预测模型。依据影响重要性参数的选择、试验模拟环境设计、室外（野外）长期观测试验数据应用等因素提出建立寿命预测理论的未来展望，为腐蚀环境中混凝土寿命期预测技术的纵深研究提供有效的技术支持。     

干湿循环作用下混凝土硫酸盐、硫酸盐-氯盐腐蚀试验研究

通过实验室加速循环试验,对比了单一硫酸盐、硫酸盐-氯盐耦合腐蚀环境下混凝土的抗压强度、抗压强度耐蚀系数、质量变化率随腐蚀龄期的变化规律,分别利用超声波损伤技术和扫描电子显微镜对混凝土进行超声波测试和形貌观察,分析了不同腐蚀环境下混凝土的腐蚀特征。结果表明:试验室加速腐蚀制度下,单一硫酸盐和硫酸盐-氯盐耦合2种不同侵蚀环境中混凝土的力学性能与质量变化差异明显。单一硫酸盐环境下,腐蚀初期,硫酸盐腐蚀产物填充于混凝土内部空隙,密实了混凝土结构;而随着腐蚀龄期的延长,大量生成的膨胀型腐蚀产物填满混凝土孔隙和界面区,导致混凝土膨胀并造成大量裂纹的产生。硫酸盐-氯盐耦合环境下,氯盐的存在减小了硫酸盐引起的膨胀腐蚀。     

基于NMR技术的自然腐蚀环境下混凝土强度劣化分析

为探究自然盐冻腐蚀环境下混凝土强度的劣化机理,通过抗压强度、微观孔结构（基于NMR技术）等试验,研究了不同水胶比的混凝土试件（A0>A1>A2>A3）标准养护28 d和自然盐冻腐蚀5年的抗压强度和微观孔结构时变规律,并分析了孔结构与抗压强度的关系。结果表明：与标养试件相比,自然腐蚀试件A0～A2的抗压强度较低,A3的抗压强度略有提高;试件的抗压强度损失率与水胶比基本呈正相关;经历自然腐蚀试件内部孔隙率均显著增加,A0～A2中小孔向大孔过渡明显,多害孔体积比均显著增加,试件的孔隙率与抗压强度呈负相关;自然腐蚀试件的抗压强度变化不仅与自身孔结构存在一定关系,还与结构所处位置有关。     

盐雾腐蚀混凝土后对其抗剪性能的影响分析

滨海地区氯离子对混凝土结构的侵蚀主要以海边的水蒸气为媒介进行.根据模拟海边环境下盐雾腐蚀试验,主要研究氯离子腐蚀混凝土后对其抗剪性能的影响,为正确评估钢筋混凝土结构在滨海环境中的耐久性和制定相关混凝土结构的耐久性设计规程提供依据.     

人工气候环境下腐蚀混凝土梁的承载力研究

在设定的人工气候氯盐腐蚀的环境下,对两种不同水灰比的钢筋混凝土梁进行腐蚀时间不同的试验研究,分析氯盐腐蚀后钢筋混凝土梁的承载能力及钢筋锈蚀率。结果表明：同一水灰比的混凝土梁在不同腐蚀时间下的承载力与氯离子在混凝土中的侵蚀深度及其对钢筋腐蚀的程度密切相关;水灰比较大的混凝土梁中钢筋腐蚀率大。     

基于孔结构的单面冻后混凝土抗压强度模型研究

通过单面冻融试验,研究了介质和冻融循环次数对混凝土抗冻性能和微观孔结构的影响规律.使用盒维数建立了混凝土单面冻融循环后的孔径分布分形模型,分析了分形维数与抗压强度的关系,建立了基于复合孔参数、分形维数的多因素抗压强度模型.结果表明：在不同冻融介质条件下,混凝土表观形貌、质量损失、相对动弹性模量、抗压强度、抗冻耐久性系数和孔参数随着冻融循环次数的增加逐渐劣化,盐冻对混凝土损伤程度大于水冻;混凝土孔径分布分形维数随着冻融循环次数的增加逐渐减小;在单面冻融循环过程中,混凝土孔参数演化分为初期、中期、后期3个阶段,中、后期对冻融循环作用较敏感的孔参数分别为气孔平均弦长和气孔比表面积、含气量和气孔间距系数;多因素抗压强度模型与复合孔参数、分形维数之间的回归效果显著,可以准确地描述水、盐单面冻融循环前后混凝土抗压强度与孔结构的定量关系.     

氯盐侵蚀下结构混凝土服役寿命的可靠度分析

为了全面考虑随机因素对氯盐侵蚀下结构混凝土耐久性的影响,研究建立了氯盐环境下混凝土服役寿命分析的可靠度随机边界元法。首先基于全时域初值推进法研究建立了混凝土中氯离子随机时变扩散分析的摄动随机边界元法,进而基于正常使用极限状态建立了混凝土结构服役寿命分析的可靠度分析格式,据此研究了保护层厚度、氯离子扩散系数等随机参数对结构混凝土服役寿命的影响,克服了传统的随机边界元法的缺陷。结果表明,混凝土材料及氯盐腐蚀环境的随机性、混凝土结构几何外形所导致的二维扩散现象等对氯盐环境下混凝土结构的服役寿命具有显著影响,在耐久性设计中必须合理考虑才能保障使用寿命。     

氯盐腐蚀环境下混凝土结构氯离子扩散模型研究

混凝土结构耐久性降低会导致结构失效并带来巨大的经济损失,研究氯离子扩散规律是氯盐腐蚀环境下混凝土结构耐久性评估的关键工作,在Fick第二扩散定律基础上,建立了考虑环境温度、混凝土材料对氯离子结合作用、氯离子扩散系数的时间性、混凝土应力状态和材料劣化效应的氯离子扩散理论模型,通过工程算例对理论模型进行验证,为氯盐腐蚀环境下混凝土结构的耐久性分析提供了理论依据,最后提出进一步研究的方向。     

盐渍区混凝土路面抗冲蚀性能试验研究

盐碱区混凝土路面长期遭受盐渍和风沙环境的侵蚀,严重影响其耐久性和安全性。以内蒙古沿黄公路巴彦淖尔段为例,根据该地区盐渍土和风沙环境特征,配制模拟该地区盐含量溶液,对水泥砂浆进行盐渍腐蚀试验,并利用模拟风沙环境冲蚀试验系统对盐渍后的水泥砂浆进行模拟风沙颗粒冲蚀试验研究,分析不同风沙冲蚀力学参数下受不同种类不同浓度盐渍腐蚀后混凝土的冲蚀损伤规律与表面微观形貌表征,揭示盐碱区混凝土路面受盐渍和风沙环境复合侵蚀损伤机理。     

盐渍土环境下混凝土的抗腐蚀性能研究

内蒙古中西部地区是内蒙古盐渍化最严重的地区,为了研究长期处于该盐渍土腐蚀环境下混凝土的抗腐蚀性能,通过在内蒙古中西部3个代表性区域实地取样,对盐渍土基本特征进行分析。根据达拉特旗盐渍土中主要易溶盐的含量,配制了3种不同浓度的复合盐侵蚀溶液,再以单盐盐侵蚀溶液和水溶液用于试验对比,对混凝土进行长期浸泡试验。结果表明:长期浸泡后,混凝土在复合盐和单盐溶液中的质量和强度变化规律均呈现先上升后下降,且复合盐浓度越大,其损伤越严重,复合盐溶液中混凝土抗侵蚀能力强于其在硫酸钠溶液中的抗侵蚀能力,研究结果将为在该腐蚀环境下混凝土结构和材料防护及耐久性评价提供依据。     

利用Wiener过程探究镁水泥混凝土中涂层钢筋在盐类环境下的腐蚀寿命

采用氯盐溶液和硫酸盐溶液浸泡镁水泥钢筋混凝土构件,使构件中的涂层钢筋加速锈蚀,并利用电化学工作站进行电化学试验;以腐蚀电流密度作为钢筋耐久性退化指标,建立一元Wiener过程预测模型进行钢筋腐蚀寿命预测.结果 表明:在氯盐溶液环境下,镁水泥混凝土构件中的钢筋受腐蚀问题较之硫酸盐溶液环境更为突出,且涂层在2种盐溶液环境中均对钢筋起到了较好的防护效果;在氯盐溶液环境中,涂层钢筋在1500 d附近进入中等腐蚀阶段,在硫酸盐溶液环境中,涂层钢筋在22000 d进入中等腐蚀阶段.     

滨海盐渍土环境中暴露17年的钢筋混凝土桩耐久性分析

通过外观形貌、腐蚀产物、碳化深度、氯离子含量、硫酸根离子含量等,全面分析了在滨海盐渍土环境中自然暴露17年的钢筋混凝土桩的腐蚀特征,论述了钢筋混凝土材料在滨海盐渍土环境下的腐蚀机理和耐久性的劣化规律。结果表明,不同部位的钢筋混凝土桩的破坏程度、中性化深度、钢筋锈蚀和侵蚀性离子含量分布有着显著不同;混凝土桩发生由表及里的...     

杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性解决方案

为了确保杭州湾跨海大桥混凝土工程达到100年设计使用年限,根据特殊腐蚀环境进行相应的混凝土结构耐久性研究和设计。结合当前现有研究成果,对海洋环境下钢筋混凝土结构的腐蚀破化特征和防护技术进行介绍。针对本工程混凝土结构的不同部位,提出混凝土结构耐久性多层次综合方案体系、海工耐久混凝土设计原则、耐久性关键指标与评估试验方法、施工及质量验收标准、混凝土结构基本防腐蚀措施和附加防腐蚀措施及其基于耐久性的相互协同解决方案,并通过建立耐久性无损监测系统和暴露试验站对混凝土结构的预期寿命进行预测评估。分析结果表明,对混凝土结构的特定腐蚀环境,提出耐久性解决方案是经济可行的。本研究对同类跨海大桥的耐久性设计与施工具有一定的参考价值。     

盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结性能试验研究

为了研究盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面的黏结性能,对27个内嵌FRP筋加固混凝土试件进行盐腐蚀后的单端拉拔试验,分析试件的受力过程和破坏模式,研究内嵌FRP筋黏结长度、腐蚀时间和FRP筋类型对界面黏结性能的影响。结果表明：盐腐蚀的试件破坏模式分为结构胶劈裂、FRP筋拉断和结构胶劈裂且FRP筋弯折等3种,且以结构胶劈裂破坏为主。盐腐蚀环境下内嵌FRP筋混凝土试件的黏结应力与黏结长度、破坏模式与腐蚀时间有关。盐腐蚀环境会影响混凝土、黏结材料及FRP筋的力学性能,加剧黏结界面失效破坏。腐蚀时间为30 d和90 d的内嵌BFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力高于内嵌GFRP筋加固混凝土试件的,腐蚀时间为60 d的内嵌GFRP筋加固混凝土试件的耐盐腐蚀能力优于内嵌BFRP筋试件的。根据试验数据拟合了盐腐蚀环境下内嵌FRP筋加固混凝土界面黏结-滑移本构关系,其拟合优度达到0.988 0。     

矿区建筑物碳化腐蚀的机理分析与加固补强

分析了矿区环境中腐蚀性物质使钢筋混凝土碳化腐蚀的作用机理及影响钢筋混凝土碳化腐蚀的因素，阐述了碳化腐蚀对结构性能的影响，最后提出碳化腐蚀结构的加固补强措施。     

基于不确定性的氯离子侵蚀环境下普通混凝土结构的耐久性研究

针对氯盐侵蚀环境下普通混凝土结构的锈胀开裂,通过分析普通混凝土结构的腐蚀损伤发展特点,建立氯离子侵蚀环境下普通混凝土结构的耐久性失效准则。基于工程实例,采用不确定性分析方法,通过Monte Carlo随机模拟,对氯离子侵蚀环境下普通混凝土结构的锈胀开裂时间开展了可靠性分析研究,得出了其近似概率密度分布,通过假设检验,确定其服从对数正态分布,并给出其在不同保证率情况下锈胀开裂时间的取值。     

青海盐湖地区混凝土耐久性及提升技术分析

青海盐湖地区由于恶劣的气候环境条件,混凝土结构的耐久性受到严重影响,盐湖卤水及冻融循环双重因素影响下,混凝土结构的耐久性显著降低,达不到设计的使用寿命。本文设计完成了混凝土在硫酸盐侵蚀、氯盐侵蚀以及两者共同侵蚀下的快速冻融试验,并进行了单轴受压加载试验,混凝土的极限抗压强度在不同冻融次数以及不同盐类侵蚀下大小不同。为了切实解决该地区混凝土结构的耐久性,本文提出了三种提升盐湖地区混凝土结构耐久性的关键技术措施。     

氯盐腐蚀环境下混凝土结构耐久性的思考

混凝土破坏的原因,按重要性递降顺序排列是:钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境的物理化学作用。而来自海洋环境和使用防冰盐中的氯离子,又是造成钢筋锈蚀的主要原因。我国是一个氯盐环境腐蚀严重的国家,提高氯盐腐蚀环境下混凝土结构耐久性已成为迫在眉睫的问题。     

盐湖侵蚀环境喷射混凝土耐久性能劣化规律及机理研究

我国西部地区盐湖分布广泛,土壤及地下水中含有高浓度硫酸盐、镁盐及氯盐,与衬砌喷射混凝土发生一系列物理化学反应,造成其结构耐久性能下降。为系统研究盐湖侵蚀环境喷射混凝土耐久性能劣化规律及机理,以5%Na2SO4+5%MgSO4+3.5%NaCl混合溶液为侵蚀介质,采用干湿交替法,分别模拟盐湖环境地下水及隧道衬砌侵蚀方式,开展喷射混凝土耐久性试验,对其物理力学性能、侵蚀产物矿物组成及含量、微观形貌、孔结构和离子含量进行测试分析。喷射混凝土SO2? 4含量随侵蚀时间快速增大,Cl-和Na+含量缓慢增大,而Ca2+和混凝土pH值降低。喷射混凝土侵蚀过程包含水镁石、石膏及钙矾石形成阶段,C-S-H分解和碳硫硅钙石形成阶段,M-S-H形成等三个阶段。最终,在碳硫硅钙石、水镁石、石膏、钙矾石以及结晶盐所形成的膨胀应力和结晶压力共同作用下,喷射混凝土内部孔数量及空气含量增大,形成网状裂纹,性能快速劣化。模筑混凝土微裂缝在盐结晶形成的结晶压作用下快速开裂,与气孔形成宏观裂缝导致断裂。钢纤维可显著消减喷射混凝土内部应力,提高其抗侵蚀能力。     

碳化与氯盐对混凝土孔溶液中钢筋钝化的影响

采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM),研究了碳化与氯盐腐蚀作用下,混凝土孔溶液中钢筋锈蚀物的组成和微结构特征,阐明了腐蚀因素作用下钢筋的腐蚀机理.结果表明:含氯盐混凝土孔溶液中钢筋表面钝化膜和锈蚀物共存,锈蚀物表面较为致密,主要组成为FeOOH和FeO;碳化混凝土孔溶液中钢筋表面有黄黑色锈蚀物生成,锈蚀物呈疏松多孔棒状,主要组成为FeOOH、Fe_3O_4和Fe_2O_3;碳化与氯盐复合混凝土孔溶液中钢筋表面有大量黄褐色锈蚀物生成,锈蚀物表面呈分层剥落状,主要组成为FeOOH、Fe_3O_4和FeCl_3,其中FeOOH含量高达60%以上;从含氯盐混凝土孔溶液到碳化混凝土孔溶液再到碳化与氯盐复合混凝土孔溶液,钢筋锈蚀物中Fe的XPS扫描峰值逐渐增强,Fe的氧化物含量增多,钢筋腐蚀越来越严重.