圆柱体混凝土构件中氯离子扩散的解析研究

为了研究水运工程和海洋工程中圆柱体混凝土构件的氯离子扩散过程及耐久性服役寿命,通过二维氯离子扩散控制方程的坐标变换,建立了圆柱体混凝土构件中氯离子扩散的极坐标控制方程,使用变量分离法和贝塞尔函数的简化公式,推导并建立了圆形截面混凝土构件中氯离子扩散的解析方法,据此分析了不同半径圆柱构件中氯离子浓度的变化规律,通过宏观扩散过程分析以及与有限元方法计算结果的比较,验证了本文方法的正确性;通过与矩形截面混凝土构件中氯离子二维扩散及浓度分布的对比,可知在相同条件下,选择圆形截面代替矩形截面构件可有效提高混凝土结构的抗氯离子侵蚀性能,提高结构耐久性.     

混凝土碳化对氯离子扩散影响试验研究

混凝土耐久性研究从环境层面分主要是碳化和氯离子扩散两个方面。碳化过程会改变混凝土的性质,影响氯离子扩散。在相同养护条件下制成混凝土试件,试件在内部环境条件相同的碳化箱中进行不同程度碳化并测量碳化深度。采用标准电流电量法测量不同碳化深度混凝土试件的扩散系数,分析在其他条件相同的情况下碳化深度对氯离子扩散系数的影响及产生这种影响的原因。试验结果表明氯离子扩散系数随碳化深度增加而增大。综合分析碳化影响效应,碳化对于氯离子扩散存在正反两方面的影响。一方面碳化增加混凝土密实度,阻碍氯离子扩散;另一方面碳化增加混凝土内毛细孔数量且增加自由氯离子含量,促进氯离子扩散。实际情况下碳化对于氯离子扩散系数的影响效应取决于哪一方面的作用更具主导性。     

混凝土结构中氯离子扩散分析的精细积分法

针对混凝土结构中氯离子扩散分析有限元模型存在的问题,为了去除氯离子扩散场半无限大假设及其对计算精度的影响,利用误差函数确定了氯离子扩散场的补偿长度及补偿系数,进而利用精细积分技术研究建立了混凝土中氯离子扩散分析的精细积分有限元法,定义了氯离子扩散矩阵和氯离子分布矩阵,研究了集中分布矩阵和一致分布矩阵对计算结果的影响。算例分析结果表明,该方法计算结果与解析解之间吻合很好,能够有效提高有限元法分析混凝土中氯离子浓度分布和扩散过程的计算精度、计算效率及算法稳定性。     

混凝土中氯离子二维扩散规律的解析研究

在综合考虑混凝土初始暴露龄期和时变扩散系数的基础上研究氯离子侵入混凝土的时变扩散模型,并据此推导了氯离子二维扩散微分方程的封闭解,分析了混凝土初始暴露龄期、持续暴露时间、时变扩散系数等因素对混凝土中氯离子二维扩散和分布规律的影响。研究并比较了本文与其他文献中的氯离子二维扩散模型,并对这些计算模型的特点和适用性给出说明。     

圆形截面混凝土中氯离子时变扩散解析模型

为了克服传统常扩散解析模型无法考虑氯离子扩散系数时变特性所存在的缺陷,研究建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散解析模型。在极坐标系中建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散的控制方程、边界条件和初始条件,然后通过引入等效扩散时间将氯离子的时变扩散方程转化为常扩散方程,进而结合贝塞尔函数和变量代换法,建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散的解析模型,并与数值模型和常扩散解析模型进行对比验证。分析结果表明,该解析模型具有较高计算精度和计算效率,不仅可以克服数值模型对空间离散网格和时间步长的依赖性,而且还可以克服常扩散模型由于忽略氯离子扩散系数时变性而高估混凝土中氯离子质量分数所存在的缺陷;圆形截面混凝土中的氯离子质量分数分布介于一维和二维扩散之间,随着圆形截面半径和龄期衰减系数的增大逐渐趋近于一维扩散情况。     

海工混凝土氯离子分布概率模型分析与应用

在海工混凝土结构中,由于氯离子侵蚀导致的钢筋锈蚀问题十分普遍。为准确判断钢筋初锈时间,预测结构耐久性劣化规律,在现有氯离子扩散模型的基础上,基于蒙特卡罗理论,利用MATLAB软件对钢筋周围氯离子浓度分布进行随机抽样模拟。结果表明一定时间段内（10年、50年、100年）钢筋周围氯离子浓度服从对数正态分布,并提出判断钢筋锈蚀的概率模型,以概率方法判断钢筋锈蚀,其可靠性将大大增加。结合该模型对连云港港区现场服役混凝土构件进行了氯离子含量预测,现场取粉试验结果基本符合该模型分布,其均值吻合较好,并对港区混凝土结构耐久性使用寿命失效概率进行了风险评估。     

随机球形骨料再生混凝土氯离子扩散研究

基于Monte-Carlo原理及Fuller级配理论,依据PYTHON算法及COMSOL软件建立由天然骨料、老界面区、老砂浆、新界面区及新砂浆组成的再生混凝土三维球形细观模型,模拟计算了不同骨料体积分数、老砂浆扩散系数及老砂浆厚度的再生混凝土内氯离子扩散过程,对比研究了再生混凝土抗氯离子侵蚀影响规律。研究表明：以随机理论建立的再生混凝土三维球形随机骨料模型接近真实再生混凝土细观结构,满足一般工程需要;基于该模型的氯离子细观数值模拟结果同试验结果吻合;再生骨料体积分数从10%增至30%、50%时,再生混凝土表观扩散系数分别增加了6.56%和19.43%;老砂浆扩散系数增加4倍,表观氯离子扩散系数增加19.28%;老砂浆厚度增加2倍,表观氯离子扩散系数增加8.1%,增加老砂浆的厚度和扩散系数会弱化再生混凝土抗氯离子侵蚀的能力。     

混凝土箱梁氯离子扩散效应分析与寿命预测的CA模型

为了准确地模拟混凝土箱梁中氯离子的侵蚀过程,预测截面内任意时刻任意位置的氯离子浓度以及结构耐久性使用寿命。基于2D元胞自动机原理建立了混凝土氯离子扩散的元胞自动机模型(CA模型),模型同时考虑了材料和龄期对氯离子扩散效应的影响。以某箱形截面梁为例,根据箱梁中氯离子扩散的元胞自动机模型,编写了MATLAB计算程序,分析了氯离子在截面内的扩散规律,并根据模型对该结构耐久性使用年限进行了预测。研究结果表明:与氯离子浓度解析解和试验值相比,建立的元胞自动机模型能够有效地模拟混凝土箱梁氯离子扩散过程,且计算精度较高;根据截面倒角形式的不同,氯离子呈现出不同的扩散规律,不同位置氯离子浓度达到钢筋锈蚀临界浓度所需的时间不同;通过与寿命预测解析解进行对比,证明了该模型能有效预测混凝土结构耐久性使用寿命。利用该模型对氯盐侵蚀环境混凝土箱梁耐久性使用寿命进行预测,分析得出服役51 a左右该结构将达到耐久性极限设计状态。     

海工混凝土氯离子扩散系数随深度的变化规律

氯离子扩散系数是表征氯离子侵入混凝土内部速率的重要参数.基于混凝土在长期服役过程中内部毛细孔结构的演化结果和电化学理论,推导了介质在真实溶液中的扩散方程.理论计算结果表明,混凝土内部氯离子扩散系数随深度的增加而增大.对工程现场混凝土内部氯离子的浓度进行取样检测,计算得出不同深度氯离子扩散系数的变化规律,与现场检测结果变化规律一致.     

纤维混凝土氯离子扩散试验研究

以沿海某水闸混凝土耐久性设计为依托,通过试验研究了混凝土的氯离子扩散特性。设计变量包括水泥品种、水灰比和纤维掺量,采用NEL法测定养护龄期28 d的混凝土氯离子扩散系数。试验研究结果表明:海工水泥混凝土的氯离子扩散系数较普通水泥混凝土氯离子扩散系数小;混凝土氯离子扩散系数随着水灰比和纤维掺量的增大而增大。     

盐冻作用下风积沙混凝土中氯离子扩散研究

为研究氯盐冻融循环作用下风积沙掺量对混凝土氯离子扩散的影响,试验制备了不同风积沙掺量(质量替代率为0％、25％、50％、75％、100％)的混凝土.通过化学分析法测定盐冻环境下不同风积沙掺量混凝土中自由氯离子浓度和总氯离子浓度,计算了风积沙混凝土相对氯离子结合系数和氯离子扩散系数.结果表明:自由氯离子浓度随风积沙掺量的...     

海洋环境下混凝土抗氯离子渗透性能试验探讨

研究了在相同外加剂、粉煤灰掺量比下,不同胶凝材料总量对混凝土抗氯离子渗透性能的影响.结果表明,海洋环境下的混凝土工程配合比设计应从其强度,胶凝材料用量,以及选择具有减水、引气、密实、抗渗的外加剂等多方面考虑,以降低混凝土内部孔隙率,提高其密实度,从而提高其抗氯离子渗透性能.     

盐渍土氯离子在混凝土中运移的耦合模型研究

通过Comsol Multiphysics模拟了盐渍土氯离子在混凝土内的运移机制。基于Fick第二定律,研究了考虑电迁移场作用、结合作用以及毛细作用的氯离子运移规律。研究表明:结合作用阻碍氯离子向混凝土内部运移,电势场和毛细作用促进氯离子向混凝土内部运移;随着氯离子向混凝土内运移,结合作用逐渐减小,初期的电场作用先增加后减小;随时间增加,结合作用与电场迁移作用减小;毛细作用仅在离子侵入初期约1.5 h内影响明显。在结构寿命期内忽略毛细作用,建立综合扩散、电场迁移及结合作用的耦合模型,预测了混凝土结构寿命,模型得到了较好的验证。     

干湿循环作用下不同掺和料对水工混凝土抗氯离子侵蚀研究

实际工程表明,混凝土结构干湿循环部位往往破坏更为严重。文章以干湿交替区域的混凝土为研究对象,研究了干湿循环作用下基准混凝土、轻烧氧化镁混凝土、聚丙烯纤维混凝土、轻烧氧化镁—聚丙烯纤维混凝土抗氯离子侵蚀性能的差异性。结果表明,在干湿循环作用下,四种混凝土中轻烧氧化镁混凝土的抗氯离子侵蚀能力最强,其后依次为双掺混凝土、基准混凝土和聚丙烯纤维混凝土。     

受硫酸盐侵蚀的再生混凝土耐久性研究

为研究再生粗骨料取代率对再生混凝土抗硫酸盐溶液侵蚀性能的影响规律,进行干湿循环和硫酸盐溶液的耦合试验,探究了随着干湿循环龄期的增长,再生粗骨料取代率对再生混凝土的质量损失率、伸长率、相对动弹性模量、硫酸根离子扩散深度的影响。试验结果表明:再生粗骨料掺量为100%的再生混凝土的质量损失率最大,达到了0.35%;试件的相对动弹性模量下降速度变化较复杂,分为匀速下降期、缓慢过渡期、加速下降期;试件伸长率随着侵蚀龄期的增长逐渐增大,且增幅越来越大;试验过程中,硫酸根离子逐渐向试件内部扩散,侵蚀破坏逐渐向深层移动,且再生粗骨料掺量越多的试件内部破坏得越快、越明显。研究结果可为实际工程中再生粗骨料的掺量选择提供参考。     

基于? ANFIS?的沿海混凝土坝耐久性分析

氯离子侵蚀是造成沿海混凝土坝耐久性失效的重要原因,具有模糊性和随机性,通过单独的试验或理论分析得出的结论总是有所限制.以? ANFIS?推理系统为基础,通过对试验数据的一系列分析研究,得到预测模型及预测值,对混凝土坝被氯离子侵蚀的耐久性理论研究提供一定的理论依据,特别对沿海混凝土结构的耐久性与寿命预测具有十分重要的意义.     

海工水泥对提高混凝土工程抗侵蚀能力的实践研究

为了解决海洋环境中大体积水利工程混凝土的抗侵蚀能力和现场配制海工混凝土的质量控制问题,提出了直接使用海工水泥来简化现场混凝土拌制,并通过工程的施工实例以室内试验和现场检测数据进行分析,研究了海工水泥混凝土的耐久性能。结果表明:海工水泥混凝土拌制简单、具有很高的抗氯离子渗透能力,能满足海洋环境水利工程混凝土结构的耐久性、强度及其他工作性能要求。实例数据与分析对进一步开展相关研究和海工水泥的应用具有重要的参考价值。     

海工水泥在洞头南塘中闸的应用研究

为提高海洋环境水利混凝土工程抗侵蚀能力,对以海工水泥为原材料提高混凝土抗氯离子性能展开研究。以洞头南塘中闸工程应用实例,总结施工质量控制注意要点。通过混凝土的数理统计和现场试验检测,对氯离子扩散系数和碳化深度进行对比,取得海工水泥混凝土抗氯离子渗透性能等相关成果。结果表明,海工水泥混凝土在海洋环境中其工作性能和强度、耐久性指标优良。     

变态混凝土成孔注浆浆液扩散研究

为探究变态混凝土注浆浆液扩散情况,根据变态混凝土注浆的特点,建立注浆模型,分析影响注浆效果的主要因素,根据注浆扩散试验结果,用多元回归分析各个试验因素对试验结果的影响,得出各个参数之间的定量关系式。通过对公式中的自变量和因变量的相关系数分析,可知注浆扩散情况与受注介质的注浆压力、单孔注浆量以及浆液的水胶比具有较强的相关性。该研究所得公式可以指导变态混凝土注浆施工,优化变态混凝土注浆施工工艺。