混凝土结构耐久性控制区及设计参数的定量分析

现行规范的混凝土结构耐久性设计方法难以定量分析结构几何参数、环境作用等级、材料性能衰退等因素对结构服役寿命的影响。为此,针对氯化物腐蚀环境,提出了混凝土结构的耐久性控制区,并建立了混凝土结构耐久性设计参数的定量分析方法。首先基于混凝土中氯离子扩散补偿理论和结构几何外形建立混凝土结构的耐久性控制区模型;然后结合Fick第二定律,建立不同扩散维数下混凝土结构的耐久性定量分析模型,据此合理选取耐久性设计参数,并通过定量分析确定其取值。最后结合工程实例和设计规范对比验证了文中方法的有效性和适用性。研究表明,所提方法能够综合考虑混凝土结构几何外形及尺寸、环境作用等级、初始暴露龄期和材料性能衰退等因素对混凝土结构服役寿命的影响,可以有效克服现行规范耐久性设计方法中设计参数重复设置,不能有效反映材料性能衰退和结构几何外形的影响等不足。     

基于强度和抗氯盐耐久性指标的混凝土配合比设计及试验研究

氯盐环境严重影响混凝土耐久性,但现行规范通常按照强度要求设计混凝土配合比。为此,研究建立了混凝土的氯离子扩散系数多因素模型,并按照预定的混凝土强度和耐久性要求开展配合比分析和设计。首先选择混凝土的氯离子扩散系数及其龄期衰减系数作为混凝土抗氯盐耐久性能指标参数,研究建立了混凝土耐久性指标参数的多因素计算模型。然后,根据预定的强度指标和耐久性能指标的取值,通过求解代数方程组得到混凝土水胶比和矿物掺合料掺量。进而,结合混凝土的工作性能要求,分析确定混凝土配合比设计主要参数的取值。最后,结合工程实例和正交试验方法开展混凝土配合比试验。研究表明,根据本文建立的混凝土配合比设计方法制备混凝土,能同时满足预定的混凝土强度和耐久性能指标的要求,有效克服了传统理论的缺陷。     

北部湾海域混凝土结构中氯离子扩散模型研究

混凝土结构的耐久性和服役寿命长期以来一直是一个备受关注的问题,特别是暴露于氯盐环境下的混凝土结构,氯离子的侵蚀就成为影响混凝土结构耐久性的主导因素,因此搭建合理的氯离子扩散模型研究氯离子的扩散规律是研究氯盐环境下混凝土结构耐久性和服役寿命的关键性问题。通过对防城港、钦州港和铁山港三个码头的混凝土结构取样研究,在综合考虑胶凝材料、温度、湿度胶凝材料、混凝土结构养护龄期、暴露氯盐环境龄期、水灰比、结合氯离子等因素对混凝土结构中氯离子扩散系数影响的情况下搭建氯离子扩散模型,并与Life365模型和LNEC E465模型进行对比分析,发现文中所搭建的氯离子扩散模型更加准确反映北部湾氯离子在混凝土内部的传输特性。     

基于混凝土初始龄期及龄期衰减系数影响的氯离子二维扩散分析

在氯盐腐蚀及海洋环境下,钢筋混凝土结构耐久性研究的重点是确定氯离子在混凝土内部的扩散和积聚规律.在考虑混凝土材料龄期衰减系数和初始龄期等因素的基础上,提出了混凝土中氯离子二维扩散分析模型及其解析解,进而针对氯离子扩散系数具有时间和初始龄期依赖性的Fick第二定律的二维计算模型,建立了相应的二维有限元法数值分析格式,并讨论了混凝土龄期衰减系数、初始龄期及其扩散系数的时变性等因素对氯离子在混凝土中扩散和积聚规律的影响.     

胶州湾海底隧道衬砌混凝土服役寿命预测

胶州湾海底隧道是中国自行建造的第2条海底隧道,其设计服役寿命为100 a。分析了海底隧道衬砌混凝土的服役环境,建立了综合考虑氯离子扩散、碳化和弯曲荷载影响的服役寿命预测模型。调查了海底隧道现行施工里程的混凝土耐久性关键参数,建立了海底隧道混凝土氯离子扩散系数与回弹强度间的函数关系,通过预测模型计算了混凝土中氯离子随时间的演化规律及衬砌混凝土服役寿命。结果表明:隧道衬砌混凝土的保护层厚度波动值-4(-6)~+15 mm,标准养护衬砌混凝土氯离子扩散系数均值为2.1(2.7)×10-12 m2/s,混凝土中初始氯离子浓度小于0.35 kg/m3。隧道衬砌混凝土氯离子扩散系数与回弹强度呈线性函数关系,施工里程内氯离子扩散系数波动为1.5~3.5×10-12 m2/s。基于模型计算,胶州湾海底隧道左右线衬砌混凝土的服役寿命均超过100 a。     

高性能混凝土的氯离子扩散及服役寿命研究

通过快速氯离子扩散试验测试了不同矿物掺和料高性能混凝土和普通混凝土的电通量,分析计算了氯离子扩散系数和钢筋锈蚀的临界氯离子浓度;利用边界元法计算了普通混凝土和高性能混凝土的服役寿命.结果表明:基于边界元法的氯离子扩散场计算长度理论及数值分析模型能很好预测混凝土的服役寿命.三掺粉煤灰、硅灰和矿渣高性能混凝土其耐久性优于单掺粉煤灰高性能混凝土,具有最佳抗氯离子扩散能力.     

再生混凝土氯离子渗透性能及龄期衰减系数分析

氯离子的侵蚀会引起混凝土结构内部钢筋的锈蚀。通过分析混凝土中两种不同氯离子时变扩散模型以及两者之间的转换关系,利用不同暴露龄期的再生混凝土自然扩散试验数据研究水灰比、暴露龄期等因素对再生混凝土中氯离子时变扩散性能的影响。分析结果表明:由表观扩散系数与表观龄期衰减系数建立的表观时变扩散模型和由瞬时扩散系数与瞬时龄期衰减系数建立的瞬时时变扩散模型均能较好地表征再生混凝土结构中氯离子侵蚀规律,且两者之间存在一定的转换关系;当水灰比从0.45增大至0.6时,再生混凝土的表观龄期衰减系数m和瞬时龄期衰减系数n分别减少和;再生混凝土的m值比普通混凝土高10%～166%、n值比普通混凝土高8%～190%;不同混凝土的瞬时龄期衰减系数n均大于表观龄期衰减系数m。     

考虑施工需求的混凝土结构耐久性定量设计参数协调取值方法

由传统耐久性设计方法所确定的混凝土结构一维和二维扩散区的耐久性定量设计参数取值往往互不相同,导致混凝土的制备和施工浇筑存在困难。鉴于此,提出了考虑施工需求的混凝土结构耐久性定量设计参数的协调取值方法。首先考虑氯离子扩散系数的时变特性,推导了混凝土结构中一维和二维扩散区氯离子浓度分布的时变解析模型;然后分析了混凝土结构角部箍筋弯折对混凝土附加保护层厚度的影响,并依据不同扩散区耐久性定量设计参数的协调一致性要求,建立了箍筋协调弯弧内半径的计算表达式,进而提出了混凝土结构耐久性定量设计参数的协调取值方法,从而满足对于同一截面上具有不同扩散区的构件能够一次性完成混凝土浇筑的施工需求。分析表明,该方法基于箍筋协调弯弧内半径和耐久性定量设计确定混凝土结构的耐久性设计参数取值,使混凝土结构能够在规定的腐蚀环境作用下满足预定的设计使用年限要求,从而克服传统耐久性设计方法所存在的缺陷。     

考虑施工需求的混凝土结构耐久性定量设计参数协调取值方法

由传统耐久性设计方法所确定的混凝土结构一维和二维扩散区的耐久性定量设计参数取值往往互不相同,导致混凝土的制备和施工浇筑存在困难。鉴于此,提出了考虑施工需求的混凝土结构耐久性定量设计参数的协调取值方法。首先考虑氯离子扩散系数的时变特性,推导了混凝土结构中一维和二维扩散区氯离子浓度分布的时变解析模型;然后分析了混凝土结构角部箍筋弯折对混凝土附加保护层厚度的影响,并依据不同扩散区耐久性定量设计参数的协调一致性要求,建立了箍筋协调弯弧内半径的计算表达式,进而提出了混凝土结构耐久性定量设计参数的协调取值方法,从而满足对于同一截面上具有不同扩散区的构件能够一次性完成混凝土浇筑的施工需求。分析表明,该方法基于箍筋协调弯弧内半径和耐久性定量设计确定混凝土结构的耐久性设计参数取值,使混凝土结构能够在规定的腐蚀环境作用下满足预定的设计使用年限要求,从而克服传统耐久性设计方法所存在的缺陷。     

海底隧道钢筋混凝土基于氯盐腐蚀的耐久性参数设计研究

胶州湾海底隧道是中国自行建造的第二条海底隧道,其服役寿命为100a。在详细分析海底隧道结构混凝土的服役环境基础上,参考国内外现有的寿命预测模型,依据混凝土耐久性试验结果和重大工程类比,综合考虑混凝土碳化、混凝土初始氯离子浓度影响等因素,建立了海底隧道混凝土在双重破坏因素作用下的寿命预测模型。通过上述模型进行计算,计算结果表明:(1)海底隧道要达到100a服役寿命,其衬砌混凝土靠近空气一侧保护层厚度应大于70mm,靠近土体一侧应大于60mm;(2)混凝土初始氯离子浓度应小于0.15%;(3)氯离子扩散系数应小于4×10-12m2/s,水胶比w/b应小于0.34,混凝土强度等级应高于C50。此外,依据混凝土耐久性能与其配合比、原材料之间的定量关系,提出海底隧道100a服役寿命的混凝土配合比设计和原材料优选原则。     

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。     

氯盐环境钢筋混凝土构件服役寿命计算

根据混凝土构件承载力的耐久性退化作用,建立了腐蚀环境作用下混凝土结构的3阶段服役寿命理论模型:诱导期、退化期和破坏期;即钢筋表面的自由氯离子浓度达到锈蚀临界值的时间、混凝土结构的主要材料(混凝土和钢筋)达到其材料耐久性破坏的限值、混凝土结构的承载力降低到安全使用极限状态作为各阶段的时间节点.基于氯离子扩散计算模型、钢筋...     

氯离子环境下钢筋混凝土结构的使用寿命预测

近年来,氯离子对混凝土结构的侵蚀已成为混凝土结构耐久性研究的重要内容,尤其是氯离子环境下钢筋混凝土结构的寿命预测问题更是科研工作者们普遍关注的问题.笔者介绍了氯离子环境下混凝土结构基于Fick第二定律寿命预测模型,并对模型中的相关参数进行修正,通过相关参数的改进,使该模型更能符合工程实际情况,从而能够更好的预测混凝土的服役寿命.另外,还介绍了钢筋混凝土结构使用寿命可靠度的概念及其理论计算方法,并从可靠性方面来讨论混凝土在氯离子环境下的服役寿命.     

后张法预应力混凝土大直径管桩耐久性与寿命预测研究

该文通过室内试验测试大管桩混凝土本体耐久性参数,并将其作为耐久性退化和寿命预测研究的初始边界条件。对国内几个地区服役多年的大管桩码头开展耐久性调研和现场取芯测试分析,获得在役大管桩混凝土氯离子浓度分布数据。基于对大量数据统计分析,获得在役大管桩混凝土表面氯离子浓度、氯离子扩散系数、氯离子渗透深度等耐久性状态参数,研究大管桩混凝土受氯离子侵蚀的规律。在上述研究基础上,以Fick第二定律数学模型为核心建立大管桩寿命预测模型,开发寿命预测软件。该研究为大管桩耐久性设计、使用和维护提供理论与试验依据。 关键词：     

氯离子环境下钢筋混凝土结构耐久性寿命评估

混凝土结构耐久性寿命终结的标志应视工程对象和使用要求不同而有不同 ,提出了氯离子环境下混凝土结构耐久性寿命评估的方法。将混凝土表面氯离子浓度、保护层厚度作为随机变量 ,将扩散系数作为随机过程 ,建立了混凝土保护层中氯离子浓度分布的随机模型 ,推导出了氯离子浓度的均值 ,用于计算钢筋开始锈蚀时间。本文对某海港西大堤钢筋混凝土护栏的耐久性寿命进行了评估 ,采用实测数据的耐久性寿命评估结果与现场调查结果较为一致     

矿物掺合料的掺入对混凝土抗氯离子渗透性能影响的评价与研究

采用ASTM C1202及RCM氯离子扩散系数方法,对不同矿物掺合料混凝土和普通混凝土进行抗氯离子渗透性能的研究,并探讨了电通量与初始电流、氯离子扩散系数与初始电流及电通量与氯离子扩散系数之间的相关性。结果表明:掺入矿物掺合料能有效降低混凝土的抗氯离子渗透性能,在一定龄期范围内,电通量与初始电流、氯离子扩散系数与初始电流及电通量与氯离子扩散系数之间均表现出较好的相关性。     

氯盐腐蚀下混凝土服役寿命的可靠度分析

混凝土性能的随机性对混凝土结构的服役寿命有重要影响.在考虑混凝土的氯离子扩散系数和临界氯离子浓度的随机性基础上,利用摄动技术研究建立了混凝土中氯离子扩散分析的摄动随机有限元法,结合混凝土内钢筋锈蚀极限状态方程,建立氯盐腐蚀环境下混凝土结构服役寿命分析的可靠度分析方法.通过算例分析,验证了本研究方法具有较高的计算精度和效率,同时分析了保护层厚度、扩散系数变异性等因素对氯离子扩散过程和混凝土服役寿命的影响.     

全珊瑚海水混凝土及其梁柱构件的力学性能与耐久性

研究了高强全珊瑚海水混凝土(CASC)的制备技术、基本力学性能、氯离子扩散与钢筋锈蚀行为,以及钢筋-CASC梁柱构件的力学性能,并进行了其服役寿命的可靠度分析.结果表明:CASC的立方体抗压强度最高可达C80混凝土强度等级;CASC具有高初始氯离子含量、高表面自由氯离子含量和高表观氯离子扩散系数的"三高"氯离子扩散特征.提出了描述CASC受压应力-应变关系的两段式方程;为降低钢筋的锈蚀风险,建议在CASC结构中采用有机新涂层钢筋且混凝土保护层厚度至少为5.5cm,混凝土强度选用C50及以上等级.另外为了综合考虑钢筋锈蚀和涂层钢筋滑移的影响,建立了钢筋-CASC梁柱构件的承载力计算模型,并且确定了满足50～100a服役寿命要求的CASC结构的耐久性设计参数.     

混凝土氯离子扩散系数测试方法对比及早期衰减规律研究

利用公路RCM法和国标RCM法测试了不同类型混凝土28d、56d、84d龄期的氯离子扩散系数。结果显示,采用公路RCM法与国标RCM法测试的氯离子扩散系数具有较好的相关性,国标RCM法测得氯离子扩散系数约为公路RCM法测试结果的1.30倍。采用幂函数对早龄期扩散系数衰减系数m值进行拟合,并与现有的衰减系数经验公式进行对比,修正了现有的经验公式,提出了混凝土早龄期扩散系数的衰减公式,可用于根据28d扩散系数推定56d和84d混凝土扩散系数。     

海工混凝土抗氯离子渗透性试验方法的研究

结合国内外海工混凝土耐久性研究现状,分析了将抗氯离子渗透性作为评价海工混凝土耐久性的综合指标的可行性和必要性;针对近年来用加速试验来研究海工混凝土氯离子扩散系数和混凝土耐久性预测模型,探讨了各种试验方法的优点和缺点,对于提高海工混凝土服役寿命有着重要的意义。