养护期电化学除氯提高含氯盐混凝土耐久性的探索与试验

高氯盐环境使得钢筋混凝土结构提前失效,电化学除氯技术是钢筋混凝土耐久性修复的重要方法,可有效排除保护层中的氯离子。探索了钢筋混凝土养护期介入电化学除氯技术,优化试件内部埋置的阴极电极,探究保护层内氯离子迁移效率情况。检测试件通电3、7、14 d后钢筋混凝土表面不同位置沿深度方向的残余氯离子浓度,结果表明在养护期除氯效率高且氯离子迁移相对均匀。     

杂散电流对地下结构混凝土中氯离子传输过程的影响

为了研究杂散电流对地下结构混凝土中氯离子传输性能的影响,进行了四种不同杂散电流强度下C55双掺(粉煤灰和矿渣)混凝土试件在氯盐溶液中的腐蚀试验。结果表明:存在杂散电流情况下,混凝土内氯离子传输以电迁移为主,且不均匀电场中侵入氯离子浓度分布与电场强度分布相关;杂散电流强度越大,侵入混凝土中的氯离子含量越多,氯离子含量越高,反应生成了更多的Friedel盐;杂散电流能够显著降低水泥材料对氯离子的结合能力,其作用在于削弱了混凝土对氯离子的物理吸附作用,使得部分结合状态的氯离子转变为自由氯离子。     

矿物掺合料高性能混凝土氯离子扩散特性研究

为研究沿海地区高性能混凝土桩基础的耐久性,采用干湿循环浸泡法对18个高性能混凝土试件进行了氯盐侵蚀试验,分析了高性能混凝土的氯离子浓度分布,得到了高性能混凝土的表面氯离子浓度、氯离子扩散系数的时变方程。在此基础上进行了高性能混凝土氯盐侵蚀的数值模拟,分析了钢筋直径（20、28 mm和36 mm）和保护层厚度（20、30、40 mm和50 mm）对沿海地区高性能混凝土桩基础氯离子浓度分布和氯离子扩散系数的影响,提出了相应的耐久性设计建议。研究结果表明:高性能混凝土毛细管吸附区与氯离子扩散区的位置在0~5 mm之间,高性能混凝土的最大稳定深度为50 mm;随着时间的增长,高性能混凝土氯离子扩散系数逐渐降低,氯离子浓度增长速率拐点为25 mm;相较氯盐侵蚀溶液浓度,氯离子扩散系数与氯盐侵蚀时间的关系更大。结合钢筋的临界氯离子浓度正态分布,建议沿海地区输电工程高性能混凝土桩基础的保护层厚度为70 mm。     

混凝土圆柱中氯离子扩散的数值分析

为了更好地理解氯离子在混凝土中的扩散机制,运用有限差分法,对混凝土圆柱在氯盐环境下服役时的氯离子扩散过程进行数值模拟,模型同时考虑了混凝土圆柱表面氯离子浓度和柱内氯离子扩散系数的时间依赖效应,得到了氯离子在混凝土圆柱截面内随时间变化的浓度分布云图。结果表明:为延长服役寿命,工程实践中可以考虑适时更换钢筋外侧的混凝土保护层,混凝土保护层的更换会产生结构内氯离子浓度的重新分布,可通过减小钢筋附近的氯离子浓度来有效延长结构服役寿命,数值模拟的结果对混凝土结构中钢筋的布筋位置具有指导意义。     

杂散电流与SO42-共同作用下Cl-浓度对砂浆结合氯离子稳定性的影响

通过加载杂散电流、内掺氯化钠和硫酸钠来模拟地铁主体结构(钢筋混凝土)所处的腐蚀环境。采用1%硫酸钠加入不同浓度的氯化钠,研究氯离子浓度对砂浆中结合氯离子稳定性的影响,并以内掺3%氯化钠的试件为对比,研究硫酸根离子的存在对氯离子固化能力的影响。采用电位滴定法测定结合氯离子含量,并结合XRD、SEM和DTG微观试验分析了结合氯离子的失稳机理。结果表明:硫酸根离子的存在对固化氯离子有促进作用,但这种促进作用随通电时间的延长呈减弱趋势;随试件内部氯盐掺量的增加,结合氯离子的浓度增加,氯离子的固化率下降。     

荷载裂缝对混凝土中氯离子扩散的影响

混凝土结构中的荷载裂缝会缩短氯离子向钢筋表面传输的路径,导致钢筋局部脱钝起锈。采用二次加载法制作了8个带有自然开裂裂缝的普通混凝土(CO)和掺加矿粉混凝土(CS)试件,在恒温、盐水浸泡条件下进行开裂混凝土中的氯盐传输试验。将硝酸银显色法和电子探针扫描技术分别应用于定位裂缝周围区域氯离子的分布范围和测定氯离子浓度。结果表明,带有自然开裂裂缝的混凝土试件可用于非稳态氯盐传输试验;裂缝中氯离子浓度存在梯度,裂缝宽度增大浓度梯度变小;而缝宽增大会导致裂缝深度增加,因此对氯离子扩散的影响提高;混凝土中掺加矿粉有利于抑制氯离子的传输,对提高混凝土结构服役寿命有利。研究成果可为建立更加准确的开裂混凝土氯离子传输模型提供参考。     

混凝土电化学除氯过程钢筋周围氯离子迁移规律试验研究

随着服役年限增长,氯盐环境中钢筋混凝土结构的耐久性劣化问题越来越突出。电化学除氯技术是钢筋混凝土耐久性修复重要方法,可有效排除保护层中氯离子,然而电化学除氯过程混凝土内部氯离子迁出规律有待研究。重点研究了电化学除氯过程中钢筋周围氯离子迁出的空间规律。结果表明,电化学除氯结束后,钢筋周围氯离子浓度降低显著,保护层内随着距离钢筋径向距离的增加,残余氯离子浓度增大,表现出明显的非均匀分布。研究成果可为进一步完善钢筋混凝土电化学除氯后的耐久性评估和寿命预测提供依据。     

混凝土表面氯离子浓度时变规律试验研究

采用氯盐浸泡试验,定期检测了混凝土表面处的氯离子浓度,并对数据进行了拟合分析,研究了混凝土表面氯离子浓度随时间的变化规律,分析了氯盐溶液浓度、水灰比和粉煤灰掺量对表面氯离子浓度大小及其累积速率的影响。结果表明,表面氯离子浓度随时间的增加逐渐增长并最终达到稳定状态。随着氯盐溶液浓度的增加,表面氯离子浓度将更快地达到稳定状态,表面氯离子浓度也相应增大;水灰比越大,表面氯离子浓度累积速率越快,表面氯离子浓度越大;掺入粉煤灰可加快表面氯离子浓度的累积速率,表面氯离子浓度随粉煤灰掺量的增加而增大。通过对现有模型的比较与修正,提出了一个更为完善的模型。     

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.     

混凝土盐冻过程中的氯离子结合研究

C30和C50引气混凝土在3.5%NaCl以及5%Na2SO4+3.5%NaCl溶液中自然浸泡或快速冻融循环,测试盐冻过程中混凝土的自由氯离子和总氯离子。结果表明:冻融循环不改变混凝土中氯离子传输规律,仍符合Fick第二扩散定律。腐蚀初期,浸泡环境下混凝土的氯离子浓度高于冻融环境,但随混凝土冻融损伤程度增加,趋势相反。氯盐环境下冻融,混凝土氯离子结合能力随龄期增加而下降;但在氯盐溶液中浸泡,混凝土氯离子结合能力随龄期增加而增加。复合盐溶液中硫酸根离子存在导致浸泡环境下混凝土氯离子结合能力随龄期增加而下降。     

防盐蚀剂对输变电基础混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响

通过室内加速氯离子侵蚀试验,测试不同侵蚀时间内掺GN防盐蚀剂混凝土和无防盐蚀剂混凝土内部不同深度处的氯离子浓度,研究GN防盐蚀剂对氯离子扩散系数和混凝土表面氯离子浓度的影响,引入氯离子扩散系数降低系数和表面氯离子浓度降低系数,对防盐蚀剂的效果进行定量评价。结果表明:GN防盐蚀剂可以使混凝土中氯离子的扩散系数降低31.3%,混凝土表面氯离子浓度降低22.67%;防盐蚀剂可以较大程度地提高氯离子侵蚀环境下输变电基础的使用寿命。     

动载-环境耦合作用下氯离子在混凝土中的扩散性能研究

为了研究动荷载与环境因素(温度、氯盐)耦合作用下氯离子在混凝土中的传输行为,设计出一套试验机制,以研究此工况下混凝土的饱水性能、不同应力水平下氯离子的传输行为及动载与温度耦合作用下氯离子的传输行为。试验结果显示,此工况下混凝土的饱水度均在99%以上,可认为氯离子在混凝土中的传输以扩散为主;氯离子的扩散系数随应力水平和温度的提高而加快;并得到此条件下氯离子扩散的活化能为19.9 kJ/mol;通过寿命预测模型得到常温下钢筋混凝土大桥的寿命为89.1a。     

龄期对负温下混凝土抗渗性能的影响

为了研究不同龄期对混凝土抗氯离子渗透性影响的规律与程度,采用了加速渗透法中的ASTM C1202直流电量法,对标准养护条件和-3℃养护条件下,不同龄期(28d和56d)的混凝土电通量和初始电流进行了测试。试验结果表明:-3℃养护条件下混凝土的电通量随龄期的增长而逐渐降低,即抗氯离子渗透性逐渐增强,与标养下规律相同;随着龄期的增长,-3℃养护条件对混凝土电通量的影响随着龄期的增大而增强,从而对混凝土抗氯离子渗透性能的发展产生更大影响;-3℃养护条件下,混凝土的初始电流随着龄期的增长而减小,同时随着龄期的增长,-3℃养护对混凝土初始电流的影响程度增大,对混凝土抗氯离子渗透性能的发展影响也更大,这与电通量反应规律一致。     

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     

持续荷载和环境耦合作用下钢筋混凝土抗氯盐侵蚀试验研究

沿海混凝土结构长期处于持续荷载和侵蚀环境的耦合作用中。试验设计可持续施加拉/压应力的加载装置,对13根混凝土梁施加不同等级的荷载;同时对受力状态下的混凝土梁进行模拟海水干湿循环的侵蚀。通过试验,研究不同等级荷载和氯盐侵蚀耦合作用下混凝土梁抗氯盐侵蚀性能的变化规律。试验结果表明:(1)通过在梁的受压、受拉侵蚀面浇筑水池,以取水注水的方式来模拟干湿循环可以有效防止盐水对持荷装置的侵蚀,可使试验梁受力更稳定;(2)以施加荷载的大小占极限荷载的比例记做荷载水平λ。当λ=0.3时,受拉区混凝土开裂,各条裂缝最大宽度为0.04 mm,此时裂缝处氯离子浓度与不受力无裂缝混凝土内部氯离子浓度相近;当裂缝最大宽度为0.08 mm时,同深度处氯离子浓度较小幅度增加,影响氯离子传输速率的临界荷载裂缝宽度为0.04 mm。随着λ的增加,受拉区各位置氯离子浓度呈非线性增大,且距离裂缝越近,同深度处氯离子浓度越大;(3)λ<0.45时,混凝土梁受压区氯离子浓度随着荷载水平的增大而减小,当λ>0.45时,受压区氯离子浓度随着荷载水平的增大而增大;在压应力作用下,影响氯离子传输速率的临界λ=0.45。研究表明,荷载和氯盐侵蚀耦合作用对钢筋混凝土结构耐久性能具有巨大的危害,尤其是荷载裂缝处的氯盐侵蚀,实际工程中应采取相关措施加以防范。     

不同应力状态下混凝土抗氯离子侵蚀浸泡试验研究

通过在实验室浸泡的方法,对不同应力状态下、不同水灰比的普通硅酸盐混凝土试件进行抗氯离子侵蚀试验,研究不同强度等级混凝土在应力和氯离子侵蚀的共同作用下氯离子的扩散规律和分布规律。研究发现:在压应力状态下,氯离子含量会随压应力增大而减小,相反,在拉应力状态下,氯离子含量会随拉应力的增大而增大,但随着切片深度的增加,这种影响会逐渐减弱。在抗氯离子侵蚀性能方面,高强度混凝土对应力的影响更敏感。所得到的不同应力状态下、不同切片深度的混凝土结构中氯离子浓度分布,可为推导扩散系数和评估钢筋锈蚀程度提供分析依据。     

浅析外加电场下氯离子在水泥砂浆中传输行为

本文为了测定不同砂浆配比及不同外加电场下氯离子在水泥砂浆中的传输行为,就各时间氯离子累计浓度、电流及电量的变化进行了跟踪分析,结果表明,三者之间存在一定的相关性,无论胶砂比（B／S）如何变化．氧离子浓度均与电量成线性的关系,且当氯离子传输历程已完全进入稳态期后,电量与氯离子扩散系数成线性的关系。其线性回归方程式为,并可用之来预测各配比氯离子扩散系数的大小。     

珊瑚骨料混凝土中钢筋的开始锈蚀模型

采用线性极化法和电化学交流阻抗谱法,分析了不同电压下珊瑚骨料混凝土中钢筋腐蚀电位和腐蚀电流的时变性;测试了珊瑚骨料混凝土和普通混凝土的电阻率和孔隙率,研究了2种混凝土的临界氯离子浓度.结果 表明:在相同电压下,珊瑚骨料混凝土腐蚀电位的稳定期和腐蚀电流的平稳期较普通混凝土短;珊瑚骨料混凝土的临界氯离子浓度小于普通混凝土.     

长期持续荷载对素混凝土氯离子渗透性的影响

荷载作用下混凝土氯离子渗透性是一个新课题,本文利用自行设计的加载装置,对掺不同掺合料的素混凝土,在不同荷载水平作用下的氯离子渗透性进行了研究,考察了渗透深度与时间、荷载水平、时间的平方根以及标态化氯离子渗透深度与荷载水平的关系,并首次提出了渗透深度与荷载水平的关系模型。所得结论对处于氯离子侵蚀环境下混凝土耐久性研究和混凝土耐久性设计具有重要意义。     

杂散电流与硫酸盐耦合作用下混凝土氯离子扩散性能研究

配制了两种配合比的混凝土试件,开展了杂散电流单独作用以及杂散电流与硫酸盐耦合作用下的氯离子侵蚀试验。测试了混凝土中水溶性氯离子含量,计算了不同试验条件下的氯离子扩散系数及其时变规律,分析了杂散电流、硫酸盐以及矿物掺合料对混凝土氯离子扩散性能的影响,并通过微观分析进一步阐述了杂散电流与硫酸盐耦合作用对混凝土氯离子扩散性能的影响机理。试验结果表明:杂散电流会通过电场作用促进氯离子向混凝土内部扩散;复掺粉煤灰和矿粉可降低混凝土孔隙率,显著降低氯离子扩散性能;硫酸盐会与水泥水化产物生成钙矾石,短期内对氯离子扩散起抑制作用,长期将增大氯离子扩散性能;杂散电流与硫酸盐长期耦合作用将增大氯离子扩散性能。