应力状态下混凝土受硫酸盐侵蚀深度的神经网络预测分析

基于BP神经网络算法,以硫酸盐侵蚀混凝土试验数据为训练样本,建立了考虑硫酸盐侵蚀溶液浓度、混凝土拉压应力水平和侵蚀时间等影响因素的硫酸盐侵蚀混凝土深度的内推与外推预测模型.经验证,该模型具有良好的预测效果,为混凝土受硫酸盐侵蚀的耐久性研究提供了一种有效方法.     

混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素

通过分析混凝土硫酸盐侵蚀反应类型,阐明了混凝土硫酸盐侵蚀机理;通过对混凝土组分、混凝土内部孔隙类型及其分布、侵蚀溶液及混凝土所处的工作环境的研究,探讨了影响混凝土硫酸盐侵蚀的因素,并在此基础上从降低混凝土组分与硫酸盐反应的活性和改善混凝土的孔隙结构等方面提出了提高混凝土抗硫酸侵蚀能力的思路和途径.     

混凝土的硫酸盐侵蚀机理及其影响因素

通过分析混凝土硫酸盐侵蚀反应类型,阐明了混凝土硫酸盐侵蚀机理;通过对混凝土组分、混凝土内部孔隙类型及其分布、侵蚀溶液及混凝土所处的工作环境的研究,探讨了影响混凝土硫酸盐侵蚀的因素,并在此基础上从降低混凝土组分与硫酸盐反应的活性和改善混凝土的孔隙结构等方面提出了提高混凝土抗硫酸侵蚀能力的思路和途径.     

干湿交替环境下混凝土受硫酸盐侵蚀劣化机理

通过试验模拟干湿循环作用下混凝土受不同质量分数硫酸钠的侵蚀特点,从不同侵蚀时间后混凝土的表观特征、质量经时变化规律、混凝土中硫酸根离子分布、侵蚀深度、混凝土轴心抗压强度、劈裂抗拉强度经时退化规律、变形经时变化规律等方面全面衡量混凝土的硫酸盐侵蚀损伤特征;讨论硫酸盐溶液质量分数、侵蚀龄期对混凝土损伤累积规律的影响;根据SEM图像分析受蚀混凝土的微观结构特征,揭示了干湿循环和硫酸盐侵蚀共同作用下,不同侵蚀时期后混凝土损伤的演变机理.试验结果表明,在干湿循环作用下硫酸钠对混凝土的侵蚀损伤是侵蚀产物与硫酸盐结晶膨胀共同作用的结果;在侵蚀初期由于晶体的填充密实作用,使得受蚀混凝土的质量、强度与延性增大;随着侵蚀时间的延长,混凝土不仅受到钙矾石、石膏等侵蚀产物的膨胀损伤作用,而且叠加了干湿循环过程中Na2SO4·10H2O的结晶膨胀作用,使得混凝土损伤反复进行并不断累积,加速了混凝土的受蚀劣化速度,质量、强度逐渐降低,脆性变大;由于拉应力的叠加效应,混凝土劈裂抗拉强度对硫酸盐侵蚀损伤更敏感.     

混凝土受硫酸盐侵蚀的环境因素研究现状

硫酸盐侵蚀是水泥混凝土结构病害劣化的主要原因之一.海水、盐湖、地下水等环境中大多含有硫酸盐,混凝土组分本身也有可能带有硫酸盐,而它们在各种条件下对混凝土产生腐蚀作用,使其发生破坏.文章分析了阳离子、阴离子、硫酸盐浓度、温度、PH值、干湿循环及冻融循环、荷载作用等因素对混凝土受硫酸盐侵蚀的影响,综述了目前的研究现状,指出了当前研究成果中的成就与不足.     

氯盐对灌注桩混凝土硫酸盐腐蚀规律的影响

复杂盐渍环境多种离子侵蚀灌注桩混凝土等现浇混凝土结构的腐蚀规律研究较少.文中对未经标准养护的混凝土试块进行全浸泡侵蚀试验,模拟混凝土灌注桩受硫酸盐及氯盐共同作用的侵蚀过程,探讨氯盐对现浇混凝土硫酸盐腐蚀规律的影响.结果发现,混凝土试块受侵蚀的前7 d,其抗压耐蚀系数均高于1,之后呈现先增大后减小的趋势;侵入混凝土试块中的硫酸根离子随着侵入深度的增加逐渐减小,并且越向深处侵入混凝土内部的硫酸根离子含量衰减速度越快;氯离子的存在抑制了硫酸根离子在混凝土内部的扩散,且加速了硫酸根离子随深度的衰减速度.由于氯离子的先期反应阻碍了石膏型硫酸盐侵蚀发生,从而减少了硫酸盐对于混凝土侵蚀所造成的强度损失,氯盐含量低时效果最明显.     

大孔生态混凝土强度与抗硫酸盐侵蚀性能

为了降低成本和提高抗硫酸盐侵蚀性能,按总胶凝材料用量30%的取代量掺入粉煤灰和矿粉,通过调整细骨料用量来控制大孔混凝土的孔隙率,分别制备了孔隙率为15%、20%和25%的粉煤灰系列和矿粉系列大孔生态混凝土.研究了胶凝材料用量、水胶比和孔隙率对大孔生态混凝土抗压强度和抗硫酸盐侵蚀性能的影响规律.结果表明:大孔混凝土的强度随着胶凝材料用量的增加、水胶比的减小和孔隙率的降低呈线性缓慢地增大;大孔生态混凝土的硫酸盐侵蚀作用在内外同时发生,其抗硫酸盐侵蚀能力明显低于普通混凝土,但当矿物掺合料用量达胶凝材料总量30%时,60次干湿循环后的抗侵蚀系数大于100%.     

硅灰裹石对水泥混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响

使用测长法研究了硅灰裹石对混凝土试样抗硫酸盐侵蚀性能的影响,揭示了渗透性在混凝土硫酸盐侵蚀中的作用。研究结果表明：混凝土中水泥浆体与集料之间的界面过渡区是硫酸盐侵蚀的薄弱区域;集料含量增加,即界面区含量愈多,试样的抗硫酸盐侵蚀性能愈差。采用硅灰裹石处理集料可以大幅度地提高混凝土试样的抗硫酸盐侵蚀能力。     

腐蚀疲劳作用下道路混凝土性能影响因素分析及预测

以室内疲劳荷载与硫酸盐腐蚀作用下混凝土抗弯拉强度劣化试验结果为依据,应用灰色理论分析配合比设计参数(水灰比)、应力水平、硫酸盐浓度等内外部因素对混凝土性能的影响,分析了疲劳荷载与硫酸盐侵蚀环境下混凝土的性能劣化规律并通过建立多元灰预测模型。分析结果表明:对道路混凝土耐腐蚀疲劳影响最大的是水灰比,其次为疲劳荷载和硫酸盐浓度。道路高性能混凝土配合比设计中,应主要采用优化道路混凝土材料组成的方法改善水泥混凝土抗疲劳荷载-硫酸腐蚀能力。建立的GM(1,3)灰色预测模型,能够较好地预测水泥混凝土耐腐蚀疲劳性能。     

川藏铁路石灰石粉–水泥基材料抗低温硫酸盐侵蚀研究

为研究川藏铁路掺石灰石粉混凝土抗低温硫酸盐侵蚀性能,通过对低温硫酸盐溶液浸泡侵蚀和电脉冲低温硫酸盐侵蚀作用下掺不同石灰石粉的水泥基材料的外观侵蚀变化等级、质量评价参数、抗压强度评价参数、孔隙特征以及侵蚀产物的测试,研究了低温环境下石灰石粉掺量对水泥基材料硫酸盐侵蚀行为的影响规律,并建立非单调Wiener随机过程模型对低温环境下石灰石粉-水泥基材料硫酸盐侵蚀服役寿命进行了预测。结果表明:（1）低温环境下硫酸盐浸泡侵蚀反应缓慢,侵蚀周期内,石灰石粉-水泥基试件外观未出现可见剥落、质量持续增加;强度先提高后降低,在侵蚀120d时出现转折;孔隙先细化后劣化,在侵蚀90d时出现转折;在侵蚀180d时有少量碳硫硅钙石生成。（2）电脉冲加速了低温环境下石灰石粉-水泥基硫酸盐侵蚀反应,电脉冲低温硫酸盐侵蚀60d时,试件表面开始剥落,质量和强度下降,内部孔隙劣化。石灰石粉掺量越多,碳硫硅钙石侵蚀破坏就越严重,石灰石粉掺量为40%的试件在侵蚀60d时就有碳硫硅钙石生成,而石灰石粉掺量为10%、20%的试件在侵蚀90d才生成碳硫硅钙石。（3）基于Wiener随机过程的可靠性寿命退化分析表明,电脉冲低温硫酸盐侵蚀作用下掺10%、20%和40%石灰石粉-水泥基材料室内加速侵蚀寿命分别为265d、130d及105d。     

硫酸盐侵蚀下轴心受压钢筋混凝土柱应力时变过程的数值分析

针对荷载和硫酸盐耦合作用过程中钢筋混凝土柱的应力分析问题,在已有混凝土内硫酸根离子扩散反应模型的基础上,进一步给出了硫酸盐侵蚀引起的混凝土损伤程度与硫酸根离子浓度及腐蚀时间之间的关系,建立了与损伤程度相关的混凝土腐蚀本构模型及轴压混凝土柱截面应力的计算方法,并通过数值模拟分析了柱截面内硫酸根离子传输、腐蚀损伤程度变化、截面应变和应力分布规律。结果表明：硫酸根离子浓度和混凝土损伤程度在柱截面内呈梯度分布,且受二维交互效应的影响明显;随腐蚀时间的增加,截面损伤区逐渐向内移动且其宽度增加,而混凝土应力在损伤区呈先增加后逐渐降低、在未损伤区基本呈线性增加的趋势。硫酸盐侵蚀过程中,轴压混凝土柱截面应力发生了明显的重分布现象。     

腐蚀环境中混凝土桩基耐久性研究进展

腐蚀环境中地下混凝土结构的耐久性问题一直是国内外研究的热点问题之一.针对海洋和近海氯盐侵蚀环境与内陆盐湖和盐碱地硫酸盐侵蚀环境中地下混凝土结构的耐久性问题,分别从混凝土侵蚀机理、侵蚀性离子扩散机制、钢筋锈蚀机理、混凝土强度和刚度损伤等几个方面总结和归纳了当前国内外的研究现状,探讨了氯盐侵蚀环境和硫酸盐侵蚀环境中地下混凝土结构的损伤特性和劣化机制.在此基础上,考虑PHC预制管桩和现浇钻孔灌注桩的制作养护工艺,分别论述了海工环境中水平受荷PHC管桩和盐渍土环境中竖向受荷钻孔灌注桩的侵蚀劣化机理,进而结合海工环境中水平受荷PHC管桩和盐渍土环境中竖向受荷钻孔灌注桩的承载机制,探讨了各自承载特性的退化规律,总结了海工环境中水平受荷PHC管桩和盐渍土环境中竖向受荷钻孔灌注桩寿命的预测方法.最后,基于当前腐蚀环境中钢筋混凝土桩基耐久性研究现状,笔者根据自己的见解提出了今后的研究思路和方向,以期为腐蚀环境中和复杂应力条件下钢筋混凝土桩基的耐久性研究以及今后相应规范的制定提供一定参考.     

冻融与腐蚀耦合作用下沥青混凝土性能研究

国内外对冻融循环与硫酸盐腐蚀耦合作用下沥青混凝土的性能鲜有研究。鉴于此,在10%Na2SO4溶液加速劣化条件下采用真空饱水冻融劈裂试验,以冻融腐蚀因子评价沥青混凝土在冻融与腐蚀耦合作用下的性能变化规律。试验结果表明硫酸盐腐蚀加剧了冻融循环对沥青混凝土的破坏作用。SEM微观分析表明硫酸盐溶液较水溶液更易于侵入沥青膜与集料界面及沥青混凝土空隙中,并在冻融条件下发生结冰膨胀导致界面强度降低和裂缝的产生与扩展是沥青混凝土性能衰减的主要原因。水镁石纤维具有优良的稳定效应、界面增强效应和加筋桥接效应,掺加水镁石纤维可以有效提高沥青混凝土抗冻融腐蚀性能。     

Deterioration mechanism of sulfate attack on concrete under freeze-thaw cycles

The experiments of concrete attacked by sulfate solution under freeze-thaw cycles were investigated. The sulfate solution includes two types of 5% Na2SO4 and 5% MgSO4. Through the experiment, microstructural analyses such as SEM, XRD and TGA measurements were performed on the selected samples after freeze-thaw cycles. The corrosion products of the concrete were distinguished and quantitatively compared by the thermal analysis. Besides, the damage mechanism considering the dynamic modulus of elastically of concrete under the coupling effect was also investigated. The experimental results show that, under the action of freeze-thaw cycles and sulfate attack, the main attack products in concrete are ettringite and gypsum. The corrosion products exposed to MgSO4 solution are more than those to Na2SO4 solution. Furthermore, the content of gypsum in concrete is less than that of ettringite in test, and some of gypsum can be observed only after a certain corrosion extent. It is also shown that MgSO4 solution has a promoting effect to the damage of concrete under freeze-thaw cycles. Whereas for Na：SO4 solution, the damage of concrete has restrained before 300 freeze-thaw cycles, but the sulfate attack accelerates the deterioration process in its further test period.     

海洋环境下混凝土的硫酸盐腐蚀机理

海水中存在的硫酸根离子传输至混凝土内部将导致其腐蚀破坏。针对矿粉掺量0~65%的C40引气混凝土进行海洋潮汐区、大气区和水下区腐蚀1~2 a,测试其水溶和酸溶硫酸根离子浓度分布;分析水泥净浆中的腐蚀产物类型及含量。试验结果表明：海洋不同腐蚀区带混凝土中硫酸根离子传输量及传输深度排序为：潮汐区 > 水下区 > 大气区。混凝土中反应硫酸根离子与总硫酸根离子的关系服从线性函数分布,反应量占总硫酸根离子量的90%以上,反应的硫酸根离子量随腐蚀龄期增加而增加。海洋潮汐区和水下区生成的腐蚀产物量高于大气区,主要是钙矾石和石膏;海洋大气区暴露混凝土的腐蚀产物为钙矾石。对于P.I.52.5水泥制备的C40混凝土而言,掺加65%的矿粉有助于提升混凝土抗海洋硫酸根离子侵蚀能力。     

温度和氯盐对混凝土硫酸盐化学腐蚀的影响

为揭示混凝土在不同硫酸盐腐蚀环境下的损伤过程及腐蚀机理,进行了硫酸盐浸泡实验,研究了在复合溶液浸泡作用下混凝土的抗压强度演变、腐蚀产物类型及硫酸根离子反应能力.结果表明:混凝土在硫酸钠溶液中抗压强度先增加后降低,且主要腐蚀产物是钙矾石和石膏.在复合溶液腐蚀环境下,腐蚀产物以钙矾石为主,且混凝土亚微观缺陷减少6.46%.当提高腐蚀溶液温度至50℃时,混凝土的抗压强度演变速度加快,硫酸根离子反应能力提高20%,腐蚀产物以石膏为主.     

硫酸盐腐蚀后混凝土单轴受压本构关系

为了研究硫酸盐侵蚀环境下混凝土力学性能的变化,对受硫酸盐腐蚀的普通混凝土进行单轴受压实验.通过实验室加速腐蚀的实验方法,测定不同腐蚀时期的混凝土的应力应变全曲线,研究受腐蚀混凝土应力-应变曲线上的几个特征值(峰值应力及应变、弹性模量、割线模量、拐点应力及应变、收敛点应力及应变)随腐蚀程度变化的规律,对腐蚀后混凝土的应力应变全曲线进行拟合.结果表明:随腐蚀的进行,混凝土峰值应力、弹性模量先增加后减小,而峰值应变是先稍微有所减小,而后急剧增大;该实验条件下获得了受腐蚀后混凝土应力应变曲线上各特征值与峰值应力fc′的关系式,建立了曲线上升段参数αa的数学表达式.可以以受腐蚀混凝土的强度为基本参数,分别求解受腐蚀混凝土峰值应变、弹性模量,上升段曲线拟合参数、拐点应力以及收敛点应力.从而得到受腐蚀混凝土一系列的力学参数和本构关系.     

应力作用下混凝土胀裂前钢筋锈蚀率预测模型

假设混凝土保护层完全碳化时钢筋开始锈蚀,利用应力状态下混凝土碳化模型,获得应力状态下混凝土中钢筋开始锈蚀时间的计算模型。根据应力状态下混凝土中CO2有效扩散系数得到相应的O2有效扩散系数,并通过外加电流加速锈蚀试验研究了应力状态对钢筋锈蚀速率的影响。最终基于法拉第定律建立了应力状态下混凝土中钢筋锈蚀率的预测模型,并用预测模型计算工程实例。计算结果与实测结果符合较好,同时证明随着应力水平的提高,钢筋开始锈蚀时间提前,锈蚀率加快,最终导致高应力区域锈蚀率明显高于低应力区域。