硫酸盐侵蚀混凝土中硫酸根离子分布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,建立了考虑工作环境条件、硫酸盐溶液浓度、循环次数和侵蚀时间等影响因素的硫酸盐侵蚀混凝土中硫酸根离子沿侵蚀深度分布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,为混凝土结构的耐久性研究提供了新的途径.     

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.     

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.     

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。     

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.     

掺离子侵蚀抑制剂对海工混凝土抗硫酸盐侵蚀性能及其防护研究

针对伶仃洋大桥墩柱混凝土服役于海洋环境中易出现腐蚀的耐久性问题,研究了离子侵蚀抑制剂对暴露在硫酸钠溶液中的矿物掺合料混凝土力学性能退化,离子传输和微结构的影响;另外,还研究了钢管防护对半浸泡在硫酸钠溶液中的混凝土力学性能和微结构的影响。结果表明：硫酸盐干湿循环作用下,掺加适量的离子侵蚀抑制剂制备的混凝土具有良好的孔隙分布(有害孔比例降低),导致硫酸根离子在混凝土中的含量和渗透深度降低。此外,钢管对混凝土的防护显著提高了混凝土抗硫酸盐侵蚀性能(浸泡250 d,耐蚀系数96.93%),其作为隔离混凝土与其周围环境的屏障,减轻了硫酸钠溶液在混凝土上的毛细上升现象,从而消除了盐结晶造成的表层剥落。同时钢管的环箍约束限制了硫酸盐侵蚀引起的基体膨胀,导致孔径分布密实度的增加。     

成型压力和浸泡时间对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响

在不同的试验条件下对抗硫酸盐侵蚀进行试验,研究了成型压力和浸泡时间对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响.结果表明:按现有规范规定的成型压力取得的试验结果偏大,对评价侵蚀性能不利,采用振动成型更接近实际情况;随着浸泡时间的延长,混凝土的耐腐蚀性均有所下降,建议延长浸泡时间评价混凝土的抗腐性能.     

硫酸盐侵蚀环境下混凝土双K断裂参数试验研究

为了评估硫酸盐侵蚀环境下混凝土的工作性能并为断裂分析提供依据,采用三点弯曲梁试验方法,研究在硫酸盐侵蚀和干湿循环双重作用下混凝土双K断裂参数等断裂性能的劣化规律.基于断裂力学理论,通过在裂缝尖端表面粘贴应变片来监测裂缝的起裂、扩展和失稳断裂情况,得到在不同硫酸盐侵蚀龄期下试件的P-CMOD曲线.以侵蚀系数为评价指标,采用混凝土双K断裂准则计算构件的失稳韧度和起裂韧度.结果表明:起裂荷载与最大荷载的比值PQ/Pmax大致分布在0.55～0.90,失稳韧度和起裂韧度在侵蚀初期均有较明显的增大,转折点分别为60和30d,之后随侵蚀龄期不断缓慢减小.与失稳韧度相比,起裂韧度受硫酸盐侵蚀因素的影响较敏感.     

含石膏质岩集料混凝土内部硫酸盐侵蚀因素的研究

含石膏质岩集料会引起混凝土内部硫酸盐侵蚀。通过膨胀率和强度测试,研究了水泥C3A含量、水泥碱含量、矿物掺合料、水胶比及养护温度对混凝土抗内部硫酸盐侵蚀的影响。结果表明,C3A含量较低(≤5%)时,不会导致含石膏质岩集料混凝土产生有害膨胀,当水泥中的C3A含量偏高(8%)时,加剧了混凝土膨胀破坏;降低水泥的碱含量,掺入8%的硅灰、15%的偏高岭土以及20%粉煤灰均能提高混凝土抗内部硫酸盐侵蚀性能,而掺入30%矿渣粉对石膏质岩集料引起的内部硫酸盐侵蚀起了促进作用;水胶比的提高延缓了混凝土的早期膨胀,养护温度的提高增加了混凝土内部硫酸盐侵蚀速率。     

粉煤灰对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响

研究了粉煤灰对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响.试样为40mm×40mm×160mm细碎石混凝土和20mm×20mm×20mm水泥石,粉煤灰取代水泥用量为10%,30%和50%.半年浸泡试验表明,R<1.5的粉煤灰提高了混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能,在一定的粉煤灰掺量范围内,掺量增加使改善效果更好.XRD和MIP分析表明,粉煤灰通过其火山灰反应一方面降低了Ca(OH)2的含量,另一方面增强了水泥石的密实性,这有利于减少钙矾石和石膏的生成.     

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。     

受硫酸盐腐蚀钢筋混凝土梁延性分析

为了研究受硫酸盐腐蚀钢筋混凝土梁的延性退化规律,分别利用截面分析法和分形理论对受硫酸盐腐蚀钢筋混凝土梁的延性特性进行了分析计算.在平截面假定的基础上,考虑钢筋和混凝土的腐蚀特点,讨论了钢筋锈蚀与混凝土腐蚀对钢筋混凝土梁延性的影响,分析了受腐蚀梁截面曲率延性系数随钢筋锈蚀率及混凝土劣化系数的演变规律;根据受硫酸盐腐蚀钢筋混凝土梁力学性能的实验研究结果,建立了受硫酸盐腐蚀钢筋混凝土梁截面延性系数的简化计算公式,得到了构件表面裂缝分形维数与构件延性之间的关系.     

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.     

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。     

A new two-staged model to predict corrosion degree of steel bars in cracked concrete area

In order to quantitatively describe the local corrosion process of steel bars in cracked concrete area, a new two-staged utility model is established, and the effect of transverse cracks on the reinforcement corrosion is analyzed from the angle of long-term service performance evaluation for reinforced concrete structure. Moreover, based on the principle of spectral analysis for environmental action of concrete, an equivalent relationship is established between the corrosion rate in the natural environment and that under the standard temperature and relative humidity condition according to the principle of equivalent annual corrosion depth. Comparison between the inspection results from some references and the calculated values by the twostaged utility model validates the feasibility of the proposed model. The model was applied to Chinese Railway Track System(CRTS)Ⅱ ballastless track slab with transverse dummy joints, from which satisfactory results of corrosion degree of steel bars were obtained.     

钢筋在混凝土模拟孔溶液中的腐蚀研究

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素.研究了模拟孔溶液pH值、Cl-浓度、SO42-浓度以及空气等对钢筋锈蚀的影响.试验结果表明：随溶液pH值降低,钢筋锈蚀程度增加.随孔溶液中Cl-浓度增加,锈蚀钢筋增重率线性增加.依据钢筋增重率判断,Cl-导致钢筋锈蚀临界值为0.065%.氯盐溶液中SO42-存在使钢筋锈蚀速度变为原来的2~3倍.将腐蚀溶液中钢筋与空气隔绝将延缓钢筋锈蚀.     

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.     

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。     

交变荷载对硫酸盐侵蚀混凝土速率影响研究

为了研究交变荷载对硫酸盐侵蚀混凝土腐蚀速率的影响,引入受交变荷载影响的硫酸根离子有效扩散系数Dt,采用有限差分法通过matlab软件求解不同交变荷载应力水平、加载频率作用下的有效扩散系数Dt,并与已知的单一硫酸根离子在混凝土中扩散系数D进行比对分析。结果表明:有效扩散系数Dt的引入可以有效地表征交变荷载对硫酸盐侵蚀混凝土速率的影响,交变荷载作用明显地提高了硫酸根离子的有效扩散系数,加速了硫酸根离子的侵蚀速率,侵蚀速率随交变荷载应力水平、加载频率的增加而呈现不同程度的提高。