干湿循环与受弯裂缝共同作用下海工砼梁内氯离子侵蚀及耐久性寿命预测

基于受弯裂缝对浪溅区海工混凝土内氯离子输运的影响分析,综合考虑混凝土损伤、混凝土结合氯离子能力、表层对流效应以及时间劣化效应等因素,建立了修正氯离子扩散模型.采用受弯开裂荷载与氯盐干湿循环共同作用试验来模拟浪溅区实际服役状态的海工混凝土梁内氯离子侵蚀过程,从而对上述模型进行验证.基于蒙特卡罗(Monte Carlo)方法,应用等效氯离子扩散系数的修正计算模型进行混凝土结构的耐久性寿命预测.研究结果表明,混凝土梁受弯开裂处的等效氯离子扩散系数与裂缝宽度、粉煤灰掺量呈指数函数关系.考虑海工混凝土结构的重要使命,将钢筋脱钝时间作为混凝土结构的耐久性极限,讨论了保护层厚度、粉煤灰掺量以及受弯裂缝宽度对混凝土结构耐久性寿命的影响,相关研究成果可为实际海工混凝土结构耐久性设计及寿命评估提供一定的借鉴.     

南海海域珊瑚混凝土结构的耐久性影响因素

为了探究热带海洋环境下混凝土结构的耐久性,通过对我国南海岛礁珊瑚混凝土结构的现场调研与测试,研究了普通混凝土与珊瑚混凝土的破坏现状、碳化深度、自由氯离子含量(Cf)和总氯离子含量(Ct),计算了混凝土结构的氯离子结合能力(R)、表面自由氯离子含量(Cs)、表观氯离子扩散系数(Da)和自由氯离子扩散系数(Df)。结果表明:在南海岛礁工程中,珊瑚混凝土主要破坏特征为混凝土保护层胀裂、剥落、垮塌、露筋、钢筋锈蚀等;在同一岛礁环境,珊瑚混凝土Cs比普通混凝土Cs高13~28倍,Cs分布规律从高到低依次为水下区、浪溅区、大气区;珊瑚混凝土在水下区与浪溅区的Da值分别是大气区的15和7倍;普通混凝土在南海岛礁环境下的Da值比北欧、北美及我国东海等近海环境普通混凝土Da值大4~20倍;在南海岛礁工程中,必须提高混凝土的抗氯离子扩散渗透能力,同时加强迎风面混凝土结构的附加防护和提高其密实度,才能延长珊瑚混凝土结构的使用寿命。     

基于多因素耦合作用的混凝土氯离子迁移规律试验研究

碳化、氯离子侵蚀、荷载三者共同作用对沿海地区混凝土结构耐久性具有重要影响.以C25级普通混凝土为研究对象,针对应力、碳化和氯盐三因素共同作用,借助室内试验手段,对混凝土试样进行加载及快速碳化试验,研究了耦合作用下混凝土中的氯离子迁移机理,建立了应力-碳化-氯盐多因素共同作用下的氯离子传输模型.研究表明:当碳化时间较短时,氯离子扩散系数随荷载等级的增加而不断减小;当碳化时间较长时,氯离子扩散系数在荷载等级较小阶段会有显著下降趋势,而在荷载等级达到60％极限抗压强度以上时,呈现陡增陡降的变化过程.研究成果可以完善结构耐久性设计理论和方法.     

氯离子在受荷混凝土内的传输研究进展

混凝土结构在使用过程中要经受荷载与环境的双重作用。应力水平及由此产生的微裂缝或宏观裂缝对钢筋混凝土结构的耐久性,尤其是有害物质的入侵有一定程度的影响。总结了轴向受拉、轴向受压、弯曲荷载作用下混凝土渗透性的变化规律,分析了不同荷载形式作用下混凝土内的氯离子传输,介绍了计算氯离子等效扩散系数和钢筋锈蚀速度的经验公式,提出了需要改进的建议与深入研究的方向。     

利用丝束电极技术研究海洋环境下裂缝混凝土中钢筋的锈蚀EI北大核心CSCD

利用丝束电极技术研究0.1~0.3 mm裂缝砂浆保护下电极表面腐蚀电流分布与电化学阻抗谱。在海洋浪溅区对0.1~0.3 mm裂缝混凝土暴露700d,测试钢筋混凝土阻抗谱并计算腐蚀电流演变。结果表明:无裂缝砂浆中钢筋钝化时间大约为10~17 d,裂缝使得混凝土中钢筋钝化时间提前。混凝土中钢筋钝化与锈蚀均是由点到面的非均匀过程,裂缝使得氧气快速渗透至钢筋表面并在裂缝处形成阴极区;随着氯离子通过裂缝扩散至钢筋,裂缝处钢筋氧化形成若干阳极区。当横向裂缝小于0.1 mm时,海洋环境下的混凝土微细裂缝自愈合降低了氧气供给,使得裂缝处阳极区再次转化为阴极区从而延缓钢筋腐蚀。当横向裂缝为0.3 mm时,混凝土裂缝处钢筋快速锈蚀并向裂缝两边扩展,海洋浪溅区钢筋腐蚀速度可达到0.484μm/a。     

荷载作用下混凝土氯离子渗透性研究进展

氯离子侵蚀是影响钢筋混凝土耐久性的重要因素,而荷载水平对混凝土结构的裂缝扩展及孔结构有着显著的影响,进而影响混凝土结构的氯离子渗透性。本文综述了近年来在压缩、弯曲和拉伸荷载对混凝土氯离子渗透性的影响方面的研究进展,对存在的相关问题进行了讨论,并对需进一步研究的问题提出了相应的建议。     

自密实混凝土增大截面加固RC梁后可靠指标提高量分析

为了探究自密实混凝土增大截面加固后可靠指标的提高量,依托RC简支T梁加固试验,建立了自密实混凝土加固前后的承载力模型,基于误差传递公式算出抗力的均值和方差,考虑材料特性、几何参数以及计算模式不确定性,通过JC法确定梁加固前后的可靠指标,讨论了持荷工况以及加固厚度对可靠指标的影响.结果表明:加固厚度相同时,持荷工况越小,可靠指标提升越大;持荷工况相同时,加固厚度的改变对可靠指标的变化较小.加固厚度为100 mm的梁的可靠指标比加固厚度为60 mm的加固梁的可靠指标提高量小于5％.     

剪应力作用下混凝土结构氯离子传输试验研究

实际工程中混凝土结构受到正应力和剪应力共同作用会加速耐久性劣化,但混凝土结构在剪应力作用下的氯离子侵蚀规律研究却鲜见报道.提出新的耐久性试验加载方式使混凝土小梁承受长期剪应力作用.试验研究了剪应力作用下混凝土结构氯离子侵蚀规律,结果表明,剪应力作用会使混凝土结构的氯离子渗透性增加,随着荷载水平的提高,氯离子扩散系数Di显著增大.最后,根据试验数据建立了混凝土试件在剪应力作用下氯离子扩散系数数学模型,量化分析了剪应力作用大小对混凝土氯离子扩散系数的影响.     

基于可靠指标的混凝土箱梁桥氯离子扩散效应分析与寿命预测

为了准确模拟和分析氯离子在混凝土中扩散的随机效应,从概率论的角度出发,在Fick第二定律的基础上,建立了考虑氯离子随机扩散效应的元胞自动机模型.同时结合结构可靠度设计理论,基于结构可靠指标,提出了一种能够预测结构耐久性使用寿命的预测方法.以某单箱双室系杆拱桥为例,对氯离子的侵蚀过程进行了模拟,并对结构耐久性使用寿命进行了预测.研究结果表明:建立的氯离子随机扩散模型可以有效模拟氯离子在扩散过程中的随机性和不确定性,能够反映工程中氯离子的实际侵蚀过程;对具有复杂截面形式的混凝土箱梁而言,为了能够获得准确的计算结果,在进行氯离子扩散效应分析时应充分考虑截面的几何特征;预测结果表明,该结构服役45年左右时将达到结构耐久性极限设计状态.     

冰冻海水环境下混凝土表面涂层长期暴露试验研究

本文通过对暴露长达10年的表面涂层混凝土试件和青岛市胶州湾大桥实体结构进行涂层粘结强度、氯离子浓度等测试,对涂层应用在混凝土结构上的长期防护效果进行了研究。结果表明:在冰冻海水环境暴露10年后,大气区、浪溅区和水变区混凝土表面涂层的粘结强度均超过1.5 MPa,符合现行规范要求;在浪溅区和大气区环境下,涂层对海工混凝土的长期防护效果较好,但在水变区环境下涂层的防护效果相对较差;有涂层混凝土试件的表观氯离子扩散系数与无涂层混凝土在水变区环境下已无明显差别;大桥实体结构中有涂层混凝土的表面氯离子浓度较无涂层混凝土降低了2.3~3.9倍,且涂层对于实体结构的抗氯离子长期侵蚀效果稍弱于小尺寸混凝土试件。     

梁压区边缘设置碳纤维板抗弯承载力试验研究

对2根受压区设置CFRP板的钢筋混凝土适筋梁进行静载四点弯曲试验,分别为在受压区设置一层CFRP板和二层CFRP板.实测轴向荷载-挠度关系曲线,分析加固梁的受压破坏形式、受压区设置CFRP板对适筋梁抗弯承载力、挠度以及应变的影响规律,同时进行1根普通钢筋混凝土适筋梁的静载试验,与受压区设置CFRP板的适筋梁进行比较,最后验证CFRP板加固混凝土构件应考虑CFRP板受压性能对构件承载力的提高作用,并推导出受拉面和受压面粘贴CFRP板加固的矩形截面受弯构件的正截面承载力计算公式.     

Monotonic and fatigue performance in bending of fiber-reinforced engineered cementitious composite in overlay system

This paper presents an experimental study and theoretical analyses on the monotonic and fatigue performance in bending of a polyvinyl alcohol (PVA) fiber-reinforced engineered cementitious composite (ECC) overlay system. The influence of the interfacial characteristics between overlay and old concrete substrate on the overall bending performance is investigated. The experimental results show that when ECC is used as overlay material, both load carrying capacity and deformability represented by deflection at peak load of the overlaid beams in flexure are significantly increased compared to those of plain concrete (PC) overlaid beams. The fatigue life of ECC overlaid beams in flexure is not influenced by the layer/base interfacial characteristics, such as smooth cutting surface or sand-blasted rough surface. However, the deformation ability of the overlaid beams, such as deflection at midpoint of beam, in both static and cyclic loading cases are influenced by the interfacial property. The smooth casting surface leads to larger deformation at peak load under monotonic loading and at failure under fatigue loading than the corresponding values for beams with a rough casting surface. The present study demonstrates that reflective cracking failure in pavement overlays can be eliminated by the use of a ductile material such as ECC.     

混凝土梁嵌粘混合FRP筋弯曲性能试验研究

分别在钢筋混凝土简支梁和连续梁的受弯区、负弯矩区表层嵌粘不同FRP筋材进行加固,进行单调加载弯曲试验,研究不同初始荷载、FRP筋种类对简支梁、连续梁嵌粘FRP筋后的特征荷载、应变、变形等的影响程度,记录加载过程中梁体裂缝扩展情况。结果表明:不同FRP筋混合嵌入加固混凝土梁,可显著提高简支梁、连续梁的抗弯承载力,改善使用阶段性能,与单一FRP筋材嵌粘加固相比,裂缝分布特征相似,延性更佳;在初始荷载未完全卸除时,混凝土梁表层嵌粘不同FRP筋的加固效果略逊于无初始荷载作用下的加固梁,不过效果仍比较理想,建议实际工程中尽可能卸除外部荷载后再进行嵌粘混合FRP筋加固。     

沿海混凝土结构氯离子对流区深度计算模型

沿海干湿交替环境下的氯离子传输方式和影响机理等问题是混凝土耐久性研究的主要内容,描述混凝土内部氯离子传输行为的计算模型通常由偏微分方程组成,求解方法较为复杂。为了简单而相对精确地分析氯离子的传输过程,本文提出了计算修正Fick定律模型中对流区深度参数Δx的新途径,通过综合考虑混凝土细观尺度组成、环境温度场变化、水分迁移和氯离子传输等因素,建立起干湿交替区域氯离子传输的计算模型,依据该模型可以较为准确地得到Δx的数值,进而对不同服役环境中的氯离子传输展开分析,根据计算结果给出考虑服役时间、日平均气温和干燥湿润时间比等参数的对流区深度Δx时变公式。这些公式提高了预测干湿交替环境中氯离子传输的修正Fick定律模型的适用性与准确性,可为干湿交替环境中的混凝土结构耐久性设计提供了简单有效的计算方法。     

弯曲荷载下喷射混凝土衬砌碳化耐久性研究

以一般大气环境长大喷射混凝土单层永久衬砌隧道为背景,开展弯曲荷载作用下喷射混凝土衬砌碳化耐久性试验.采用改进的四点弯曲法,对应力比为0、0.25、0.50和0.75的混凝土试件进行快速碳化试验,并对无荷载混凝土试件的抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度进行测试.以张誉碳化模型为基础,对其碳化系数进行修正,建立考虑应力比、受力方式、钢纤维和成型方式的喷射混凝土碳化深度预测模型.结果表明:喷射混凝土碳化深度符合Fick第一定律,碳化系数与受力方式和应力比、钢纤维及成型方式有关.喷射混凝土碳化耐久性优于模筑混凝土,钢纤维可进一步提升喷射混凝土碳化耐久性.碳化混凝土相对抗压强度和相对劈裂抗拉强度随碳化深度增大而增大,相对劈裂抗拉强度与碳化深度呈指数关系.通过将模型预测值与试验值进行对比,其平均偏差小于10%,标准差为0.07,对弯曲荷载喷射混凝土碳化深度的预测具有较好的适用性.     

Experimental Analysis of Composite I-Beams Under Bending and Crushing

An experimental investigation has been carried out to study the effect of aspect ratio thickness per unit length (t/L) on load-carrying capacity and energy absorption capability of the composite I-beam under both quasi-static axial and three- and four-point bending loading. The beams were fabricated from woven roving glass fiber and epoxy. The composite I-beams fabricated for quasi-static axial compression tests were of 250 mm gauge length, 76 mm flange width, and 125 mm web height, while the composite I-beams fabricated for three- and four-point bending tests were of 500 mm gauge length, 76 mm flange width, and 125 mm web height. The I-beam failure modes and load-deformation curves are presented and discussed. The results showed that the aspect ratio (t/L) significantly influenced the load-carrying capacity of I-beams under both quasi-static axial and three- and four-point bending loading. The results also showed that the specific energy absorption capability of I-beam increases with the aspect ratio increase. Furthermore, the three-point bending displayed higher energy absorption than four-point bending. The initial crushing bending moment for beams under bending loading was computed and the percentage difference for the three- and four-point bending loading were found to be in the range of 0.88–10.16%, respectively.     

橡胶集料掺量对混凝土弯曲性能的影响及评价方法研究

通过6组18根橡胶集料混凝土小梁的四点加荷试验,研究了橡胶集料体积率对混凝土弯曲性能的影响,提出采用应变能作为材料吸收能量的度量指标,来评价橡胶集料混凝土的弯曲性能.试验结果表明,随着橡胶集料掺量的增加,混凝土的抗折强度逐渐减小,吸收塑性应变能的能力逐渐增大,抗弯极限拉伸值明显增大,且试件表现出明显的延性破坏特征.当橡胶集料体积率达到15%时,与基体相比抗折强度下降28.5%、应变能增大10.66倍、极限拉应变增大4.21倍.     

Probabilistic evaluation of initiation time in RC bridge beams with load-induced cracks exposed to de-icing salts

In this study, a reliability-based method for predicting the initiation time of reinforced concrete bridge beams with load-induced cracks exposed to de-icing salts is presented. A practical model for predicting the diffusion coefficient of chloride ingress into load-induced cracked concrete is proposed. Probabilistic information about uncertainties related to the surface chloride content and the threshold chloride concentration has been estimated from a wide review of previous experimental or statistical studies. Probabilistic analysis to estimate the time to corrosion initiation with/without considering the effect of the load-induced cracks on the chloride ingress into concrete has been carried out. Results of the analysis demonstrate the importance of considering the effect of the load-induced cracks for correct prediction of corrosion initiation in RC bridge beams exposed to chlorides.