荷载和环境共同作用下混凝土中氯离子传输的试验研究

荷载和环境作用影响着混凝土中的氯盐传输过程和混凝土结构的服役寿命。采用弹簧加载系统对8根钢筋混凝土梁施加极限抗弯承载力28%、22%、16%和10%的持续弯曲荷载,并测定混凝土梁跨中部位的局部应变;氯盐侵蚀试验在多功能人工模拟环境试验箱中进行,4根混凝土梁置于5%的Na Cl溶液并在环境温度为50℃下进行浸泡试验,其余4根钢筋混凝土梁在全自动干湿循环试验箱中进行干湿循环试验,干燥过程中环境相对湿度为60%。氯盐侵蚀60 d后对混凝土梁受拉区和受压区取粉分析氯离子浓度。结果表明:与未承受荷载混凝土试件的氯离子传输速率相比,拉应变达到526με时氯离子扩散系数达到未承受荷载时的2.4倍,压应变达到90με时氯离子扩散系数无明显改变,而当压应变达到175με时氯离子扩散系数降低为无荷载作用时的0.4倍,拉应力加速了氯离子的传输速率,而压应力在一定范围内能够抑制氯离子的传输;且干湿循环条件下混凝土的氯离子传输速率明显高于浸泡条件的混凝土。"拉应力+干湿循环"条件对氯离子的传输影响最大;混凝土局部应变与氯离子扩散系数的相关性较好,能够反映荷载作用对氯盐传输的影响。在一定应变范围内,氯离子扩散系数随拉应变的增大而提高,随压应变增大而降低。     

盐冻作用下风积沙混凝土中氯离子扩散研究

为研究氯盐冻融循环作用下风积沙掺量对混凝土氯离子扩散的影响,试验制备了不同风积沙掺量(质量替代率为0％、25％、50％、75％、100％)的混凝土.通过化学分析法测定盐冻环境下不同风积沙掺量混凝土中自由氯离子浓度和总氯离子浓度,计算了风积沙混凝土相对氯离子结合系数和氯离子扩散系数.结果表明:自由氯离子浓度随风积沙掺量的...     

既有水工混凝土氯离子扩散系数的时变模型

处于自然含氯环境下的水工混凝土,承受荷载和氯盐侵蚀等多种因素的作用.根据钱塘江河口地区的两座既有水闸的闸墩混凝土中氯离子浓度的检测结果,分析了实际水工混凝土在自然环境下的氯离子侵蚀规律,得出使用30 a的水工混凝土中氯离子最高浓度在距离表面约2 cm处;通过模拟既有水工混凝土并测试氯离子扩散系数,证实了氯离子扩散系数随时间减小的规律;基于既有水工混凝土的测试、模拟和Fick第二定律,建立了包括时间、空间和温度影响因素的既有水工混凝土氯离子扩散系数时变模型.     

海水干湿交替区氯离子对混凝土侵入作用的现场检测和分析

为研究海水干湿交替区氯离子对混凝土结构的侵入规律,本文分别对作用时间为4年多和16年多的2个海港码头干湿交替区进行多次现场检测。考虑了混凝土的表层对流区深度,运用Fick第二定律对实测氯离子侵入资料进行拟合,研究了干湿交替区不同高程纯扩散区域的表面氯离子含量和氯离子扩散系数。根据该海区潮汐特征的统计资料计算得到不同高程的海水年浸润时间比例,研究了不同码头海水年浸润时间比例与平均表面氯离子含量和平均扩散系数之间的关系。结果表明,海水年浸润时间比例在0.3～0.5之间时,平均表面氯离子含量和平均氯离子扩散系数都较大,将可能对混凝土结构造成严重的侵蚀。本文引入海水年浸润时间比例,可以将干湿交替条件下的氯离子侵入规律应用到其它海域。     

水工混凝土氯离子侵蚀及扩散系数的随机模型

处于河口感潮环境下的水工混凝土,承受氯盐侵蚀、潮水冲刷等多种自然环境荷载的作用,一般的室内实验很难模拟其真实的侵蚀过程.以钱塘江河口地区环境为研究背景,分析了处于感潮环境下的现有水工混凝土中氯离子侵蚀深度及含量,利用数理统计理论得到了自然环境下氯离子渗透规律;根据实测结果,分析了现有混凝土表面氯离子浓度和初始浓度.在上述分析研究的基础上,用Fick扩散定律分析了感潮环境下混凝土的氯离子扩散系数,研究了其分布类型及随机模型.     

混凝土碳化对氯离子扩散影响试验研究

混凝土耐久性研究从环境层面分主要是碳化和氯离子扩散两个方面。碳化过程会改变混凝土的性质,影响氯离子扩散。在相同养护条件下制成混凝土试件,试件在内部环境条件相同的碳化箱中进行不同程度碳化并测量碳化深度。采用标准电流电量法测量不同碳化深度混凝土试件的扩散系数,分析在其他条件相同的情况下碳化深度对氯离子扩散系数的影响及产生这种影响的原因。试验结果表明氯离子扩散系数随碳化深度增加而增大。综合分析碳化影响效应,碳化对于氯离子扩散存在正反两方面的影响。一方面碳化增加混凝土密实度,阻碍氯离子扩散;另一方面碳化增加混凝土内毛细孔数量且增加自由氯离子含量,促进氯离子扩散。实际情况下碳化对于氯离子扩散系数的影响效应取决于哪一方面的作用更具主导性。     

水工混凝土氯离子扩散系数初期衰减规律研究

在钱塘江自然感潮氯盐环境条件下,通过现场侵蚀试验,测得受侵蚀120,240,360,480 d和600 d后水工混凝土梁中的自由氯离子浓度。分析结果表明,随着侵蚀时间的推移,混凝土中自由氯离子浓度也相应增加;基于Fick第二定律拟合计算了氯离子扩散系数,计算结果显示,氯离子扩散系数随侵蚀时间推移而减小,且初期衰减较快其后趋于平稳,其衰减规律可用指数函数来表征。     

干湿循环作用下不同掺和料对水工混凝土抗氯离子侵蚀研究

实际工程表明,混凝土结构干湿循环部位往往破坏更为严重。文章以干湿交替区域的混凝土为研究对象,研究了干湿循环作用下基准混凝土、轻烧氧化镁混凝土、聚丙烯纤维混凝土、轻烧氧化镁—聚丙烯纤维混凝土抗氯离子侵蚀性能的差异性。结果表明,在干湿循环作用下,四种混凝土中轻烧氧化镁混凝土的抗氯离子侵蚀能力最强,其后依次为双掺混凝土、基准混凝土和聚丙烯纤维混凝土。     

碳化及硫酸盐侵蚀对混凝土强度性能的影响研究

为研究碳化与硫酸盐侵蚀共同作用下混凝土的强度特性及其演变规律,分别通过单一硫酸盐干湿循环试验、单一碳化试验以及碳化与硫酸盐干湿循环的交替试验,分析其对混凝土强度特性的影响机理。试验结果表明:水灰比越小,单一硫酸盐侵蚀以及碳化与硫酸盐侵蚀交替作用后混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度降低幅度越小;随着碳化时间的延长,混凝土的抗压强度及劈裂抗拉强度呈现先快后慢的增长趋势,且水灰比越大,增长幅度越大;碳化与硫酸盐侵蚀共同作用下,二者对混凝土强度的影响特征并非各自影响效应的简单叠加,而是相互影响、相互促进。因此,在碳化和硫酸盐侵蚀作用同时存在的环境中,混凝土的水灰比不应太大。     

一般干湿循环对混凝土力学性能及抗氯离子渗透性能的影响

为了解我国淡水区干湿循环作用下混凝土构件的性能变化情况,研究模拟了无盐害共同作用的一般干湿循环环境,测试一般干湿循环前后混凝土的抗压强度表征力学性能,动弹模量表征内部损伤情况以及非稳态氯离子迁移系数表征混凝土的抗氯离子渗透能力。结果表明,干湿循环后,混凝土抗压强度有所增长,内部出现损伤,抗氯离子侵蚀性能增强。研究同时进行了混凝土孔结构参数的测试,混凝土孔隙率减小、平均孔径变小、凝胶孔含量增多以及大孔含量减少,使得混凝土变得更加密实,是导致混凝土强度提高的主要原因。混凝土内部损伤可能是由于干湿循环作用下混凝土内部出现了微裂纹,并非是孔结构变差导致。干湿循环后混凝土临界孔径的减小是其抗氯离子侵蚀性能增强的主要原因。     

曹娥江大闸高性能混凝土抗氯离子渗透性能

针对曹娥江大闸枢纽工程的特点,研究普通混凝土和4种配合比高性能混凝土的抗氯离子渗透性能,并进行混凝土抗氯离子侵蚀机理分析及工程寿命预测。自然浸泡法测得高性能混凝土的氯离子有效扩散系数在0.91×10-12~1.96×10-12m2/s之间,试验结果表明:高性能混凝土的氯离子扩散系数显著小于普通混凝土,具有更好的抗氯离子侵蚀性能,能显著延长工程寿命。     

混凝土箱梁氯离子扩散效应分析与寿命预测的CA模型

为了准确地模拟混凝土箱梁中氯离子的侵蚀过程,预测截面内任意时刻任意位置的氯离子浓度以及结构耐久性使用寿命。基于2D元胞自动机原理建立了混凝土氯离子扩散的元胞自动机模型(CA模型),模型同时考虑了材料和龄期对氯离子扩散效应的影响。以某箱形截面梁为例,根据箱梁中氯离子扩散的元胞自动机模型,编写了MATLAB计算程序,分析了氯离子在截面内的扩散规律,并根据模型对该结构耐久性使用年限进行了预测。研究结果表明:与氯离子浓度解析解和试验值相比,建立的元胞自动机模型能够有效地模拟混凝土箱梁氯离子扩散过程,且计算精度较高;根据截面倒角形式的不同,氯离子呈现出不同的扩散规律,不同位置氯离子浓度达到钢筋锈蚀临界浓度所需的时间不同;通过与寿命预测解析解进行对比,证明了该模型能有效预测混凝土结构耐久性使用寿命。利用该模型对氯盐侵蚀环境混凝土箱梁耐久性使用寿命进行预测,分析得出服役51 a左右该结构将达到耐久性极限设计状态。     

碳化作用对水泥净浆中游离氯离子浓度的影响

以探究碳化作用对水泥净浆中游离氯离子浓度的影响为目标,并借助XRD衍射图谱、SEM扫描电镜图等微观手段,研究了碳化作用下水泥净浆内游离氯离子浓度的影响规律以及微观结构特征。结果表明:水灰比对碳化作用前游离氯离子浓度的影响变化受总氯离子浓度的影响,总氯离子浓度越高,水灰比对游离氯离子浓度的影响越大;碳化不利于氯离子的结合,一方面是因为碳化作用不利于Friendel盐的生成和稳定,减少了离子化学固化量。另一方面水化产物中的C-S-H凝胶的生成量也减少,大量的Ca~(2+)被消耗,Ca/Si比也减小,削弱了物理吸附作用,减少了离子物理吸附量,从而增大了水泥净浆中游离氯离子浓度;碳化能显著细化孔隙结构,减少孔隙率,有利于减弱游离氯离子的扩散与侵蚀。     

海工混凝土氯离子分布概率模型分析与应用

在海工混凝土结构中,由于氯离子侵蚀导致的钢筋锈蚀问题十分普遍。为准确判断钢筋初锈时间,预测结构耐久性劣化规律,在现有氯离子扩散模型的基础上,基于蒙特卡罗理论,利用MATLAB软件对钢筋周围氯离子浓度分布进行随机抽样模拟。结果表明一定时间段内（10年、50年、100年）钢筋周围氯离子浓度服从对数正态分布,并提出判断钢筋锈蚀的概率模型,以概率方法判断钢筋锈蚀,其可靠性将大大增加。结合该模型对连云港港区现场服役混凝土构件进行了氯离子含量预测,现场取粉试验结果基本符合该模型分布,其均值吻合较好,并对港区混凝土结构耐久性使用寿命失效概率进行了风险评估。     

混凝土中氯离子二维扩散规律的解析研究

在综合考虑混凝土初始暴露龄期和时变扩散系数的基础上研究氯离子侵入混凝土的时变扩散模型,并据此推导了氯离子二维扩散微分方程的封闭解,分析了混凝土初始暴露龄期、持续暴露时间、时变扩散系数等因素对混凝土中氯离子二维扩散和分布规律的影响。研究并比较了本文与其他文献中的氯离子二维扩散模型,并对这些计算模型的特点和适用性给出说明。     

基于相似理论的海工预应力混凝土构件寿命预测

根据经典相似理论及海工预应力混凝土结构耐久性的主要表征量,以氯离子扩散系数为纽带建立了室内加速模拟环境试验结构与现场环境结构之间的时间相似关系。参考连云港港区氯盐侵蚀环境,设计了相应的人工气候模拟侵蚀条件;浇筑了2根与现场构件材料组成相同、结构特征相似的试验梁。对现场构件及侵蚀后的试验梁钻取混凝土粉末试样,通过快速氯离子检测方法(即RCT法)测得氯离子含量。按照Fick第二扩散定律并通过Matlab拟合得到氯离子扩散系数,并根据其时间衰减关系得到该地区对应的海洋大气区时间相似系数,实现现场服役结构耐久性寿命预测。     

人工气候环境下水工混凝土钢筋初始锈蚀时间预测

根据人工气候环境下的混凝土侵蚀试验测得的混凝土中氯离子质量分数,分别研究了腐蚀24 d,40 d,80 d,120 d和160 d后混凝土的氯离子扩散参数,基于Fick第二定律和Monte-Carlo法模拟了混凝土中钢筋的初始锈蚀时间。结果表明,在人工气候环境下混凝土保护层有效厚度对水工混凝土钢筋初始锈蚀时间的影响较大。     

矿物掺合料对西北盐渍土地区混凝土耐腐蚀性的影响

为解决我国西北盐渍土地区混凝土结构存在的盐蚀问题,掺入矿物掺合料提高混凝土的耐腐蚀性。根据特定工程会对混凝土强度预先提出要求的实际情况,控制混凝土满足C35强度等级,设计单掺、双掺和三掺粉煤灰、矿渣粉及硅灰等6种配合比,采用硫酸盐干湿循环侵蚀、SEM(Scanning Electron Microscope)和XRD(X-Ray Diffraction)等方法研究不同掺合料对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响,采用快速氯离子迁移系数和电通量法研究混凝土的抗氯离子渗透性能。结果表明:混凝土强度相同条件下,随着掺合料掺量增加,混凝土抗硫酸盐侵蚀和抗氯离子渗透能力都有提高,且粉煤灰的提高效果高于矿渣粉的提高效果。不同掺合料复掺可以改善混凝土的孔隙结构与水化产物结构,明显提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力,进一步提高混凝土的耐腐蚀性。