预应力混凝土氯盐侵蚀模型及耐久性分析

针对氯盐环境下氯离子侵蚀预应力混凝土结构这一耐久性问题,介绍了国内外有关混凝土氯盐侵蚀模型的研究成果,分析评价了几种典型的扩散方程,并改进了预应力混凝土氯离子侵蚀模型.以氯离子扩散速度、表面氯离子浓度以及保护层厚度为分析变量建立了耐久性可靠度分析模型.应采取综合措施提高预应力混凝土耐久性.     

暴露时间和扩散深度对混凝土氯离子结合能力的影响

进行了现场海洋大气盐雾环境中混凝土的暴露试验,分别测定了混凝土试件不同深度的总氯离子浓度和自由氯离子浓度,深入研究了混凝土在海洋大气盐雾环境下氯离子扩散过程中的自由氯离子浓度和结合氯离子浓度的经时变化特征.同时考察了各个暴露时间和扩散深度时的氯离子结合能力,运用回归分析探讨了暴露时间和扩散深度对混凝土氯离子结合能力影响的规律性.结果表明,氯离子结合能力与暴露时间符合幂函数关系,与扩散深度满足三次多项式函数关系.数值拟合计算值与实测值吻合,证明了拟合函数的有效性.     

多因素作用下钢筋混凝土构件氯离子扩散系数模型

通过对钢筋混凝土氯离子侵蚀机理的分析,在Fick第二扩散定律基础上,建立了综合考虑水灰比、湿度、时间、温度、混凝土材料对氯离子结合作用等多因素作用下的氯离子侵蚀模型,并给出了考虑边界条件的侵蚀模型数学解。通过对长期现场暴露试验数据分析,验证了该侵蚀模型的有效性和可靠性。与传统的Fick第二扩散定律模型对比并分析得：该模型不仅能反映结构实际受氯盐侵蚀的发展趋势和混凝土不同深度处的氯离子浓度,而且能预测不同时期钢筋处的氯离子含量和钢筋开始锈蚀时间。     

基于深度学习的粉煤灰混凝土氯离子浓度预测

为研究深度学习方法在氯离子浓度预测中的应用，通过自然潮差环境下粉煤灰混凝土的长期暴露试验获取3 150组自由氯离子浓度数据，建立不同激活函数、不同隐藏层层数的多层感知器(multi-layer perceptron, MLP)模型，开展考虑水灰比、暴露时间、粉煤灰掺量、渗透深度4个输入参数影响的粉煤灰混凝土中的自由氯离子浓度预测研究.结果表明，采用ReLu函数及4层隐藏层构建MLP模型时，自由氯离子浓度的预测结果最优.同时，将构建的最优MLP模型开展基于未测参数的自由氯离子浓度预测，比基于菲克第二定律的预测结果更准确.因此，MLP模型具有精度高和适用范围广泛的特点，可作为氯盐环境下混凝土中自由氯离子浓度预测的新方法.     

混凝土中氯离子-硫酸根离子耦合扩散模型

为了研究混凝土中硫酸根离子与氯离子扩散的相互影响,引入硫酸根离子侵蚀损伤演化理论,分析了硫酸根离子侵蚀对混凝土孔隙率的影响和混凝土孔隙率对氯离子扩散的影响,提出了考虑硫酸根离子影响的氯离子扩散系数。通过菲克定律推导出的一维扩散模型对实验数据进行拟合,确定了待定系数a_D的值,建立了考虑硫酸根离子侵蚀损伤演化的氯离子扩散模型。     

混凝土中氯离子扩散数值研究

针对混凝土氯离子扩散系数以及表面氯离子浓度受时间效应的影响,采用COMSLOL有限元软件对氯离子扩散过程进行数值模拟,将预测结果与实测试验结果相比较,验证该方法是一种有效的氯离子扩散分析方法.考虑实际环境中氯离子扩散受时间因素及不同氯侵蚀环境因素影响,分别对不同水灰比及不同龄期下的混凝土氯离子扩散进行模拟,为分析近海和除冰盐环境下结构混凝土中氯离子浓度分布提出了一种新的预测方法.     

干湿循环机制下碳化混凝土氯离子侵蚀试验研究

海工混凝土结构的水上区部分,长期受到氯离子侵蚀和碳化的双重作用,较之一般大气环境下的混凝土结构,这一区域的混凝土结构更易发生钢筋锈蚀.本文开展了干湿循环机制下碳化混凝土的氯离子侵蚀试验,通过分析氯离子浓度分布规律,扩散系数以及微观结构,深入研究混凝土碳化对氯离子扩散的影响.研究结果表明,碳化反应增加了混凝土内部自由氯离子的含量,减缓了氯离子浓度的衰减,对混凝土的抗氯离子侵蚀性能造成了不利影响.碳化后,低水胶比混凝土的氯离子扩散系数有所下降,而高水胶比混凝土的氯离子扩散系数显著增大.碳化反应对混凝土的微观结构有一定的劣化作用,将会加速有害介质的侵入.降低水胶比可显著提高混凝土的密实度,增强混凝土自身的抗氯离子侵蚀性能,同时可以减轻碳化反应对氯离子侵蚀的加剧.     

粉煤灰对混凝土表面氯离子浓度的影响

用自然扩散法测定了混凝土中的自由氯离子浓度,计算了普通混凝土(Ordinary Portland concrete,OPC)和粉煤灰混凝土(Fly ash concrete,FAC)表面氯离子的浓度值,研究了暴露于海水前的养护龄期、暴露时间、粉煤灰(Fly ash,FA)掺量对混凝土表面氯离子浓度的影响.结果表明:在海水环境中,混凝土的表面氯离子浓度均随着暴露于海水前的养护龄期的延长而减小,随着暴露时间的延长而增加.FAC的表面氯离子浓度基本上随着FA掺量的增加不断减小.因此,对于实际海洋环境下的混凝土结构,在保证结构强度的前提下应尽量增加FA的掺量,同时延长潮湿养护的时间,有利于提高结构的服役寿命.     

氯盐侵蚀环境下裂缝对混凝土内氯离子含量的影响分析

为探究氯盐侵蚀环境下钢筋混凝土构件的裂缝宽度与混凝土内氯离子含量的关系,利用混凝土氯盐干湿循环试验,采用NCL-AL型氯离子含量快速测定仪检测氯离子在混凝土中的侵蚀深度与含量.结果表明:裂缝加速了氯离子在混凝土内的传输,并为氯离子的二维扩散提供了条件;氯离子在裂缝周围区域扩散的影响深度为30~50mm;裂缝区域氯离子的浓度在35mm深度之后基本趋于稳定,在稳定阶段随着裂缝宽度的增大,氯离子的浓度逐渐增加;裂缝对混凝土内等效表观氯离子扩散系数的影响十分显著,氯离子扩散系数随裂缝宽度呈三次函数增加.     

混凝土在海洋环境和除冰盐条件下的氯离子扩散行为

采用化学分析方法测定了普通混凝土（OPC）和高性能混凝土（HPC）在3种除冰盐条件和3种海洋区域暴露100d后的自由氯离子浓度分布．结果表明：氯盐暴露环境对混凝土的氯离子扩散行为具有显著的影响．在相同扩散深度时，混凝土内部自由氯离子浓度的大小顺序是除冰盐环境〉海洋环境．OPC〉HPC．混凝土表观氯离子扩散系数的规律是OPC〉HPC．进一步的研究指出．除冰盐环境比海洋环境更恶劣．HPC比OPC更适应恶劣的氯盐环境。     

海洋环境中考虑温湿传导耦合的氯离子渗透模型

针对海洋环境中混凝土构件遭受氯离子侵蚀过程的复杂性,完善考虑温湿传导耦合的氯离子渗透模型。该模型的控制方程以及各项参数均充分体现了侵蚀过程中热量传导、水分扩散以及氯离子渗透的交互影响,并根据与侵蚀性海水的接触程度不同区分了四种温湿—氯离子表面浓度的边界条件,提出了一套依据区域宏观环境信息确定局部微环境的方法,从而实现了对该过程的多参数仿真模拟。通过试验实测数据对模型进行了验证,对比模型分析结果与试验数据发现两者吻合度很高,并证实了处于潮汐影响区的混凝土是遭受氯离子侵蚀最显著的部位。     

不同环境条件下混凝土构件氯离子侵蚀试验

为研究不同环境条件下混凝土构件氯离子侵蚀劣化规律,开展弯拉应力构件的氯离子浸泡侵蚀试验和无应力构件的盐雾侵蚀试验.基于氯离子质量分数、构件弯拉强度及弯拉应变等测试结果,研究了侵蚀时间、环境温度、应力水平、环境氯离子质量分数及侵蚀方式等因素对氯离子扩散特征和构件抗弯性能的影响.试验结果表明:浸泡环境中混凝土内部氯离子质量分数较盐雾环境高;试件内部氯离子质量分数随腐蚀时间、环境温度、环境氯离子质量分数及应力水平的增大而增大;氯离子扩散系数随应力水平和环境温度的提高而增大;在较低应力水平、较低环境温度和较短的侵蚀时间内,混凝土构件极限弯拉强度有小幅度上升趋势,然后随侵蚀时间的增长而衰减;混凝土构件的极限弯拉应变随各影响因素的增大而降低.研究结果可为钢筋混凝土构件在氯盐侵蚀环境下的耐久性评估及设计提供依据,具有一定工程实际意义.     

考虑多因素作用下的RC梁抗力时空退化模型

为研究钢筋混凝土结构锈蚀后的力学性能和抗力退化规律,基于RC梁加速锈蚀试验结果,首先综合考虑均匀锈蚀和点蚀同时发生的影响,对钢筋截面面积的时变模型进行分析,其次探讨裂缝宽度与氯离子扩散系数及RC梁抗力的关系,随后考虑受拉主筋锈蚀不均衡的影响,对结构抗力计算模型进行讨论,最后基于材料性能和结构尺寸的空间变异性,建立RC梁抗力时空退化模型,并对桥梁服役100 a后的抗力进行预测.研究发现:当考虑各参数的空间变异性时,不考虑裂缝影响得到的抗力值比考虑裂缝影响得到的抗力值高了9.91%;考虑各参数空间变异性时的抗力值比不考虑时下降了14.68%;适当的选取波动系数和单元尺寸对考虑结构各参数的空间变异性十分重要;潮汐区和浪溅区环境下结构的剩余抗力分别为初始抗力的43.23%和36.45%,较海岸线大气区环境下的抗力值分别下降了6.73%和21.35%,因此在结构服役期间,应尽量做好防腐措施,减少氯离子侵蚀对结构耐久性的破坏.     

劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区的氯离子传输

研究了不同尺度劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区环境作用下的氯离子浓度分布、氯离子传输以及钢筋锈蚀规律.试验结果表明:劈裂裂缝在制备过程中存在裂缝回复,裂缝宽度应以卸载后位移传感器获得的裂纹宽度值为准.裂缝混凝土氯离子浓度随深度增加而下降,然后在10 mm深度以下形成稳定段.裂缝区域稳定段氯离子浓度随裂缝宽度增加而呈指数函数增加,裂缝周边区域稳定段氯离子浓度则随裂缝宽度增加而线性增加;但与裂缝区域氯离子增加幅度相比,其增加幅度不明显.裂缝宽度大于0.05 mm,30d海洋暴露后混凝土裂缝面氯离子渗透深度近50 mm,沿垂直裂缝面向内平均渗透20 mm左右,钢筋表面锈蚀率快速增加.裂缝混凝土氯离子扩散系数与混凝土抗氯离子扩散能力、裂缝密度(包括裂缝的基体宽度/裂缝宽度)、裂缝对氯离子结合性能密切相关.当裂缝密度小于70时,裂缝混凝土氯离子扩散系数线性增加;距裂缝位置越近,混凝土氯离子扩散系数增加越大;裂缝越宽,其对混凝土影响范围越大.     

氯离子环境下钢筋混凝土结构的使用寿命预测

近年来,氯离子对混凝土结构的侵蚀已成为混凝土结构耐久性研究的重要内容,尤其是氯离子环境下钢筋混凝土结构的寿命预测问题更是科研工作者们普遍关注的问题.笔者介绍了氯离子环境下混凝土结构基于Fick第二定律寿命预测模型,并对模型中的相关参数进行修正,通过相关参数的改进,使该模型更能符合工程实际情况,从而能够更好的预测混凝土的服役寿命.另外,还介绍了钢筋混凝土结构使用寿命可靠度的概念及其理论计算方法,并从可靠性方面来讨论混凝土在氯离子环境下的服役寿命.     

人工气候模拟加速试验的相似性设计

为了解决混凝土结构耐久性试验的相似性问题,以海洋环境中氯盐在混凝土中扩散的工程实际为背景,分析沿海混凝土结构所处不同环境区域（水下区、潮差区、浪溅区和大气区）中氯离子的侵蚀机理和现场环境参数（氯离子质量分数、温度、湿度、干湿循环等）的影响.对不同试验环境区域,模拟现场环境参数并改变参数提高氯盐侵蚀速率,制定加速试验方案.通过将试验数据和从实际工程现场采集数据的对比分析,验证和修正人工气候模拟加速试验中的参数设置,同时分析各参数对侵蚀机理的敏感性和相互关系.     

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。