碳化—干湿循环作用下风积沙混凝土氯离子传输试验研究

我国西北地区有大量盐湖分布,加之冬季除冰盐的使用,使这种环境下混凝土工程的气液交换区经常受到干湿循环和碳化的双重作用,这部分混凝土比一般环境下的混凝土更容易发生钢筋锈蚀。进行了风积沙混凝土在干湿循环和碳化作用下氯离子侵蚀试验研究,通过分析自由氯离子含量和分布规律、氯离子扩散系数以及时间依赖性与碳化时间的关系,深入研究了风积沙混凝土在碳化和干湿循环作用下氯离子的传输规律。结果表明：碳化作用阻碍了氯离子向内部的迁移速度,且碳化时间越长氯离子扩散系数越小,对混凝土抗氯离子侵蚀起到了积极作用;干湿循环作用前期加速了氯离子侵入,中后期由于形成的盐结晶填充了孔隙,增大了混凝土的密实度,阻碍了氯离子继续向内侵蚀,但结晶应力产生的裂缝却使表层氯离子含量增加。     

海洋生物附着对混凝土结构耐久性能影响

为研究海洋生物对混凝土结构的影响机理,分别对海洋动物、植物以及微生物3种类型的海洋生物进行分析,重点讨论3种生物对混凝土结构的腐蚀机理和增强机理,并对其利用和防治进行了详细论述。通过某码头混凝土桩的现场长期暴露试验,研究混凝土内部的氯离子浓度、混凝土电阻率及钢筋电位的分布规律。结果表明,浪溅区的表面氯离子含量低于潮汐区,而混凝土氯离子扩散系数较为接近。贝类生物的聚集作用对混凝土抗氯离子性能具有正负效应:一方面,贝类覆盖区混凝土的表面氯离子含量较低,表明贝类的存在有利于降低混凝土表面氯离子的聚集,在混凝土表面起到物理保护作用,一定程度上有利于阻止氯离子的入侵;另一方面,贝类覆盖区混凝土内氯离子扩散系数大于光滑表面区,贝类的存在可能导致混凝土本体发生变化,削弱了混凝土自身的抗氯离子侵蚀能力,加快了氯离子在混凝土内部的传输。有贝类聚集时,混凝土表面电阻最低,且混凝土内部钢筋的腐蚀电位较负,表明该区域混凝土内部钢筋的腐蚀风险最高,该海域贝类存在可能对混凝土的耐久性能造成不利影响。     

海工码头结构混凝土耐久性检测与评估

为研究环境因素对结构混凝土耐久性的影响,现场检测了宁波某海工码头工作平台不同结构区域的结 构混凝土耐久性能. 检测结果表明碳化深度和钢筋保护层厚度的特征值与设计值的比值为大气区>水位变动区 >水下区;混凝土表面氯离子浓度和碱含量为水下区>水位变动区>大气区;表观氯离子扩散系数为水位变动区> 水下区>大气区. 大气区混凝土易受CO2 侵蚀而导致混凝土钢筋保护层劣化. 有害介质氯离子与CO2 共同侵蚀 导致水位变动区混凝土钢筋锈蚀和钢筋保护层劣化. 作业时间有限和环境恶劣降低了水下区混凝土对钢筋的 保护能力,导致钢筋锈蚀速度和钢筋保护层劣化加快.     

沿海服役混凝土结构氯离子质量分数检测和分析

为了弄清沿海服役混凝土的氯离子质量分数分布规律及影响因素,对江苏连云港码头部分泊位不同区域的氯离子进行了取样检测,分析了浸水时间、所处方位、开裂状态、维修历史等因素对混凝土内氯离子质量分数的影响。分析结果表明:水位变动区混凝土内的氯离子质量分数积累速度最快,且基本随高程增加而增大;开裂位置的氯离子质量分数明显大于相同环境下的非开裂位置;不同方位混凝土经历的光照时间不同,造成其内部氯离子质量分数有一定差异,其中向海侧混凝土内的氯离子质量分数峰值出现在混凝土浅层,背海侧的则出现在混凝土深层;混凝土表面维修后内部氯离子会向表面迁移,造成质量分数峰值出现在试件内部某一深度。     

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。     

海工混凝土氯离子扩散系数随深度的变化规律

氯离子扩散系数是表征氯离子侵入混凝土内部速率的重要参数.基于混凝土在长期服役过程中内部毛细孔结构的演化结果和电化学理论,推导了介质在真实溶液中的扩散方程.理论计算结果表明,混凝土内部氯离子扩散系数随深度的增加而增大.对工程现场混凝土内部氯离子的浓度进行取样检测,计算得出不同深度氯离子扩散系数的变化规律,与现场检测结果变化规律一致.     

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。     

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.     

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。     

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。     

基于渗透性能的混凝土耐久性预测模型

通过不同配合比混凝土试件的气体渗透性测试、吸水性测试及氯离子侵蚀试验,分析了混凝土氯离子扩散系数与渗透性能之间的关系,建立了基于渗透性能的混凝土耐久性预测模型,并以某临海水闸工程为例对所建模型进行验证。结果表明:空气渗透性系数、吸水性系数及氯离子扩散系数均随着水灰比的增大而增大;不同水灰比情况下,氯离子扩散系数均随空气渗透性系数、吸水性系数的增大而增大,且呈现一定的相关性;建立的基于渗透性能的混凝土耐久性预测模型,只需进行混凝土结构渗透性能的试验,即可预测混凝土结构的使用寿命;以某临海水闸工程为例对所建模型进行验证,认为该模型是可行的。建立基于渗透性能的混凝土耐久性预测模型对在氯离子环境下的混凝土结构工程直接利用渗透性能预测其使用寿命具有重要意义。     

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...     

冻融循环下混凝土中氯离子的扩散性

经冻融循环的混凝土试件在3．5％NaCl溶液中浸泡试验结果表明，冻融循环使混凝土中氯离子的含量增加，扩散系数增大，氯离子扩散系数并不是常量，且随时间变化．     

圆形截面混凝土中氯离子时变扩散解析模型

为了克服传统常扩散解析模型无法考虑氯离子扩散系数时变特性所存在的缺陷,研究建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散解析模型。在极坐标系中建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散的控制方程、边界条件和初始条件,然后通过引入等效扩散时间将氯离子的时变扩散方程转化为常扩散方程,进而结合贝塞尔函数和变量代换法,建立了圆形截面混凝土中氯离子时变扩散的解析模型,并与数值模型和常扩散解析模型进行对比验证。分析结果表明,该解析模型具有较高计算精度和计算效率,不仅可以克服数值模型对空间离散网格和时间步长的依赖性,而且还可以克服常扩散模型由于忽略氯离子扩散系数时变性而高估混凝土中氯离子质量分数所存在的缺陷;圆形截面混凝土中的氯离子质量分数分布介于一维和二维扩散之间,随着圆形截面半径和龄期衰减系数的增大逐渐趋近于一维扩散情况。     

海工环境混凝土中氯离子扩散敏感性分析

混凝土结构耐久性问题是当今世界普遍关注的问题。由于氯离子侵蚀,导致钢筋锈蚀,使结构发生早期破坏,丧失了结构的耐久性能,已成为实际工程中的重要问题。基于Fick第二定律,分别考虑表面氯离子浓度、温度、水灰比、初始氯离子含量,计算氯离子扩散。敏感性分析表明表面氯离子浓度、温度、水灰比对混凝土中氯离子扩散影响较大,初始氯离子含量影响较小。     

地聚合物复合水泥混凝土性能研究

通过实验室的试件试验,比较了地聚合物复合水泥(GBC)混凝土与普通混凝土的物理力学性能和耐久性能.试验结果表明,GBC混凝土的干缩小于普通混凝土,抗裂性能高于普通混凝土.GBC具有较好的抗硫酸盐侵蚀性能.GBC混凝土比普通混凝土具有更强的抗氯离子扩散性能,其水溶性氯离子有效扩散系数只有普通混凝土的17%.     

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。