钢纤维掺量对混凝土氯离子渗透性能的影响研究

采用自然浸泡法模拟海洋环境开展钢纤维混凝土氯离子侵蚀试验,研究了钢纤维掺量对混凝土自由氯离子含量、氯离子扩散系数的影响,得到混凝土中自由氯离子含量与氯离子扩散系数都随着钢纤维掺量的增加有先减小后增大的变化趋势;分析钢纤维混凝土氯离子扩散系数的时间依赖性,认为钢纤维混凝土氯离子扩散系数是随着时间的推移而逐渐衰减的;回归计算得出氯离子扩散系数的时间衰减系数,并给出钢纤维混凝土氯离子扩散系数的时间衰减系数的建议值;最终建立了钢纤维混凝土氯离子扩散系数随钢纤维掺量变化的时间衰减模型。     

持续荷载下混凝土的氯离子扩散性能研究

基于实际海洋环境暴露条件,研究了力学荷载作用下混凝土中的氯离子扩散性能.以Fick第二定律理论为基础,用误差函数对混凝土中随深度变化的氯离子含量分布进行了曲线拟合,从而得到氯离子表现扩散系数,并以此表征氯离子在混凝土中的传输性.分析了氯离子的扩散系数与原材料、配合比、暴露环境以及力学荷载间的关系.结果表明,力学荷载对海洋环境下混凝土中的氯离子传输性能有显著影响,在利用氯离子扩散模型预测暴露海洋环境下混凝土结构的使用寿命时,需要考虑荷载因素的影响.     

干湿交替环境下氯离子在承压混凝土内的传输特性

通过试验模拟海洋环境下氯离子对在役混凝土柱的侵蚀,探究了干湿交替环境下应力水平及试验周期对氯离子在混凝土中传输特性的影响规律.采用干湿时间比为2∶1的干湿循环制度,试验历时1a,研究了不同应力水平下混凝土内的氯离子含量分布特性.通过数据分析得到应力水平和试验周期对混凝土内氯离子传输进程、表面氯离子含量、对流区深度及峰值氯离子含量的影响规律;建立了同时考虑应力水平和试验周期影响的氯离子扩散系数预测公式;阐释了应力水平对干湿交替环境下混凝土中氯离子不同传输机制的影响机理.     

水灰比和扩散时间对全浸泡混凝土扩散的影响

为了研究水灰比、全浸泡时间、自由扩散时间对氯离子在混凝土内传输的影响。设计五组不同水灰比的普通混凝土构件,对其进行氯盐浸泡试验,浸泡1、2、4、8周和在浸泡周期基础上全密封再进行自由扩散分别6个月以及12个月后用混凝土打磨机磨粉,采用硝酸银化学滴定法检测构件中的自由氯离子含量,最后利用菲克第二定律拟合表观氯离子扩散系数。试验结果表明:随着扩散时间的延长,自由氯离子含量和扩散系数逐渐降低,全浸泡阶段扩散时间对其影响显著。然而,随着水灰比的增大,自由氯离子含量和扩散系数增大。     

对流与扩散耦合作用下氯离子传输机理研究

干湿循环作用下氯离子在混凝土中的传输过程实质上是非饱和状态下混凝土中水分渗流和氯离子传输的耦合作用.通过试验方案设计,先令氯离子在混凝土中一维扩散,进而在混凝土的氯盐暴露面的对立面进行吸水,使水在混凝土中朝着与氯离子扩散方向相反的方向传输,带动氯离子向相反方向迁移,进而得到氯离子分布曲线.通过与自由扩散下的氯离子分布曲线相对比,得出反向对流作用下氯离子在混凝土中的迁移规律.试验结果表明:由于对流作用,氯离子在混凝土试件浅层3mm区域有一定的累积效应,但未出现明显峰值,且随着吸水时间的延长,这种效应在降低;在混凝土浅层6mm区域内,对流作用对氯离子含量的影响高于自由扩散情况,但在混凝土内部较深区域,两者对氯离子含量的影响并无太大区别.     

火成岩纤维混凝土的抗氯离子渗透性能试验研究

通过改进的自然扩散法,对火成岩纤维混凝土进行抗氯离子渗透试验。得出了自由氯离子浓度在混凝土内不同深度的分布情况,基于Fick第二定律对其进行拟合得到该混凝土的氯离子扩散系数。结果显示掺入短切火成岩纤维后,混凝土的抗氯离子渗透性能得到提高。     

弯曲应力作用下喷射混凝土氯离子扩散研究

采用弹簧四点弯曲加载法,对弯曲应力作用下喷射混凝土受拉区和受压区氯离子扩散性能进行了研究。以Fick第二定律为基准,对氯离子含量分布进行了拟合,分析弯曲应力作用下喷射混凝土氯离子扩散系数的变化规律。通过对比分析同配合比模筑混凝土、喷射混凝土和钢纤维喷射混凝土中氯离子含量分布规律,研究钢纤维和混凝土的成型方式对氯离子扩散性能的影响。结果表明：弯曲应力对喷射混凝土氯离子扩散影响大。应力改变喷射混凝土孔结构分布和微裂缝的数量及深度,对氯离子扩散速率产生影响。受拉区侧,氯离子含量随弯曲应力比增大而增大;受压区侧,氯离子含量随弯曲应力比增大而减小。氯离子扩散系数变化规律与氯离子含量变化规律相同。同应力比时,喷射混凝土氯离子扩散系数最大,钢纤维喷射混凝土和模筑混凝土氯离子扩散系数关系与受力方式、应力比大小、钢纤维和成型方式等有关。     

不同腐蚀环境对海工混凝土性能影响研究

本文研究了氯离子、硫酸根离子和冻融对大坍落度海工混凝土抗压强度、氯离子含量及氯离子扩散系数的影响。结果表明:单纯的氯离子对海工混凝土本身的抗压强度影响不大,而有硫酸根离子存在时,混凝土强度明显下降;试块中由表及里的氯离子含量呈逐渐减小的趋势,且减小的速度逐渐降低,氯离子含量在混凝土中的分布类似于指数图像;外界氯离子浓度值越大,海工混凝土相应部位的氯离子含量和氯离子扩散系数都更大,说明外界氯离子浓度对混凝土内的氯离子含量有着正向的影响;在腐蚀初期,硫酸根离子的存在使海工混凝土内部生成了膨胀性产物,有助于减小海工混凝土相应部位的氯离子含量和氯离子扩散系数。     

锂渣对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响研究

通过试验研究不同水灰比和锂渣替代率的混凝土试件在不同侵蚀龄期、氯盐溶液浓度的作用下,探讨锂渣对混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响。试验采用自然浸泡法研究氯离子在饱和混凝土中扩散传输性能,通过钻芯取样,分层研磨,依照水溶性氯离子含量的测定方法获取各试件不同深度的氯离子浓度。结果表明,氯离子在混凝土中的扩散能很好地吻合Fick第二定律;锂渣作为矿物掺合料替代水泥后能有效降低氯离子在混凝土中的扩散,当锂渣掺量为20%和30%时,混凝土氯离子扩散系数仅相当于空白试件的40%和37%。水灰比的降低能够显著降低混凝土氯离子扩散系数;随着侵蚀龄期的增大,氯离子扩散系数减小,且各龄期下掺入锂渣的混凝土氯离子扩散系数均比空白试件小。     

粉煤灰和矿粉对C50自密实混凝土氯离子扩散系数的影响

采用自然浸泡法研究了矿物掺合料对C50自密实混凝土工作性能和抗氯离子渗透性能的影响,结果表明:对于单掺粉煤灰混凝土试件,氯离子扩散系数随粉煤灰含量的提高先减少后增加,28d龄期时粉煤灰含量为30％的试件氯离子扩散系数最低,而90d龄期时粉煤灰含量为40％的试件氯离子扩散系数最低;对于单掺矿粉混凝土试件,氯离子扩散系数随胶凝材料中矿粉含量的提高而降低,当矿粉含量由50％增加至60％时氯离子扩散系数降低的幅值并不明显;对于复掺混凝土试件,氯离子扩散系数随复合掺合料中粉煤灰含量的提高先减少后增大,28d龄期时粉煤灰含量为10％的混凝土氯离子扩散系数最低,而90d龄期时粉煤灰含量为20％的混凝土氯离子扩散系数最低.     

双轴受压下再生混凝土氯离子扩散规律

为了研究复杂应力状态下再生混凝土的氯离子传输特性,首先通过破碎不同水灰比的母体混凝土得到不同性能的再生粗骨料,并对天然混凝土和不同性能再生混凝土进行双轴受压试验。然后利用电场加速氯离子扩散和双轴受压装置测试了不同类型再生骨料混凝土和天然骨料混凝土在不同应力水平和不同应力比下的氯离子扩散系数,并利用压汞仪测试了混凝土内部的微观孔隙结构。最后建立了考虑双轴应力水平、再生骨料吸水率和粗骨料体积分数的再生混凝土氯离子扩散系数理论模型,并进行了试验验证。结果表明:来自不同母体混凝土的再生骨料中的附着老砂浆具有不同的孔隙结构,再生混凝土中老砂浆的孔隙率随着母体混凝土水灰比的增加而变大,进而影响再生混凝土的氯离子扩散性; 应力比相同时,随着双轴受压应力水平的增加,再生混凝土氯离子扩散系数普遍呈现先下降再上升的趋势,在应力水平约为0.5时再生混凝土氯离子扩散系数出现最小值; 在双轴受压荷载作用下,母体混凝土水灰比分别为0.4,0.5,0.6的再生混凝土氯离子扩散系数最多分别下降到无荷载时的0.76%,0.78%,0.78%。     

引气混凝土的抗碳化性能研究

分别研究了不同浆骨比、含气量和水胶比情况下,掺入粉煤灰后高耐久性混凝土的抗碳化性能和抗氯离子渗透性能。研究结果表明:碳化深度随粉煤灰掺量的增加而增大;氯离子扩散系数随粉煤灰掺量的增加而减小,当粉煤灰掺量超过一定掺量时氯离子扩散系数又随粉煤灰掺量的增加而增加。碳化深度、氯离子扩散系数随含气量增加而减小,而当含气量大于4%时,碳化深度、氯离子扩散系数又随含气量的增加而增大;碳化深度、氯离子扩散系数随浆骨比(32.5/67.5至37.5/62.5)的增大而增大;水胶比越小的抗碳化性能越好、氯离子扩散系数越小。     

混凝土中氯离子扩散有限元分析

通过结合混凝土中氯离子的初始浓度和混凝土表面浓度,将满足Fick第二定律的混凝土中氯离子扩散问题转变成初边值问题,建立了其相应的有限元方程。由于氯离子扩散系数是扩散时间、温度和混凝土材料的函数,因此基于该有限元方程利用欧拉后插法和Newton-Raphson迭代法建立了增量形式的有限元方程,并通过分析具有解析解的一维、二维氯离子扩散问题,说明该增量有限元方程的可行性。在考虑扩散时间、温度、混凝土材料、混凝土表面涂层等多因素前提下,利用该增量有限元方程分析海洋环境下处于浪溅区、盐雾区混凝土的耐久性寿命,说明该增量有限元方程在海工结构耐久性设计中的可行性。     

氯离子在带接缝混凝土内的传输规律研究

为得出不同类型接缝及石灰石粉含量对混凝土构件在氯盐环境中的耐久性影响,设计了一侧为普通混凝土、另一侧为石灰石粉混凝土、中间为不同类型接缝的组合试件。将养护后的试件在10%浓度的氯盐溶液中浸泡270 d后取样,检测接缝处及其两侧混凝土内的自由氯离子浓度。结果表明:在同一试件内,接缝处的氯离子浓度最大,距接缝0～20 mm处混凝土内的氯离子浓度向远离接缝方向逐渐减小,距接缝20 mm之外混凝土内的氯离子浓度基本相等; 相同侵蚀时间下,同一深度处直接湿接缝内的氯离子浓度最大,凿毛接缝处次之,界面剂接缝处最小,拟合得出的3种接缝处的表观氯离子扩散系数分别为基体混凝土的1.95倍、1.87倍、1.83倍; 接缝两侧相同距离处,掺石灰石粉混凝土内的氯离子浓度均大于普通混凝土,石灰石粉掺量(质量分数)为10%、20%、30%时混凝土表观氯离子扩散系数分别增大9.8%、11.8%、65.8%; 数值模拟得到的氯离子在带接缝混凝土内的分布规律与试验结果吻合较好。     

混凝土氯离子扩散系数试验研究

采用Cl-电迁移方法、交流电导率测定和Cl-自然扩散方法研究了一系列不同龄期混凝土的Cl-传输特性,分析了影响混凝土Cl-扩散系数的主要因素,比较了混凝土的交流电导率与Cl-扩散系数的关系以及电加速对Cl-扩散系数的影响.结果表明,在饱水状态下,混凝土的孔隙率和孔结构是影响其Cl-扩散系数的主要因素.混凝土的交流电导率不能直接与Cl-扩散系数相互换算,Cl-电迁移试验结果接近自然扩散试验结果的4倍,而自然扩散箱试验更接近自然扩散过程.电加速试验结果应根据自然扩散试验进行修正.     

混凝土中氯离子扩散性能的深入探讨

氯离子引起的钢筋锈蚀是氯盐侵蚀环境下混凝土结构性能劣化的主要原因。目前,有关氯离子在混凝土中扩散性能的研究绝大多数是以自由氯离子为对象,而对总氯离子在混凝土中扩散性能的研究很少。通过采用自然扩散法对自由氯离子和总氯离子在混凝土中的扩散性能开展研究,探讨水胶比对氯离子扩散性能的影响,考虑氯离子扩散系数的时间依赖性,建立氯离子有效扩散系数与表观扩散系数之间的关系,为更加科学地预测氯盐侵蚀环境下混凝土结构耐久性寿命奠定了基础。     

矿物掺合料高性能混凝土氯离子扩散特性研究

为研究沿海地区高性能混凝土桩基础的耐久性,采用干湿循环浸泡法对18个高性能混凝土试件进行了氯盐侵蚀试验,分析了高性能混凝土的氯离子浓度分布,得到了高性能混凝土的表面氯离子浓度、氯离子扩散系数的时变方程。在此基础上进行了高性能混凝土氯盐侵蚀的数值模拟,分析了钢筋直径（20、28 mm和36 mm）和保护层厚度（20、30、40 mm和50 mm）对沿海地区高性能混凝土桩基础氯离子浓度分布和氯离子扩散系数的影响,提出了相应的耐久性设计建议。研究结果表明:高性能混凝土毛细管吸附区与氯离子扩散区的位置在0~5 mm之间,高性能混凝土的最大稳定深度为50 mm;随着时间的增长,高性能混凝土氯离子扩散系数逐渐降低,氯离子浓度增长速率拐点为25 mm;相较氯盐侵蚀溶液浓度,氯离子扩散系数与氯盐侵蚀时间的关系更大。结合钢筋的临界氯离子浓度正态分布,建议沿海地区输电工程高性能混凝土桩基础的保护层厚度为70 mm。     

随机有限元法分析混凝土中氯离子随机扩散规律

氯离子随机扩散分析是海洋混凝土结构可靠性和服役寿命的基础。利用局部平均法,将混凝土的氯离子扩散系数随机场离散为一组随机变量,利用Taylor级数将氯离子分布矩阵、扩散矩阵和节点浓度向量进行摄动展开,建立了氯离子扩散分析的随机有限元法递归方程,据此分析氯离子随机浓度的均值和变异系数,并研究了氯离子在混凝土中随机扩散的规律。通过算例比较分析,表明了所建立的摄动随机有限元方法具有较高的计算精度,而且计算结果对随机场的相关结构不敏感。验证了氯离子扩散系数的变异性对氯离子扩散过程具有显著影响。     

氯离子对钢筋混凝土结构的侵蚀分析

氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀破坏十分突出,是造成钢筋混凝土结构过早破坏的主要原因之一.分析氯离子进入混凝土中的途径、存在形式和氯离子在混凝土中的扩散模式,考虑温度变化、时间变化、湿度变化以及混凝土内部缺陷特征不同对扩散系数的影响,基于Fick第二扩散定律建立了氯离子在混凝土中的扩散模型,并分析了氯离子表面浓度、氯离子临界浓度和有效氯离子扩散系数的影响因素和确定方法,由此建立的模型可供寿命预测参考使用.