混凝土冻融环境区划与抗冻性寿命预测

针对现场冻融环境和室内冻融环境间的巨大差异,建立室内冻融试验与现场冻融之间的关系和衡量混凝土现场冻融环境作用效应强弱的量化方法.结合我国部分地区的实测或统计年均冻融循环次数,以年均负温天数为指标建立现场冻融循环次数的统计方法,进一步给出计算现场冻融循环次数的实用公式.以环境的平均降温速率为指标,基于静水压理论,针对饱水状态下的混凝土得到不同冻融环境下混凝土损伤之间的比例关系,给出室内等效冻融循环次数的计算方法,利用室内等效冻融循环次数对混凝土抗冻耐久寿命进行预测.以等效室内冻融循环次数为量化指标完成了全国冻融环境的耐久性影响程度区域等级的划分,提出利用区划图进行耐久性设计的方法.     

基于混凝土碳化的水工结构正常使用概率寿命预测

基于Fick经典碳化模型,建立水工结构混凝土碳化正常使用状态表达式,对小样本碳化检测数据进行数理统计分析,计算混凝土碳化深度、混凝土保护层厚度以及碳化速度系数的统计特征,根据可靠度理论计算水工结构混凝土碳化正常使用概率寿命.实例分析表明:该方法简易可靠,能够明确给出碳化耐久性失效的时间,为水工结构维修加固提供决策依据.     

季冻区盐冻作用下结构氯离子侵蚀耐久寿命预测

为了预测季冻区盐冻作用对预应力混凝土结构耐久性的影响,本文进行了混凝土盐冻损伤、氯离子扩散系数和结构耐久寿命的研究。根据中国季冻区主要城市的环境温湿度和混凝土冻融试验数据,分析了混凝土在盐冻环境下的损伤度;考虑混凝土盐冻循环损伤的影响,建立了预应力混凝土结构中氯离子时变扩散系数模型;采用Monte Carlo模拟分析了四个参数对预应力混凝土结构盐冻环境下氯离子侵蚀耐久寿命的敏感性;使用Matlab中JC算法,预测了盐冻作用下氯离子侵蚀预应力混凝土结构耐久寿命。结果表明:中国华北季冻区结构氯离子侵蚀耐久寿命最短,且混凝土表面氯离子浓度是影响耐久寿命的最敏感参数。     

在役钢筋混凝土结构模糊碳化寿命的随机分析

混凝土碳化及由此引起的钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最主要因素,碳化寿命理论是结构寿命研究的基础.根据结构所处环境相对湿度的不同,对钢筋开始锈蚀时间进行了修正,用模糊随机可靠度理论分析了结构的碳化寿命.     

混凝土结构碳化耐久性的概率设计表达式

随着施工工艺的不断改进和业主对可靠度的不同选择,现行耐久性设计方法在灵活性、通用性和可靠度控制精度上越来越表现出其自身的局限性.根据理论和经验相结合的碳化深度模型,选用最新统计数据,考虑保护层厚度,抗压强度以及混凝土结构碳化深度计算模型的不定性系数三个基本随机变量,提出结构关于时间的功能函数.依据设计值法和结构可靠度的基本理论,考虑基本变量的概率特性、结构设计的目标可靠指标以及其设计使用年限对设计结果的直接影响,用基本变量的基准值与分项系数的乘积来表达其设计值,在分项系数中全面反映了目标可靠指标的影响,建立了基于碳化寿命准则的混凝土结构耐久性概率设计表达式.该耐久性设计方法适用于一般大气环境下任意设计使用年限的不允许出现钢筋锈蚀的混凝土结构,根据表达式可直接确定新材料、新工艺在满足不同可靠指标和设计使用年限的耐久性要求下的保护层厚度和混凝土强度.     

公路隧道钢筋混凝土衬砌碳化耐久性区划

为了构建公路隧道衬砌碳化耐久性的定量设计方法,对比各碳化深度计算模型与实测数据,选定衬砌碳化的最优模型;根据实测数据分析隧道环境温湿度与洞外大气关系,基于全国气象监测站的温湿度数据,建立公路隧道运营环境温湿度区划;考虑公路隧道CO₂的释放源项并参照实测数据,构建隧道运营环境CO₂体积分数的计算方法;以碳化劣化速率梯度相等为原则,对我国隧道碳化环境进行分区,结合分区推荐我国公路隧道衬砌碳化耐久性定量设计的具体方法. 研究发现：隧道环境湿度与大气湿度相当,隧道环境温度变化趋势与大气环境一致,两者均值接近. 公路隧道内部CO₂体积分数与CO体积分数呈线性关系. 云南、贵州区修建的隧道工程衬砌受环境影响较大,西藏、青海、内蒙古、黑龙江、吉林等地区的待建隧道在进行衬砌耐久性设计时可以忽略碳化影响,其余全国大面积区域隧道衬砌的碳化耐久性设计可以对应《混凝土结构耐久性设计标准》中环境作用等级中的“轻度”进行设计.     

在役混凝土桥梁结构耐久性评估方法

对在役混凝土桥梁结构的耐久性进行评估是评价其工作性态是否满足设计要求的关键所在.将桥梁结构划分成桥梁结构、桥梁构成、桥梁构件3个层次，提出了桥梁构件划分方法与耐久性关键构件抽样法，并按照不同构件的耐久性劣化影响因素的差异选取了相应的包括构件环境作用因素指标在内的构件耐久性考核指标，从而建立了在役混凝土桥梁结构耐久性的3层次多指标的评估模型.并定义了桥梁结构全寿命周期的5个耐久性典型状态，以5个典型状态来评估桥梁现有耐久性水平，3个层次均划分为5个模糊等级，对应于完好、较好、较差、差、危险5个耐久性状态.基于模糊数学理论，将定性指标给予定量化，采用最优区间型隶属度函数确定构件的耐久性考核指标对各个模糊等级的隶属度，用可信度与频数统计（CMFS）方法确定权重，用综合隶属度评分法进行等级评定.基于以上分析，总结出在役混凝土桥梁结构耐久性评估流程，用Matlab语言编制了评估程序，用该程序对浙江省4座在役混凝土桥梁进行耐久性评估，评估结果与实际情况十分吻合.基于该程序开发的《公路混凝土桥梁耐久性评估软件系统1.0版》，已通过浙江省交通厅的鉴定并初步运用于浙江省公路桥梁管理系统，效果良好.     

钢筋混凝土结构基于锈胀开裂寿命准则的耐久性设计方法

在混凝土结构耐久性的研究中,锈胀开裂寿命是以混凝土表面出现顺筋的锈胀裂缝所需时间作为结构的使用寿命.根据理论与经验相结合的描述碳化与锈蚀发展的数学模型,选择混凝土保护层厚度与混凝土立方体抗压强度作为耐久性设计参数,建立了基于锈胀开裂寿命准则的耐久性概率极限状态设计方法,给出了该极限状态的目标可靠指标、设计表达式与分项系数.设计时将混凝土保护层厚度与混凝土立方体抗压强度的均值与对应的分项系数代入设计表达式验算满足后,即可在一定可靠度水准上得到耐久性设计参数的取值,通过算例说明了设计过程.     

冻融循环和碳化交替作用下的混凝土耐久性

采用单边冻融和一维碳化的方法,在冻融循环和碳化交替作用下,研究混凝土耐久性能的演变规律及其与气孔结构变化的关系.结果表明,在交替作用早期,碳化能够阻止部分冻融产生的气孔结构衰变,但随着交替作用周期的延长,碳化不断消耗孔壁周围的钙电子层,破坏气孔体系的稳定.在交替作用早期,碳化有利于提高混凝土的抗冻耐久性,但到后期,碳化反而加速混凝土的冻融破坏.在实际工程中进行混凝土结构抗冻耐久性设计和使用寿命预测时,必须考虑和引进碳化与冻融的交替作用.     

大跨公路隧道结构耐久性分析

对广州龙头山大跨公路隧道进行衬砌结构耐久性研究,根据隧道的环境特点及地下水质情况得出衬砌结构处于I类环境,环境作用等级属I-B,其主要的耐久性劣化机理是表层混凝土碳化引起的钢筋锈蚀.由于隧道跨度大,拱部拉应力区大,容易产生裂缝,裂缝的存在加剧了混凝土的劣化速度.在分析影响衬砌耐久性因素的基础上,研究了混凝土优化的配合比.通过大量试验提出了提高混凝土抗渗性与抗裂性作为提高混凝土结构耐久性的主要技术途径,可采用降低水胶比方法提高抗渗性,采用添加纤维方法提高抗裂性,并指出隧道施工过程的质量控制和运营期的维修养护对提高隧道结构耐久性的重要性.根据龙头山隧道现场条件,预测了衬砌结构的寿命,结果表明能满足100年的设计要求.     

再生混凝土碳化模型与结构耐久性设计

通过分析现有模型并结合各国试验结果,建立了再生混凝土碳化深度的计算模型。在此基础上提出了极限状态法和分项系数法2种再生混凝土结构耐久性的设计方法,并对再生混凝土梁使用寿命进行了可靠度分析。结果表明：增大再生混凝土强度等级和再生混凝土保护层厚度可以明显提高再生混凝土构件的耐久性;受力状态、钢筋位置对再生混凝土构件的耐久性有重要影响。综合考虑再生混凝土中钢筋开始锈蚀对结构使用功能的影响程度和再生混凝土的不同受力状态,提出了上海地区再生混凝土构件中钢筋的最小保护层厚度。     

Service life prediction of lining concrete of subsea tunnel under combined compressive load and carbonation

Qingdao Jiaozhou Bay subsea tunnel is the second self-built tunnel in China with the designed service life over 100 years. The durability of lining concrete are one of an important factors to determinate the service life of tunnel. Considering the main environmental loads and mechanical loads of subsea tunnel, the durability properties of lining concrete under combined action of compressive load and carbonation has been studied through the critical compressive load test, accelerated carbonation test, natural carbonation test and capillary suction test. The tests results show that critical compressive load apparently accelerates the carbonation and deteriorates the anti-permeability of concrete. Under the combined action of critical compressive load and carbonation, the durability of lining concrete decreases. Based on the carbonization life criteria and research results, for the high-performance concrete with proposed mix ratio, the predicted service life of lining concrete for Jiaozhou bay subsea tunnel is about 80 years which fails to reach the required service life. It is necessary to adopt other measurements simultaneously to improve the durability of lining concrete.     

胶州湾海底隧道衬砌混凝土服役寿命预测

胶州湾海底隧道是中国自行建造的第2条海底隧道,其设计服役寿命为100a。分析了海底隧道衬砌混凝土的服役环境,建立了综合考虑氯离子扩散、碳化和弯曲荷载影响的服役寿命预测模型。调查了海底隧道现行施工里程的混凝土耐久性关键参数,建立了海底隧道混凝土氯离子扩散系数与回弹强度间的函数关系,通过预测模型计算了混凝土中氯离子随时间的演化规律及衬砌混凝土服役寿命。结果表明：隧道衬砌混凝土的保护层厚度波动值-4（-6）～＋15mm,标准养护衬砌混凝土氯离子扩散系数均值为2．1（2．7）×10^-12m2／S,混凝土中初始氯离子浓度小于0．35kg／m3。隧道衬砌混凝土氯离子扩散系数与回弹强度呈线性函数关系,施工里程内氯离子扩散系数波动为1．5～3．5×10^-12m2／S。基于模型计算,胶州湾海底隧道左右线衬砌混凝土的服役寿命均超过100a。     

冻融损伤喷射混凝土永久支护结构碳化耐久性分析

高纬度、高海拔地区长大公路隧道的喷射混凝土永久支护结构常年遭受冻融损伤及碳化双重作用,其结构耐久性能退化,增大了隧道的养护及运营成本。采用先气冻气融后快速碳化的方式,开展冻融损伤喷射混凝土永久支护结构碳化耐久性试验研究,以冻融损伤喷射混凝土碳化深度和相对抗压强度为指标,研究冻融损伤喷射混凝土碳化深度的变化规律及影响因素。结果表明,冻融损伤加速了喷射混凝土的碳化过程,且碳化速度随冻融损伤度快速增大。碳化的冻融损伤混凝土相对抗压强度随着碳化深度增大。冻融损伤度大于10%时,碳化对冻融损伤喷射混凝土相对抗压强度增长不明显。采用IBM SPSS统计软件对试验数据分析,建立了考虑冻融损伤、喷射混凝土配合比参数及成型方式的喷射混凝土碳化深度预测模型。经验证,预测值与试验值总体误差小于20%,标准误差为0.16,模型适用性较好。     

一般大气环境下钢筋开始锈蚀时间的计算方法

在评估混凝土结构耐久性时,其关键是确定钢筋开始锈蚀条件.一般大气环境下混凝土中钢筋开始锈蚀的条件是混凝土碳化及钢筋脱钝.碳化残量是描述钢筋开始锈蚀的重要参数,其大小取决于部分碳化区长度、碳化速度及脱钝速度.以实际工程检测数据为主要依据,考虑不同环境条件,以碳化系数、保护层厚度和局部环境系数为主要参数,利用回归分析方法建立了碳化残量的计算公式,并由此计算钢筋开始锈蚀的时间.通过实际工程数据验证,表明本文给出的钢筋开始锈蚀时间计算方法,在工程应用上是可行的,从而为合理评定混凝土结构耐久性提供依据.     

弯曲应力作用下喷射混凝土抗碳化性能研究-研究生论坛

为了研究隧道喷射混凝土衬砌的碳化规律,采用快速碳化试验方法,研究了不同弯曲应力(0、0.25、0.5及0.75)作用下喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土抗碳化性能,在考虑弯曲应力、钢纤维掺量、施工方式基础上对普通混凝土碳化深度预测模型进行修正。结果表明：混凝土碳化深度服从Fick第一定律,扩散系数随应力水平的增加而增加;喷射混凝土碳化深度明显小于普通混凝土,而钢纤维的加入进一步提高喷射混凝土抗碳化性能。通过对碳化后喷射混凝碳化后力学性能及微观结构进行分析,得出喷射混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度及抗折强度随着碳化深度增大而增大,且喷射混凝土中原始微气孔及裂缝中钙矾石、氢氧化钙等晶体为CaCO3晶体的成核和生长提供有利条件,碳化产物持续生成并阻塞毛细孔,使其密实度增加,力学性能增大。     

地下工程结构混凝土的耐久性分析与研究

地下工程结构混凝土材料高性能化、高耐久性技术是当前地下工程和混凝土材料领域中的研究热点之一。主要分析了地下工程混凝土耐久性影响因素，提出了混凝土耐久性改善措施，介绍了地下工程结构混凝土使用寿命预测方法，并对地下工程高性能混凝土的使用寿命进行了实例分析。     

Durability of lining concrete of subsea tunnel under combined action of freeze-thaw cycle and carbonation

Through the fast freeze-thaw cycle test,accelerated carbonation test,and natural carbonation test,the durability performance of lining concrete under combined action of freeze-thaw cycle and carbonation were studied.The experimental results indicate that freeze-thaw cycle apparently accelerates the process of concrete carbonation and carbonation deteriorates the freeze resistance of concrete.Under the combined action of freeze-thaw cycle and carbonation,the durability of lining concrete decreases.The carbonation depth of lining concrete at tunnel openings under freeze-thaw cycles and tunnel condition was predicted.For the high performance concrete with proposed mix ratio,the lining concrete tends to be unsafe because predicted carbonation depth exceeds the thickness of reinforced concrete protective coating.Adopting other measurements simultaneously to improve the durability of lining concrete at the tunnel openings is essential.