冻融循环与复合盐侵蚀耦合作用下再生混凝土耐久性研究

以质量分数3%NaCl和不同浓度的Na₂SO₄复合盐溶液以及水为侵蚀介质,采用快冻法对再生混凝土进行冻融循环试验,测定各组再生混凝土试件的质量损失、抗压强度以及相对动弹性模量的试验数据,研究了再生混凝土在冻融与复合盐侵蚀耦合作用下的性能劣化规律,通过曲线损伤模型预测了再生混凝土的耐久性寿命。研究结果表明：在不同浓度复合盐溶液侵蚀下,3%NaCl+10%Na₂SO₄溶液冻融中质量损失,抗压强度劣化最为严重,3%NaCl+5%Na₂SO₄溶液中的冻融损伤度最大;再生混凝土损伤层厚度与相对动弹模量之间存在负相关性,可以采用相对动弹性模量表征混凝土内部损伤;曲线模型可以较好评价再生混凝土在复合盐环境下的冻融损伤,在3%NaCl+5%Na₂SO₄溶液中,再生混凝土的抗冻耐久性寿命最差。     

纳米SiO2对混凝土耐蚀性能和溶蚀寿命的影响

为研究纳米SiO2对溶蚀混凝土损伤的影响,选取浓度为2 mol/L的NH4 Cl溶液为侵蚀介质,对普通混凝土和纳米SiO2混凝土分别溶蚀0、4、9、28、45、64 d,测试了试件的抗压强度耐蚀系数.利用核磁共振(NMR)技术、场发射扫描电镜(SEM)和热分析仪研究了试样的组织结构.应用灰色系统理论建立了混凝土寿命GM(1,1)预测模型.结果 表明:普通混凝土和纳米SiO2混凝土的抗压强度均随溶蚀龄期的延长而不断降低;纳米SiO2有效提高了混凝土在服役水环境条件下的结构可靠度,纳米SiO2混凝土抗压强度耐蚀系数比普通混凝土高11.04％;纳米SiO2可有效改善混凝土微结构缺陷,使微观结构更加致密,减缓了侵蚀介质在混凝土内部的扩散传输速率;通过GM(1,1)模型预测得到纳米SiO2混凝土溶蚀寿命是普通混凝土的2.4倍.     

基于Wiener过程理论的盐渍土中混凝土损伤演化及寿命预测

基于新疆若羌盐渍土环境，对水胶比为0.32、0.35和0.38的混凝土试件，进行硫酸盐溶液浸泡腐蚀（标准养护28 d）、盐渍土腐蚀（标准养护28 d）、盐渍土腐蚀（标准养护3 d）这3种腐蚀制度下的耐久性试验，分析腐蚀制度与水胶比交互作用下混凝土动弹性模量经时演变规律与作用机制.并基于混凝土动弹性模量动态变化过程，通过Wiener过程理论，建立了盐渍土环境下混凝土服役寿命预测模型，以定量表征混凝土损伤劣化规律.结果表明：在各腐蚀制度下，随腐蚀龄期增加，混凝土损伤度均出现先减小后增大的规律；在腐蚀终期，混凝土水胶比与其损伤度呈负相关；在相同水胶比下，硫酸盐溶液浸泡腐蚀（标准养护28 d）、盐渍土腐蚀（标准养护28 d）、盐渍土腐蚀（标准养护3 d）对混凝土损伤程度的影响依次增加；由Wiener过程理论建立的混凝土服役寿命预测模型可知，混凝土预测寿命退化呈3阶段变化趋势，其趋势与试验中混凝土劣化过程保持一致.     

基于Wiener退化过程的纤维混凝土耐久性研究

为研究严寒地区纤维混凝土的耐久性及使用寿命,设计了随温度变化下纤维混凝土加速寿命试验,定期测定试件的质量损失、相对动弹性模量,并根据测定的数据对其耐久性进行评价分析;同时依据一元Wiener退化过程建模并进行加速寿命预测。结果表明:随冻融次数的增加,试件逐步损伤劣化,试件的相对质量和相对动弹性模量均能有效反映损伤过程,且以相对动弹性模量作为评价参数更能准确、真实地反映试件的损伤劣化情况;通过一元Wiener退化过程进行可靠度建模,以试件的相对动弹性模量作为退化指标,利用该模型计算后可得到试件的概率密度函数和可靠度函数,对其结果进行数据拟合,并确定出纤维混凝土试件在该试验条件下最长使用寿命可达到3 500 h左右。     

盐冻作用下混凝土力学性能研究及灰色预测

为探究混凝土的劣化规律,对混凝土的力学性能进行了预测,以试验室数据为基础,构建了各项力学性能指标的灰色GM(1,1)预测模型,预测各项指标的劣化规律。结果表明:以盐溶液作为冻融介质会加快试块的破坏,且不同盐溶液对试块的破坏程度存在一定差距;获得的灰色GM(1,1)预测模型精度满足要求,可用于预测灌区内混凝土建筑物的力学性能。研究成果可以为寒旱灌区混凝土建筑的寿命预测与后期维护提供参考,也可为不同类型混凝土的各项性能预测提供研究方法。     

盐渍土环境下钢筋混凝土恒电流加速锈蚀试验及可靠性分析EI北大核心CSCD

采用恒电流加速锈蚀试验,结合石蜡层控制氯离子扩散路径的方法,将钢筋混凝土一维和二维试件作为研究对象,结合极化曲线(LPR)、氯离子含量分析、宏观形貌分析、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)等手段,研究了盐渍土环境下钢筋混凝土的恒电流加速锈蚀规律.建立了基于可靠性的恒电流加速锈蚀与氯离子扩散腐蚀双因素作用下钢筋混凝土的劣化模型.结果表明:劣化模型推导的一维和二维试件平均寿命分别为927、618 h,石蜡层能有效隔离腐蚀性离子,实现单加速因素控制试件劣化的试验目的;钢筋混凝土的劣化主要受恒电流加速锈蚀与氯离子扩散腐蚀双因素耦合作用的影响;钢筋混凝土在恶劣环境下服役,建议以“前防锈,后防渗”的研究思路探索,即正常服役期间重点关注由钢筋锈蚀引起的腐蚀劣化,裂缝出现后重点关注由氯离子扩散引起的腐蚀劣化.     

建筑钢材GTN损伤模型参数识别

对Q345B热轧无缝钢管加工的光滑和缺口圆棒试件进行单调加载试验,获取其应力-应变关系、载荷-位移曲线及基本材料参数,研究GTN损伤模型参数取值范围,采用逆推法识别GTN参数,在ABAQUS中利用自编GTN损伤模型UMAT用户子程序实现圆棒试件试验过程的数值模拟,依据数值分析结果比较孔洞的初始体积分数f₀、形核孔洞体积分数f_n和表征材料失效时的孔洞破坏体积分数f _F三个损伤参数对断裂预测结果的影响。结果表明：试件失效点位置随着f₀和f_n的增大提前出现,而f _F越大,试件断裂后下降段斜率则越小,并据此确定Q345B热轧无缝钢管材GTN损伤模型参数,所识别参数可以较准确预测钢试件的断裂点。     

基于GM（1，1）-Markov模型盐雾侵蚀对纤维混凝土耐久性能的影响

以玄武岩-聚乙烯醇（PVA）纤维体积分数为变化参数,对纤维混凝土进行室内盐雾侵蚀加速试验,通过抗压耐蚀系数K_f、相对质量评价参数ξ₁、相对动弹性模量评价参数ξ₂以及扫描电镜（SEM）照片,分别从宏观、微观层面对纤维混凝土耐久性损伤劣化进行评价分析,并基于GM（1,1）-Markov模型对其寿命进行预测.结果表明：在盐雾环境下,纤维混凝土的K_f先上升后下降,ξ₁波动性较大,ξ₂可作为评价纤维混凝土损伤劣化的决定性因素;GM（1,1）-Markov模型与实测数据吻合较好,纤维混凝土的最佳玄武岩、PVA纤维体积分数分别为0.10%、0.05%,其在盐雾环境下的服役时间最长,达到680 d.     

基于Wiener随机过程的混凝土加速寿命试验

设计了模拟自然环境的混凝土加速寿命试验,测试了试件的动弹性模量、质量和超声声速,并对其相对质量及相对动弹性模量变化规律进行了研究;结合混凝土试件寿命数据,采用Wiener过程对其动弹性模量的耐久性退化趋势建模,得到了剩余寿命可靠度函数.结果表明:模拟自然环境的加速寿命试验更接近混凝土结构在实际条件下的服役过程;以相对动弹性模量作为耐久性评价参数,与相对质量评价参数相比,其对环境因素的影响更为敏感;在混凝土劣化过程中,以盐冻循环破坏为主,其他破坏为辅;Wiener随机过程可有效描述混凝土的耐久性退化规律,基于收集的部分寿命数据,应用该方法建立的剩余寿命可靠度函数能直观反映其剩余寿命,且剩余寿命预测与试验结果一致.     

混凝土中氯离子浓度的灰色GM(1,1)模型分析

在海洋环境下,氯离子侵入混凝土的机制复杂且难以确定.研究氯离子浓度沿混凝土深度的变化规律对正确评估钢筋混凝土的耐久性具有重要意义.笔者结合工程实例,应用灰色GM(1,1)模型对氯离子浓度沿混凝土深度的变化进行模拟和预测,结果表明:①采用GM(1,1)模型模拟的平均相对误差的精度高达6%,明显高于本文中其他模型;②在只有浅层氯离子浓度数据的情况下,可以预测较深处的氯离子浓度值,预测精度随距离的增长而降低.     

人工智能时代混凝土结构耐久性诊断研究进展

受服役环境的影响，混凝土结构普遍存在性能劣化严重、耐久性不足等问题。对在役混凝土结构进行诊断，准确识别混凝土结构损伤特征，高效评估其服役寿命，已成为保障混凝土结构服役安全的重大需求。以人工检测、传感器监测为主的诊断方法效率低下、准确性较差，难以满足实际工程结构服役安全科学诊断的要求。人工智能可为各领域研究与应用提供创新驱动力，与混凝土结构耐久性诊断技术深度融合，为混凝土结构全寿命周期的智慧运维提供新的方法。通过分析传统混凝土结构耐久性诊断技术的不足与人工智能技术的优势，从混凝土结构耐久性损伤智能感知、耐久性演化智能预测和耐久性状态智能评估等三个方面总结了人工智能在混凝土结构耐久性诊断中的应用。结果显示：人工智能技术为混凝土耐久性损伤检测与监测提供了新思路，结合传统混凝土材料损伤劣化理论，形成混凝土耐久性劣化进程与服役寿命智能预测方法，建立混凝土结构耐久性智能诊断体系，将是未来结构工程领域的重要发展方向。     

疲劳荷载与海水侵蚀作用下钢筋混凝土梁耐久性试验

沿海地区的钢筋混凝土桥梁结构在服役期间,受到疲劳荷载和氯离子侵蚀的综合作用,其使用寿命缩短。为模拟桥梁的实际工作状态,首先对钢筋混凝土梁施加疲劳荷载20万次(疲劳荷载上限分别为0.16 P _u、0.24P _u、0.32P _u、0.40P _u,P _u为梁受弯极限荷载),然后经历海水浸泡和空气环境干湿循环100 d,最后静力加载获得钢筋混凝土梁受弯承载力。共完成5组10根钢筋混凝土梁试验。研究结果表明：在疲劳荷载上限不大于0.24P _u时,试件性能劣化不明显;疲劳荷载上限大于0.24P _u时,梁试件的初始刚度、屈服荷载和极限荷载随着疲劳荷载上限的增大而快速降低;当疲劳荷载上限为0.40P _u时,梁试件的初始刚度、屈服荷载和极限荷载分别降低51.80%、21.78%、15.07%。     

硫酸盐对混凝土腐蚀研究

对普通混凝土和高强混凝土在5.0%Na2SO4(质量分数,下同)、10%MgSO4溶液以及青海盐湖卤水溶液中的损伤失效规律、特点进行研究。结果表明:混凝土在Na2SO4溶液中浸烘循环腐蚀破坏,SO42-导致混凝土产生膨胀性破坏;其损伤劣化包括3个阶段:初始劣化段、性能改善段和性能劣化段。混凝土在MgSO4溶液、青海盐湖卤水中浸烘循环腐蚀损伤,腐蚀溶液中的SO42-和Mg2+共同作用导致混凝土产生剥落型破坏;其相对动弹性模量和重量随腐蚀时间先下降,后稳定,最后加速下降。此外,用SEM、能谱和XRD分析了混凝土在硫酸盐腐蚀作用下的腐蚀产物。     

海工结构服役寿命预测细观数值模拟研究

在现有二维混凝土随机骨料模型基础上,通过引入正态分布随机数来模拟混凝土界面过渡区厚度的非均匀性,并耦合氯离子扩散、钢筋锈蚀和混凝土损伤,建立了海工结构服役寿命预测细观数值模型.研究表明:由氯离子扩散引起的单根钢筋非均匀锈蚀导致混凝土保护层形成3条主裂缝,3条主裂缝之间夹角约为120°,出现这种现象的主要原因是界面过渡区加速了氯离子扩散,次要原因是界面过渡区的力学性能劣化;在相同钢筋锈蚀量条件下,非均匀锈蚀钢筋混凝土比均匀锈蚀钢筋混凝土的服役年限短,混凝土保护层开裂形态也不一样;数值模拟的氯离子含量分布、裂缝形态与试验数据较为吻合,验证了所建立的数值模型的可靠性.     

盐冻环境下塔里木灌区水工玄武岩纤维混凝土抗腐蚀性能试验研究

为探究塔里木灌区盐渍土环境下水工玄武岩纤维混凝土的抗冻性能,开展了不同体积掺量(0、0.1%、0.2%、0.3%)的玄武岩纤维混凝土试件,在不同浓度复合盐溶液(NaCl+MgSO₄+Na₂SO₄)侵蚀与冻融循环共同作用下的腐蚀劣化试验。结果表明：(1)玄武岩纤维的掺入提高了水工混凝土抵抗盐冻破坏的能力,随着复合盐溶液浓度的增大及冻融循环次数的增加,试件发生由表及里的损伤破坏,纤维掺量为0.3%试件的质量损失率最小,相对动弹性模量波动幅度最小,抗盐冻性能最好。(2)玄武岩纤维的掺入减缓了混凝土内部Ca(OH)₂的消耗速率,腐蚀产物的含量也相应减少,混凝土抵抗盐冻破坏的能力随之增强。(3)复合盐侵蚀与冻融循环作用下,试件的腐蚀产物主要为钙矾石(AFt)和石膏,冻胀与腐蚀产物对毛细孔隙和微裂缝的破坏是混凝土微观结构损伤的主要原因。研究成果可为玄武岩纤维混凝土在塔里木灌区的实际工程应用提供科学依据。     

灰色自回归模型对钢纤维混凝土弯曲疲劳强度的预测

影响混凝土疲劳强度因素的不确定性使材料在最薄弱环节容易造成局部损伤破坏,最终导致整个材料的破坏。因此,随机预测具有一定的现实意义。通过灰色自回归模型和GM(1,1)模型预测钢纤维混凝土(SFRC)弯曲疲劳强度试验值,分析两种方法的预测精度的高低。结果表明,灰色自回归模型预测精度比GM(1,1)模型的精度较高。     

基于威布尔分布下纳米碳酸钙改性混凝土寿命预测研究

为改善西部盐湖地区混凝土耐久性能,延长其服役寿命,通过研究半浸泡式纳米碳酸钙（CaCO₃）改性混凝土的抗硫酸盐腐蚀性能,定期对试件进行质量损失以及相对动弹性模量的测评,并对其耐久性进行分析;同时采用威布尔（Weibull）函数建立纳米CaCO₃改性混凝土的耐久性退化模型。结果显示：在0～180 d的龄期内,试件的相对质量和相对动弹性模量有明显的增强,在180 d以后,试件耐久性开始逐步退化,其中相对动弹性模量评价参数更为敏感,能够清晰反映出试件的耐久性退化情况;通过Weibull函数建模计算得出概率密度函数和可靠度函数,确定出纳米CaCO₃改性混凝土在硫酸盐境下最长使用寿命可达到693 d左右。     

基于灰色GM(1,1)模型的混凝土碳化深度预测

阐述了混凝土碳化过程及机理,并分析了其影响因素,运用灰色GM(1,1)模型对混凝土碳化深度进行预测,结果表明,灰色GM(1,1)模型预测混凝土碳化深度具有较高精度,这一方法是可行、有效的。     

利用径向基函数网络预测钢筋混凝土结构剩余使用寿命

总结分析了一般混凝土结构剩余使用寿命预测方法,在吸取等维灰色递补 GM(1,1)模型的优点之后,提出了利用 RBF 神经网络对既有钢筋混凝土结构的剩余使用寿命进行预测的方法。通过理论分析及应用,证明了其可行性。     

基于碳化的C30P8结构混凝土服役寿命预测

根据碳化深度与时间关系的模型X=atb,推导出了基于碳化的混凝土寿命预测公式t1=(X1/X2)1/b·(t2C2/365C1),通过对加速碳化试验数据的回归,对反映混凝土碳化深度的后期增长趋势参数b进行了修正,并对混凝土进行了基于碳化的寿命预测。结果表明,通过加速试验取得碳化深度时,要充分考虑混凝土的养护龄期,特别是添加掺和料的混凝土,否则将不能准确地预测出混凝土的寿命。对所配制地下工程用高性能混凝土进行了碳化寿命预测,表明各配合比混凝土在钢筋保护层厚度为50mm情况下均能满足100年的抗碳化要求。