开裂混凝土氯离子扩散性能研究

为探索裂缝对开裂混凝土氯离子扩散性能的影响,采用无损裂缝制备方法预制相应裂缝宽度的混凝土试块,并进行70d自然浸泡试验后对混凝土内部氯离子浓度进行测定。试验结果表明:裂缝使氯离子在混凝土中加速扩散,且氯离子在裂缝周围区域影响范围约为30～80mm;氯离子浓度在20mm深度后增长显著并在35mm后趋于稳定;裂缝宽度对带裂缝混凝土氯离子扩散系数影响显著,可由裂缝宽度的三次函数描述带裂缝混凝土内氯离子传输规律。     

收缩裂缝对混凝土氯离子传输的影响

水泥基材料中介质的传输非常复杂。采用氯盐溶液自然浸泡法研究了收缩裂缝对混凝土材料中氯离子传输性能的影响。采用板式约束收缩方式诱导混凝土裂缝,借助于图像分析技术,并选取平均裂缝宽度参数对裂缝进行表征。通过检测在5%氯盐溶液中浸泡60 d后的混凝土不同部位氯离子的浓度,发现裂缝的存在加强了氯离子在混凝土中的传输,并且氯离子扩散性能随着裂缝宽度的增加而增加,同时讨论了氯离子在开裂混凝土中的传输机理。     

混凝土中的裂缝对氯盐侵蚀作用的影响

为了研究裂缝对氯离子侵蚀作用的影响,采用弯曲试验预先在混凝土梁中产生宽度不等的弯曲裂缝,然后通过3%NaC l盐溶液浸泡一定龄期后钻心取样,测定裂缝处混凝土内氯离子含量.试验结果表明,混凝土中裂缝对氯盐环境下氯离子渗透的影响是显著的,裂纹大大加快了氯离子的侵蚀速度.裂纹处(裂缝宽度120~500μm)氯离子浓度为相同浸泡龄期无裂纹处的2~3倍.浸泡30 d时,裂纹处氯离子含量随裂缝宽度增大而增加,60 d时氯离子含量基本达到饱和,不受裂缝宽度影响,此时氯离子含量受浸泡深度影响不大.未开裂混凝土,即使氯盐浸泡60 d,氯离子含量随浸泡深度仍呈逐渐减少的趋势.     

混凝土开裂部位氯离子渗透试验研究

为研究混凝土裂缝宽度和深度对裂缝表面氯离子渗透的影响,制作了带裂缝的钢筋混凝土试件并进行了氯离子渗透研究.采用氯离子溶液浸泡时未开裂的试件、开裂试件的横断面进行研究.对于开裂的试件,通过对比裂缝的宽度、深度和裂缝表面氯离子渗透情况,并与未开裂试件断面氯离子渗透情况进行对比分析.研究结果表明,裂缝宽度对于裂缝表面氯离子渗透几乎没有影响,表面氯离子渗透主要与裂缝深度有关.对混凝土开裂部位的耐久性研究方法提出了新的观点,对混凝土结构耐久性的研究具有重要的参考价值.     

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.     

基于双向电迁移的开裂混凝土除氯阻锈效果

采用双向电迁移（BIEM）方法对沿海环境下的开裂混凝土进行修复,以排除裂缝附近富集的氯离子,并对钢筋进行阻锈防护. 通过测定阻锈剂浓度、氯离子质量分数以及钢筋极化曲线,研究不同裂缝宽度下BIEM的作用效应,并通过氯离子迁移特征试验对氯离子的迁移规律加以验证. 试验结果表明：开裂混凝土双向电迁移后,钢筋腐蚀电位均能恢复至较高水平;当裂缝宽度较小时,混凝土保护层中氯离子的迁移规律与未裂混凝土相近;当裂缝宽度大于0.3 mm时,裂缝处的氯离子排出效率随裂缝宽度的增加有所提高,但离裂缝较远处的氯离子排出效率有所降低.     

收缩裂缝对混凝土氯离子渗透及碳化的影响

采用大板开裂方法制备了收缩裂缝宽度为0.07 mm、0.1 mm、0.2 mm、0.4 mm和0.62mm的混凝土试件,对养护7 d的不同尺度裂纹混凝土海水浸泡腐蚀30 d,以及快速碳化14 d。测试混凝土裂缝处及周边区域的碳化深度、自由氯离子及总氯离子浓度。试验结果表明：混凝土的自由氯离子与总氯离子均随裂缝宽度增加而呈二次函数增加。氯离子在裂缝处的迁移速度高于周边区域,但收缩裂缝尖端增加了氯离子结合能力,降低了自由氯离子浓度。当收缩裂缝宽度小于0.07mm,混凝土裂缝区域碳化深度没有变化。当收缩裂缝宽度小于0.1 mm,混凝土氯离子扩散系数与碳化深度增加幅度很小;此后,随裂缝宽度增加,混凝土氯离子扩散系数与碳化深度均快速增加。此外,混凝土裂缝处碳化深度比周边区域高3 mm左右。     

氯盐侵蚀下开裂混凝土耐久性可靠度研究

通过对诱导产生开裂的混凝土进行氯离子渗透试验,提出对带裂缝混凝土在饱和及非饱和状态下的氯离子渗透修正模型。在此基础上,基于引入示性函数的蒙特卡洛法,提出针对混凝土耐久性的模糊可靠度计算方法,并对某工程案例中的带裂缝混凝土结构进行了耐久性可靠度计算,对结构服役时间、裂缝宽度等参数对可靠度的敏感性影响进行了分析。研究表明:在氯离子侵蚀环境状态下,裂缝宽度与结构服役时间的增加都会显著降低结构的可靠度指标。同时对于混凝土给出了它的敏感性分析结果以及耐久性的寿命预测结果,可为相应的实际工程应用中给出参考。     

氯盐环境下混凝土氯离子传输和钢筋锈蚀研究

通过对16组带裂缝100×100×400mm的短梁进行在氯盐溶液的干湿循环试验,以裂缝宽度、混凝土保护层厚度和钢筋直径为变量,研究不同裂缝宽度的钢筋混凝土裂缝周围和沿裂缝深度的氯离子含量,以及裂缝底端钢筋锈蚀长度,探讨氯离子传输规律;钢筋锈蚀长度的影响因素;并提出钢筋锈蚀长度预测模型。结果表明:氯离子在带裂缝混凝土中以二维扩散的方式扩散,氯离子在裂缝周围40～60mm区域的二维扩散效应表现得更加显著;混凝土深度为10mm范围内氯离子浓度随裂缝增大的趋势相对平缓,当深度10mm后,其趋势变大;裂缝宽度对钢筋锈蚀长度影响最大,当裂缝宽度w0.3mm时,钢筋锈蚀长度的预测值与试验值符合程度较好,钢筋锈蚀长度预测模型具有一定合理性。     

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.     

开裂混凝土中氯离子扩散行为的细观数值模拟

为了研究氯离子在开裂混凝土中的扩散性能,考虑混凝土细观结构的非均质性,将含有裂纹的混凝土试件视为由砂浆基质、骨料、界面过渡区以及裂纹组成的四相复合材料,建立了带有单条裂纹的二维细观有限元模型.数值模型中,骨料不具有渗透能力,砂浆基质和界面中的氯离子扩散性能由水灰比确定,裂纹相中氯离子扩散系数与裂纹宽度的定量关系由文献中已有试验数据的拟合获得.研究了骨料分布形式对氯离子扩散行为的影响,分析并探讨了不同裂纹宽度下混凝土中的氯离子扩散行为.数值结果与试验数据的良好吻合说明了该方法的准确性.研究结果表明:骨料的随机分布形式基本不影响混凝土中氯离子的扩散行为;裂纹宽度小于50μm时,混凝土中氯离子的扩散行为基本不受裂纹的影响;裂纹宽度介于50~170μm时,氯离子的扩散随裂纹宽度增大而明显加剧;裂纹宽度大于170μm时,氯离子在裂纹附近的扩散趋于二维扩散形态.     

横向弯曲裂缝对混凝土内氯离子侵蚀作用的影响

分析了横向开裂混凝土内氯离子的侵入机理及其主要影响因素,建立了基于双重孔隙介质模型的修正Fick定律氯离子扩散模型,并对持续加载下的开裂钢筋混凝土梁构件进行了氯盐干湿循环侵蚀试验。试验采用浓度为5%的NaCl溶液,在进行15个干湿循环后,借助快速氯离子含量检测RCT（Rapid Chloride Testing）法,对各裂缝处不同深度的氯离子含量进行了测定。试验结果表明：1）干湿循环侵蚀作用下,开裂混凝土表层0~20 mm范围内氯离子含量出现峰值,故可取表层对流区深度为15~20 mm左右;2）当表面裂缝宽度小于0.3 mm时,等效氯离子扩散系数平稳增大,模型的预测精度较高;当裂缝宽度大于0.3 mm后,等效氯离子扩散系数快速增大,氯离子侵入受对流作用的影响加大;3）受弯开裂混凝土等效氯离子扩散系数的劣化因子与裂缝宽度有直接关系,建议采用二次幂函数或分段函数来进行描述。     

UHPC梁开裂弯矩和裂缝试验

为研究超高性能混凝土梁的开裂弯矩和裂缝特征及评估现有规范公式计算超高性能混凝土梁开裂弯矩和裂缝宽度的适用性,进行了8根超高性能混凝土T形简支梁的受弯性能试验,观察试验梁的开裂弯矩和裂缝发展．试验结果表明:预应力水平对开裂荷载影响较大;超高性能混凝土梁的弯曲裂缝细而密,加载初期最大裂缝宽度发展较慢,纵筋屈服后最大裂缝宽度发展明显加快;利用现有规范公式计算超高性能混凝土梁开裂弯矩和最大裂缝宽度过于保守．在现行规范公式的基础上引入抗裂影响系数和裂缝修正系数,给出了超高性能混凝土梁开裂弯矩和最大裂缝宽度的建议公式,建议公式的计算值和试验值吻合良好．     

大型混凝土底板温度与收缩裂缝分布特征计算

大型地下结构物的渗漏问题一直以来都较难解决,作为主要构件的混凝土底板其裂缝宽度和数量直接决定整个地下结构的渗漏严重程度,目前关于底板开裂后的裂缝分布特征研究还较少。作者以解析方法得出不断增大的温度及收缩效应下混凝土底板的裂缝出现位置、宽度及间距表达式,实现对裂缝分布特征的描述。假定滑脱钢筋表面受均匀摩擦力（为混凝土抗拉强度）,滑脱临界处混凝土为极限拉应变（约100×10^-6）的情况下,求解出钢筋拉力、滑脱长度、钢筋变形量等参数之间关系式。把滑脱钢筋作为边界条件,带入通解,计算第一条裂缝的宽度及新底板块体内位移和应力分布。在已发生裂缝位置和滑脱钢筋刚度恒定的情况下,从坐标原点和端部的块体向某裂缝处叠加计算,得出该处底板块体的新组合刚度和自由位移值,进而求解应力重分布后的裂缝宽度。持续增加温度与收缩应变,计算新裂缝出现后的底板块体组合刚度、最大拉应力值,存储已有裂缝位置和滑脱钢筋刚度,用于下步计算。循环计算过程,直至应变的上限值,得出整块底板的多条裂缝宽度和间距,建立大型混凝土底板温度与收缩裂缝分布特征的计算方法。最后以尺寸80 m×20 m×0.4 m的混凝土底板为例,持续施加0～350×10^-6的温度或收缩应变,实现裂缝5次出现时分布特征的计算。     

预应力 CFRP 布加固负载混凝土梁抗裂性能分析

为开展预应力碳纤维增强复合材料（CFRP）布加固混凝土受弯构件时对正截面裂缝影响的研究,设计制作了配筋率不同的2组共计8根试验梁。在承受40％极限荷载的基础上利用预应力CFRP 布对试验梁正截面进行加固,并完成其静载试验,获得混凝土受弯构件在前期加载和加固后的二次受力过程中弯曲段裂缝分布、裂缝宽度和高度的试验数据。在试验数据的基础上,通过理论分析,提出了与《混凝土结构设计规范》相协调的预应力 CFRP 布加固负载混凝土梁弯曲段裂缝平均间距和最大裂缝宽度的计算公式。研究结果表明：二次受力过程中,预应力 CFRP 布能有效抑制裂缝的开展,且随着预拉应力的增加,裂缝平均间距和裂缝宽度均减小。     

GFRP筋混凝土梁受弯性能试验

为改善GFRP(glass-fiber reinforced polymer)筋混凝土梁裂缝宽度较大的缺陷,提出一种将GFRP筋穿入金属波纹管并灌注水泥基高强灌浆料的新型构造措施,内部高强水泥基灌浆料与GFRP筋的黏结性能较好,共同参与受拉,外部金属波纹管可约束内部黏结裂缝的扩展,并增强与混凝土之间的黏结作用,进而减小GFRP筋混凝土梁的裂缝宽度.为验证其可行性,对配置钢筋、拉挤GFRP筋以及新型构造措施GFRP筋的6根简支梁开展了单调加载受弯试验,考察了GFRP筋混凝土梁在正常使用极限状态下的裂缝分布、平均裂缝间距以及平均裂缝宽度的发展规律.试验结果表明:与普通拉挤GFRP筋相比,新型构造措施可减小梁在使用阶段的裂缝宽度,延缓顺筋裂缝的出现;新型构造措施GFRP筋混凝土梁可满足各国规范0.5 mm最大裂缝宽度的限值规定,普通GFRP筋混凝土梁则不能满足要求;当GFRP筋配筋率接近或大于界限配筋率时,梁表现为首先混凝土受压破坏、最后FRP纵筋受拉断裂的失效模式,其受弯承载力高于钢筋混凝土梁,破坏前有较大的变形能力,平均挠跨比约为1/56.     

箍筋对钢筋混凝土受弯构件裂缝的影响分析

收集整理了国内外大量配置横向箍筋的钢筋混凝土梁受弯性能试验的裂缝结果,研究了箍筋的设置对钢筋混凝土受弯构件裂缝位置及裂缝间距的影响。分析结果表明,箍筋对裂缝的位置具有导向作用,箍筋间距对裂缝间距有一定的影响。根据试验资料,提出了考虑箍筋影响的平均裂缝间距公式,并在我国规范GB50010-2002裂缝宽度计算模式得基础上,提出了考虑箍筋影响的平均裂缝宽度计算公式。建议公式的计算结果与试验结果符合较好。