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。     

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.     

带裂缝混凝土进行硅烷浸渍防护的研究

对于海工混凝土结构或者是处于氯离子侵蚀条件下的混凝土结构,如果出现裂缝,则裂缝将成为侵蚀性离子进入混凝土的便捷通道,极易造成钢筋的锈蚀和混凝土破坏。试验选择在混凝土试件出现0.2 mm宽的裂缝后,对其进行硅烷溶液、乳液或者凝胶浸渍处理,然后再进行氯离子侵蚀试验。通过对试件氯离子二维含量的分析,验证了对带裂缝混凝土进行硅烷浸渍防护处理具有非常好的效果。     

考虑初始裂缝的GFRP筋混凝土梁受弯性能试验

基于12根带初始裂纹的GFRP筋混凝土梁进行了弯曲性能试验研究,在考虑初始裂缝和混凝土标号等因素的情况下,对试件受弯承载力、破坏模式及裂缝扩展过程进行研究和分析。结果表明:初始裂缝的存在对GFRP筋混凝土梁的破坏形式没有明显影响;随着荷载的增加,考虑初始裂缝和不考虑初始裂缝的GFRP筋混凝土梁均由于受压区混凝土压碎而破坏;相同混凝土标号情况下,带初始裂缝试件跨中挠度与无初始裂缝试件的相比略大;混凝土标号对带初始裂缝GFRP筋混凝土梁的刚度有所影响,随着混凝土标号的提高,初始裂缝对试件所造成的承载能力降低的趋势有所减缓。     

养护条件与暴露环境对氯离子传输的耦合作用

为研究早期养护条件和后期暴露环境作用对混凝土抗氯离子扩散性能的耦合作用效应,选取不同的早期养护条件和海洋暴露环境对混凝土试件进行暴露试验.设定5种环境干湿状况及养护龄期用以模拟施工中出现的不同养护条件,并选取具备不同干湿循环比例的海洋环境对混凝土试件进行6个月的暴露.暴露结束后,通过酸溶法氯离子浓度分布测定及稳态电迁移试验讨论氯离子在混凝土中的传输特性影响.同时还对氯离子在非饱和混凝土中的传输进行数值模拟研究.结果表明,早期的不充分养护和后期的干湿交替环境使得混凝土浅表层的毛细吸附行为和氯离子在浅表层的富集变得十分显著.服役环境的供水能力强,则氯离子在混凝土内部的扩散效应显著;反之,氯离子的扩散效应被弱化.因此提出,在海洋环境中服役的钢筋混凝土结构进行耐久性设计时,必须重视并且考虑早期养护条件和后期暴露环境的干湿循环比例的耦合作用.     

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。     

核电工程双钢板混凝土剪力墙面外受弯性能

为了研究核电工程双钢板混凝土组合剪力墙在面外荷载作用下的抗震性能,本文对6个剪力墙试件进行了低周往复荷载试验。制作的试件包括5个双钢板混凝土组合剪力墙试件和1个钢筋混凝土剪力墙试件。通过参数分析,研究了钢板厚度、竖向荷载和混凝土强度对双钢板混凝土组合剪力墙试件面外抗震性能的影响。试验结果发现:双钢板混凝土组合剪力墙试件具有良好的承载力和抗侧刚度,但比钢筋混凝土剪力墙在破坏阶段的延性要差。钢板厚度和竖向荷载都对双钢板混凝土组合剪力墙试件的面外抗震性能有较大影响,而混凝土强度对其影响不明显。利用ABAQUS有限元软件对双钢板混凝土组合剪力墙面外荷载试验进行了模拟,试件极限荷载的模拟结果和试验结果比较吻合。在试验和数值分析的基础上提出了双钢板混凝土组合剪力墙面外受弯承载力的计算公式,为核电工程双钢板混凝土组合剪力墙的设计提供参考。     

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.     

面层厚度对梯度结构混凝土扩散性能的影响

为了研究面层厚度对梯度结构混凝土(gradient structural concrete,GSC)扩散性能的影响,制备了4种不同厚度的GSC试件;通过海洋环境模拟试验及氯离子分布测试,拟合出GSC的氯离子浓度扩散系数,以研究面层厚度、曝露时间对扩散系数的影响;基于相似性原理,借鉴复合材料中二元串联结构热扩散系数模型,建立了考虑面层厚度变化的GSC的氯离子扩散系数时变模型.结果表明:GSC体系的氯离子扩散系数随面层厚度的增加而下降,并且逐渐趋于平缓;GSC体系氯离子扩散系数则随曝露时间的延长而减小,最后也趋于稳定.     

单轴受压混凝土的微裂缝和氯离子侵入性

采用1种无破损微裂缝估算指标-比裂缝面积来评价单轴压力作用下混凝土棱柱体的扩展微裂缝。加压卸载后试块暴露于氯离子环境中,测得试块中的氯离子含量分布。分析了单轴压力下混凝土微裂缝的发展以及荷载、微裂缝和氯离子渗透性的相关规律。试验结果表明,在大约0.3的应力水平范围内,受压并卸载后的试块表观氯离子扩散系数普遍降低,但随着应力水平的继续提高,氯离子扩散性能开始提高并超过未加载时的氯离子扩散系数。混凝土在单轴受压并卸载的情况下,其微裂缝的发展和恢复与应力水平关系密切。比裂缝面积能够较好地表征混凝土中微裂缝的发展,有助于分析混凝土在荷载作用下产生的微裂缝对氯离子传输性能的影响。     

凝石混凝土的抗氯离子渗透性能分析

目的研究水泥混凝土与凝石混凝土的抗氯离子渗透性能,为凝石混凝土的广泛应用提供实验依据．方法根据基于离子扩散和电迁移提出的NEL方法测试水泥混凝土与凝石混凝土试件的氯离子扩散系数,从孔结构、界面过渡区域以及氯离子的固化程度等几个方面分析水泥混凝土与凝石混凝土的渗透性能．结果凝石混凝土具有较小的过渡孔隙率、微观界面过渡区域具有较高的硬度,并且与氯离子的结合能力很强,使得凝石混凝土对氯离子具有很好的固化作用．结论凝石混凝土相比于水泥混凝土具有更好地抗氯离子渗透性,可以提高混凝土的耐久性．     

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.     

感潮河段水工混凝土氯离子扩散性能的时变关系及试验

根据暴露在感潮河口环境下的2种水灰比RC梁的水工混凝土暴露试验,测定了不同深度处的自由氯离子浓度;推导了混凝土氯离子扩散性能与时间关系的一维模型,并依据一维时变扩散模型计算了水工混凝土的自由氯离子浓度.结果表明,一维模型公式可以较好地模拟该环境条件下水工混凝土氯离子的侵蚀,并可预测长期侵蚀时水工混凝土中的自由氯离子浓度.     

矿物掺合料对混凝土氯离子渗透扩散性研究

研究了不同种类、不同掺量的矿物掺合料对混凝土氯离子渗透性的影响,试验结果显示:单掺矿物掺合料(磨细粉煤灰、矿渣、硅灰)改善混凝土抗氯离子渗透能力,且改善效果硅灰最佳,磨细粉煤灰其次,矿渣最差.从机理上分析,矿物掺合料的火山灰效应改善了混凝土中水泥石与集料之间的薄弱界面,降低孔隙率,使孔细化,同时生成更多低碱度的C-S-H凝胶增加混凝土的Cl-固化能力,从而提高了混凝土抗氯离子渗透能力.     

Durability of sea-sand containing concrete: Effects of chloride ion penetration

This paper describes an orthogonal experiment on the effect of water/cement ratio, water consumptionper cubic meter, curing time, and type of sand on the response "resistance to chloride ion penetration".A sea-sand containing concrete was used for the trials. An analysis of chloride ion diffusion coefficients at different factor levels was performed. A predictive model of chloride ion diffusion in concrete is developed through regression analysis. The experimental results show that when the water/cement ratio varies from 0.45 to 0.60, and the water consumption per cubic meter varies from 185 to 215 kg. and the curing time varies from 30 to 180 d then the size of the effects fall in the order (most significant first):curing time, type of sand, water consumption per cubic meter, and water/cement ratio. Chloride ion penetration is reduced, and better durability of the concrete is observed, with longer curing times, less water consumption per cubic meter, and a smaller water/cement ratio.     

CRC抗氯离子侵蚀研究及其使用寿命评估

将废旧汽车轮胎经过处理后得到的橡胶块和橡胶颗粒分别取代部分细集料配制成橡胶集料混凝土（简称CRC），考虑标准养护和自然养护2种条件，采用ASTMC1202法对不同橡胶掺量（最高掺量为细集料体积的55％）的CRC进行抗氯离子侵蚀试验研究。结果表明：与普通混凝土相比，CRC的抗氯离子侵蚀能力在许多情况下有不同程度的提高；标养条件下，B组（橡胶颗粒）CRC抵抗氯离子侵蚀的性能优于A组（橡胶块）CRC。此外，基于现有混凝土氯离子扩散模型对CRC结构在氯离子环境下的使用寿命进行了理论评估。     

Effect of fly ash and early strength agent on durability of concrete exposed to the cyclic sulfate environment

The effect of fly ash and early strength agent on resistance of concrete to the cyclic sulfate environment was studied. Concrete specimens made with ordinary portland cement or ordinary portland cement incorporating fly ash with the replacement of 10% or 20%, or 1% early strength agent and fly ash with the replacement of 20%, were made and subjected to 250 cycles of exposure to the cyclic sulfate environment. Concrete properties including loss of mass, chloride ion diffusion coefficient, compressive strength and flexural strength were measured. Microstructure and chemical component of samples were determined by means of X-ray diffraction, scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy. The experimental results indicated that effect of fly ash on the cyclic sulfate resistance of concretes was mostly dependent on the amount of fly ash. Early strength agent improved performances of concrete with 20% fly ash exposed to cyclic sulfate environment.     

不同环境条件下混凝土构件氯离子侵蚀试验

为研究不同环境条件下混凝土构件氯离子侵蚀劣化规律,开展弯拉应力构件的氯离子浸泡侵蚀试验和无应力构件的盐雾侵蚀试验.基于氯离子质量分数、构件弯拉强度及弯拉应变等测试结果,研究了侵蚀时间、环境温度、应力水平、环境氯离子质量分数及侵蚀方式等因素对氯离子扩散特征和构件抗弯性能的影响.试验结果表明:浸泡环境中混凝土内部氯离子质量分数较盐雾环境高;试件内部氯离子质量分数随腐蚀时间、环境温度、环境氯离子质量分数及应力水平的增大而增大;氯离子扩散系数随应力水平和环境温度的提高而增大;在较低应力水平、较低环境温度和较短的侵蚀时间内,混凝土构件极限弯拉强度有小幅度上升趋势,然后随侵蚀时间的增长而衰减;混凝土构件的极限弯拉应变随各影响因素的增大而降低.研究结果可为钢筋混凝土构件在氯盐侵蚀环境下的耐久性评估及设计提供依据,具有一定工程实际意义.     

The transport properties of concrete under the simultaneous coupling of fatigue load and environment factors

A set of coupling experimental instrument was designed to study the transport properties of chloride ion in concrete under simultaneous coupling action of fatigue load and environmental factors. Firstly the water-saturated performance of modern concrete was investigated, then diffusion performance of chloride ion under different stress levels and different temperature were studied respectively; meanwhile, the time-dependent behavior of the chloride ion diffusion in concrete was also researched. The results showed that the saturation degree of concrete can reach as high as 99%. Besides, diffusion coefficient of chloride ion increased with increasing of the stress level and temperature, and when the stress level and temperature are at 0.6 and 60 ℃ respectively, the diffusion coefficient is 6.3×10-14 m2/s, moreover the diffusion coefficient of chloride ion in concrete decreased with time under the simultaneous coupling action of fatigue load and environment factors.     

地下水强酸盐复合腐蚀环境下不同矿物掺合料对水泥砂浆耐腐蚀性能的影响

模拟了贵州地区地下水强酸盐复合腐蚀环境,系统研究了粉煤灰、矿渣粉和硅灰3种矿物掺合料单掺与复掺对水泥砂浆耐腐蚀性能,如耐蚀系数、质量变化率、氯离子相对扩散系数的影响规律,并探讨了地下水强酸盐复合腐蚀环境下水泥砂浆的腐蚀机理。结果表明,与基准砂浆相比,单掺与复掺矿物掺合料均提高了砂浆的耐蚀系数,降低了砂浆后期氯离子相对扩散系数,但增大了砂浆质量损失率。这3项指标从不同角度反映了地下水复合腐蚀环境下水泥砂浆的耐腐蚀性能。