盐渍土对钢筋混凝土结构物耐久性设计的影响

通过对钢筋混凝土材料腐蚀机理的分析，指出了西部盐渍区富含的氯盐、硫酸盐是造成钢筋混凝土结构物耐久性差的主要原因。详细阐述了氯离子、硫酸根离子对钢筋混凝土材料的危害。依据混凝土耐久性试验数据，证实干湿交替的环境对氯离子侵入混凝土有重大的影响。并对西部盐渍区氯离子侵入混凝土结构物的机理进行了探讨，指出利用Fick第二扩散定律预测混凝土结构物耐久年限对西部盐渍区的局限性。提出了预测该地区钢筋混凝土结构物服役寿命的几点建议。     

氯盐腐蚀下混凝土服役寿命的可靠度分析

混凝土性能的随机性对混凝土结构的服役寿命有重要影响.在考虑混凝土的氯离子扩散系数和临界氯离子浓度的随机性基础上,利用摄动技术研究建立了混凝土中氯离子扩散分析的摄动随机有限元法,结合混凝土内钢筋锈蚀极限状态方程,建立氯盐腐蚀环境下混凝土结构服役寿命分析的可靠度分析方法.通过算例分析,验证了本研究方法具有较高的计算精度和效率,同时分析了保护层厚度、扩散系数变异性等因素对氯离子扩散过程和混凝土服役寿命的影响.     

氯盐侵蚀下结构混凝土服役寿命的可靠度分析

为了全面考虑随机因素对氯盐侵蚀下结构混凝土耐久性的影响,研究建立了氯盐环境下混凝土服役寿命分析的可靠度随机边界元法。首先基于全时域初值推进法研究建立了混凝土中氯离子随机时变扩散分析的摄动随机边界元法,进而基于正常使用极限状态建立了混凝土结构服役寿命分析的可靠度分析格式,据此研究了保护层厚度、氯离子扩散系数等随机参数对结构混凝土服役寿命的影响,克服了传统的随机边界元法的缺陷。结果表明,混凝土材料及氯盐腐蚀环境的随机性、混凝土结构几何外形所导致的二维扩散现象等对氯盐环境下混凝土结构的服役寿命具有显著影响,在耐久性设计中必须合理考虑才能保障使用寿命。     

基于规定可靠指标的混凝土结构氯离子侵蚀耐久寿命预测

目前氯离子侵蚀环境下的混凝土结构耐久寿命的概率研究还很少。分析了影响混凝土结构氯离子侵蚀寿命的因素的概率分布特征,提出了基于F ick第二定律的氯离子侵蚀耐久寿命的概率计算方法。依据耐久可靠性理论,针对目前确定性参数方法预测结构寿命的不足,提出了基于规定可靠指标的氯离子侵蚀耐久寿命预测方法,该方法通过建立耐久可靠指标和侵蚀时间之间的关系,确定结构耐久可靠性低于规定可靠指标时的时间,并以此作为氯离子侵蚀耐久寿命终结的时间。分析完善了氯离子侵蚀环境下混凝土结构耐久寿命的预测方法。     

全时域初值推进边界元法分析氯盐侵蚀下混凝土结构服役寿命

通常采用的分时段逐步推进边界元法在分析氯盐对混凝土的侵蚀问题时存在缺陷。为此,研究建立了全时域初值推进边界元法,据此计算了氯盐侵蚀环境中钢筋混凝土结构的服役寿命,分析了氯离子扩散维数对混凝土中氯离子浓度和服役寿命的影响。研究了分时段逐步推进边界元法计算氯离子扩散时产生问题的原因。算例结果表明：混凝土中氯离子扩散的维数将直接影响到混凝土结构的服役寿命,必须在设计中加以考虑。而且,全时域初值推进边界元法可以消除混凝土中氯离子扩散域内的积分项,避免域内离散,因此与分时段逐步推进边界元法相比,能够简化计算格式,提高迭代收敛过程的稳定性和计算结果的精度,减少计算耗时。     

北部湾海域混凝土结构中氯离子扩散模型研究

混凝土结构的耐久性和服役寿命长期以来一直是一个备受关注的问题,特别是暴露于氯盐环境下的混凝土结构,氯离子的侵蚀就成为影响混凝土结构耐久性的主导因素,因此搭建合理的氯离子扩散模型研究氯离子的扩散规律是研究氯盐环境下混凝土结构耐久性和服役寿命的关键性问题。通过对防城港、钦州港和铁山港三个码头的混凝土结构取样研究,在综合考虑胶凝材料、温度、湿度胶凝材料、混凝土结构养护龄期、暴露氯盐环境龄期、水灰比、结合氯离子等因素对混凝土结构中氯离子扩散系数影响的情况下搭建氯离子扩散模型,并与Life365模型和LNEC E465模型进行对比分析,发现文中所搭建的氯离子扩散模型更加准确反映北部湾氯离子在混凝土内部的传输特性。     

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.     

基于COMSOL进行氯离子对钢筋混凝土侵蚀的二维模拟

氯离子在自然环境下是影响钢筋混凝土寿命最重要的因素.环境中含量较多的氯离子会破坏混凝土内部钢筋,导致钢筋被侵蚀及混凝土被破坏,氯离子是钢筋混凝土结构被提前腐蚀的重要原因,本文研究时间、温度、氯离子浓度等因素对氯离子侵蚀混凝土速度的影响,对保护混凝土寿命的意义重大.     

混凝土氯离子模型侵蚀综述

现代基础设施工程都离不开混凝土,绝大多数工程都采用混凝土结构建造。但海洋环境及除冰盐环境中氯离子侵蚀混凝土造成混凝土的退化问题已然成为困扰工程及科研人员的一个严重问题。人们日益关注并尝试研究钢筋混凝土腐蚀机理及影响因素,并提出各种侵蚀模型来预测剩余寿命,取得了良好的成效。文章介绍氯离子的侵蚀机理并回顾学者们所提出的氯离子侵蚀混凝土耐久性模型的研究进展,为后续模型提供参考。     

冻融侵蚀环境下持续荷载裂缝和人工裂缝对氯离子扩散及寿命预测的影响

寒冷沿海环境或除冰盐环境的钢筋混凝土(RC)结构受到荷载裂缝与冻融氯腐蚀的综合作用。氯离子易通过裂缝快速侵入混凝土并腐蚀钢筋,缩短RC结构的服役寿命。对带有人工裂缝和持续荷载裂缝的RC试件进行冻融循环和氯溶液侵蚀综合作用,研究持续荷载裂缝和人工裂缝下氯离子扩散性及服役寿命差异。持续荷载裂缝宽度分别为0, 0.06,0.07,0.11,0.13 mm,人工裂缝宽度分别为0,0.07,0.13,0.19 mm。研究结果表明:裂缝宽度小于0.07 mm时,持续荷载裂缝和人工裂缝对氯离子扩散性的作用差别很小;裂缝宽度大于0.07 mm时,持续荷载裂缝对氯离子扩散性作用大于人工裂缝的作用,且随着裂缝宽度增加,两者差异快速增大。分别考虑氯离子一维扩散和二维扩散状态,利用Monte-Carlo法计算得到的RC结构的服役寿命中,持续荷载裂缝的RC结构预测寿命明显低于人工裂缝。     

钢筋混凝土结构的工作寿命设计-针对氯盐污染环境

混凝土耐久性现在正在向定量化发展,同时正在融入钢筋混凝土结构可靠度和工作寿命设计体系。通过将氯盐污染、氯离子渗透和导致钢筋锈蚀,转换为与时间相关的环境荷载与结构劣化进程,目前已形成具有实用价值、可操作的结构工作寿命设计体系。本文介绍了这方面最新进展,包括氯盐污染对结构的破坏作用,氯离子渗透数学模型与主要参数,以结构混凝主耐久性为基础的工作寿命、可靠度概念和理论计算方法,以及设计高耐久性钢筋混凝土结构的技术路线。     

氯盐环境钢筋混凝土构件服役寿命计算

根据混凝土构件承载力的耐久性退化作用,建立了腐蚀环境作用下混凝土结构的3阶段服役寿命理论模型:诱导期、退化期和破坏期;即钢筋表面的自由氯离子浓度达到锈蚀临界值的时间、混凝土结构的主要材料(混凝土和钢筋)达到其材料耐久性破坏的限值、混凝土结构的承载力降低到安全使用极限状态作为各阶段的时间节点.基于氯离子扩散计算模型、钢筋...     

氯离子侵入混凝土的可靠性研究

在沿海或使用除冰盐地区,氯离子是引起混凝土结构中钢筋锈蚀,进而导致结构破坏的主要原因,科学准确地描述氯离子侵入混凝土的过程,对于已有混凝土结构的寿命预测和新建结构的耐久性设计均具有重要的意义。目前,描述氯离子侵入混凝土的模型主要是Fick第二定律模型,该模型不能考虑各参数的随机性,可靠性模型则能够考虑模型中各参数的随机性,可以更科学全面的描述氯离子侵入混凝土的过程。     

Long-term durability of onshore coated concrete —chloride ion and carbonation effects

Enhancing service life of reinforced concrete (RC) structures located in marine environments is an issue of great interest for design engineers. The present research addresses the effect of surface coatings on service life of onshore RC structures. Long-term performance of concrete samples up to 88 months of exposure at natural marine environment was investigated. Two onshore exposure conditions, including soil and atmosphere and different types of concrete coatings were studied. Carbonation rates of up to 0.5 and 1.5 mm/year were observed at the first 88 months of exposure for soil and atmospheric samples, respectively. Surface chloride ion build-up and variation in chloride ion diffusion were monitored with respect to time, and service life was estimated. Based on the obtained results it is proposed to use the aliphatic acrylic and polyurethane coatings for enhancing the service life of concrete structures in the investigated exposure conditions.     

基于气候环境作用的混凝土材料与结构使用寿命预测方法

为了提升自然气候环境下钢筋混凝土结构使用寿命的预测精度,以混凝土受氯盐侵蚀为背景,分析了钢筋混凝土结构使用寿命的全过程,并给出各关键阶段使用寿命的计算模型;基于气候环境作用谱、混凝土微环境响应谱以及钢筋锈蚀速率时变模型的相关研究成果,提出新建混凝土结构耐久性设计的使用寿命预测方法,并给出算例说明;基于混凝土内钢筋锈蚀量的等效,提出混凝土材料与结构耐久性试验中的加速老化因子概念,并提出了基于人工气候环境耐久性试验的使用寿命预测方法。结果表明:该方法可以提高新建混凝土结构使用寿命的预测精度,并且使人工气候环境耐久性试验的设计更具有针对性。     

基于时变可靠度的锈蚀混凝土结构全寿命成本模型

为了分析混凝土结构在氯盐环境下的全寿命周期成本,基于现有氯离子扩散模型和裂缝宽度预测模型,采用MATLAB软件进行Monte-Carlo抽样模拟,建立结构失效概率与可靠度指标的拟合公式。通过研究维护-加固措施对可靠度指标的影响,建立全寿命周期内维护-加固费用计算评估方法,并以混凝土桥梁结构为例计算了全寿命周期维护-加固成本。结果表明:失效概率与可靠度指标可用以失效概率等于0.1为界的分段函数进行描述;维护-加固效果持续时间对结构构件服役年限延长的影响最显著;当保护层厚度取60 mm时,维护-加固阶段费用有明显下降,较保护层厚度取40 mm时减少25%~50%。     

海洋工程混凝土耐久性研究

深入了解造成混凝土结构使用寿命缩短的原因,通过研究混凝土构件可靠度分析方法,对混凝土进行了配合比设计,试验结果表明掺人聚丙烯腈纤维比掺引气剂具有更好地提高混凝土冻融耐久性的作用.将混凝土表面氯离子浓度,保护层厚度和扩散系数作为随机变量,根据传统Fick第二定律建立了混凝土保护层中氯离子浓度的随机模型,基于体积稳定性设计的混凝土并掺人少量聚丙烯腈纤维后的混凝土显示了优良的抗氯离子渗透能力,从而提出了海洋环境下混凝土结构耐久性寿命评估的方法.     

采用中子照相观测无裂缝和带裂缝混凝土的水分侵入

钢筋混凝土结构的使用寿命在很大程度上取决于混凝土材料本身的质量、保护层厚度、侵蚀环境等.水和溶解于水中的有害离子能够通过混凝土孔隙的毛细吸附、扩散或两者的复合作用侵入到混凝土内部.两者复合作用的机理非常复杂,无法通过简单的模型进行描述,因此,目前对侵蚀环境下钢筋混凝土结构的使用寿命预测方法还不完全成熟.成功采用了一种有力的检测方法———中子照相,来观测水分在多孔混凝土中的运动过程,试验结果为今后建立可靠的寿命预测模型提供了坚实的试验基础.在介绍中子照相基本原理的基础上,对无裂缝和带裂缝混凝土的毛细吸水过程进行了实时中子成像.水分在钢筋与混凝土的界面处以及在裂缝前方的断裂区内部的运动过程尤为特殊.首次就水分的侵入过程进行了详细的可视化研究,试验结果有助于进一步更好地理解钢筋混凝土的劣化机理,寻求提高混凝土耐久性的措施.     

海工混凝土使用寿命预测研究

在前人关于混凝土中氯离子迁移的影响因素的研究成果基础上，以Fick第二定律为基本模型，引入了混凝土中氯离子扩散系数的时间修正因素、吸附修正因素、温度修正因素、应力和裂缝状态修正因素等，结合可靠度理论，建立了海工混凝土寿命预测模型及其计算软件SLPMC，并将其应用于实际工程混凝土的设计计算和寿命预测。