再生混凝土氯离子渗透性能及龄期衰减系数分析

氯离子的侵蚀会引起混凝土结构内部钢筋的锈蚀。通过分析混凝土中两种不同氯离子时变扩散模型以及两者之间的转换关系,利用不同暴露龄期的再生混凝土自然扩散试验数据研究水灰比、暴露龄期等因素对再生混凝土中氯离子时变扩散性能的影响。分析结果表明:由表观扩散系数与表观龄期衰减系数建立的表观时变扩散模型和由瞬时扩散系数与瞬时龄期衰减系数建立的瞬时时变扩散模型均能较好地表征再生混凝土结构中氯离子侵蚀规律,且两者之间存在一定的转换关系;当水灰比从0.45增大至0.6时,再生混凝土的表观龄期衰减系数m和瞬时龄期衰减系数n分别减少和;再生混凝土的m值比普通混凝土高10%～166%、n值比普通混凝土高8%～190%;不同混凝土的瞬时龄期衰减系数n均大于表观龄期衰减系数m。     

海洋环境下混凝土自由氯离子扩散系数试验

采用自然扩散法研究了普通混凝土、粉煤灰混凝土和矿渣混凝土在模拟海水环境中的氯离子扩散特性,探讨了养护龄期、暴露时间及矿物掺合料掺量对混凝土自由氯离子扩散系数的影响.结果表明:混凝土的自由氯离子扩散系数随着暴露时间的延长呈幂指数降低,而且其时间依赖性与养护时间及矿物掺合料掺量有关;当养护龄期达到730 d、粉煤灰和矿渣掺量(质量分数)分别达到30％和45％时,混凝土的自由氯离子扩散系数随暴露时间的降低速度最快;延长养护龄期及掺加粉煤灰和矿渣,对于降低混凝土的长期自由氯离子扩散系数具有重要的作用.     

单向荷载及冻融循环对氯离子渗透性的影响

采用快速氯离子电迁移法(RCM法)测定了不同单向荷载、冻融循环次数和养护龄期条件下C30高性能混凝土的氯离子扩散系数,研究了氯离子扩散系数与各影响因素之间的函数关系.结果表明:单向荷载、冻融循环次数和养护龄期均对氯离子渗透性能产生显著影响.氯离子扩散系数与单向荷载加载等级之间近似呈二次多项式函数关系,与冻融循环次数之间近似呈线性函数关系,与养护龄期之间近似呈幂函数关系.     

混凝土氯离子扩散系数随养护龄期演化的试验研究

通过试验研究了普通混凝土和矿物掺合料混凝土氯离子扩散系数随养护龄期的变化规律。在试验中考虑了水胶比、骨料体积率、矿物掺合料种类和替代率的影响,用NEL法测定养护龄期为28、56、84、112 d的混凝土氯离子扩散系数。试验结果表明,随着水胶比的增大或骨料体积率的减小,混凝土氯离子扩散系数增大。在混凝土中掺入粉煤灰和矿渣都能有效地减小氯离子扩散系数。基于试验结果,给出了普通混凝土、粉煤灰混凝土和矿渣混凝土氯离子扩散系数与养护龄期的经验公式,为混凝土材料的耐久性设计提供参考。     

混凝土氯离子扩散系数测试方法对比及早期衰减规律研究

利用公路RCM法和国标RCM法测试了不同类型混凝土28d、56d、84d龄期的氯离子扩散系数。结果显示,采用公路RCM法与国标RCM法测试的氯离子扩散系数具有较好的相关性,国标RCM法测得氯离子扩散系数约为公路RCM法测试结果的1.30倍。采用幂函数对早龄期扩散系数衰减系数m值进行拟合,并与现有的衰减系数经验公式进行对比,修正了现有的经验公式,提出了混凝土早龄期扩散系数的衰减公式,可用于根据28d扩散系数推定56d和84d混凝土扩散系数。     

早龄期混凝土氯离子扩散试验研究

通过试验研究了养护时间、骨料级配、水灰比、骨料体积含量和最大骨料直径对早龄期混凝土氯离子扩散系数的影响。结果表明,早龄期混凝土氯离子扩散系数随着养护龄期的增大而减小,但随着水灰比的增大而增大;早龄期混凝土氯离子扩散系数随着骨料体积含量和最大骨料粒径的增大而减小;也发现骨料级配对早龄期混凝土氯离子扩散系数有一定的影响。     

养护龄期对混凝土氯离子扩散系数的影响

基于NEL法研究了不同水灰比和骨料体积含量混凝土氯离子扩散系数随时间的变化规律,发现混凝土氯离子扩散系数随养护龄期的增大而减小,但118d后减小速率变缓。进一步数据分析表明,水灰比越大或骨料体积含量越小,混凝土氯离子扩散系数随养护龄期增大而减小的趋势越明显。     

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。     

龄期对负温下混凝土抗渗性能的影响

为了研究不同龄期对混凝土抗氯离子渗透性影响的规律与程度,采用了加速渗透法中的ASTM C1202直流电量法,对标准养护条件和-3℃养护条件下,不同龄期(28d和56d)的混凝土电通量和初始电流进行了测试。试验结果表明:-3℃养护条件下混凝土的电通量随龄期的增长而逐渐降低,即抗氯离子渗透性逐渐增强,与标养下规律相同;随着龄期的增长,-3℃养护条件对混凝土电通量的影响随着龄期的增大而增强,从而对混凝土抗氯离子渗透性能的发展产生更大影响;-3℃养护条件下,混凝土的初始电流随着龄期的增长而减小,同时随着龄期的增长,-3℃养护对混凝土初始电流的影响程度增大,对混凝土抗氯离子渗透性能的发展影响也更大,这与电通量反应规律一致。     

混凝土中氯离子扩散方程的解析解

目前多采用Fick第二定律及其数学模型的解析解对混凝土中的氯离子浓度进行分析,现解析解也仅限于一维和二维扩散条件,难以准确预测混凝土中不同时间、不同位置的氯离子集聚和扩散情况.基于Fick第二定律建立的氯离子扩散方程,假定混凝土试件为规则的长方体,把边界条件分为封闭面和暴露面两种,应用分离变量法推导了不同边界条件下,混凝土试块中氯离子三维扩散方程的解析解.并给出了扩散系数为常数、时变函数、以及氯离子扩散方程降为二维、一维时的解析解,最后通过算例进一步证明了本文解析解的正确性.     

混凝土中氯离子扩散的二维有限元法数值模拟

现今研究者大多利用 Fick 第二定律及其数学模型的解析解对暴露于氯离子环境下的混凝土材料和构件进行一维分析.本研究建立了氯离子在混凝土中扩散的二维有限元数值模型,并将计算结果与解析解、无网格法和试验结果进行了比较.结果表明,与一维有限元方法、无网格法相比,使用二维有限元数值模型可以较好的预测混凝土中不同时间、位置变化的氯离子集聚和扩散情况,特别在角点等几何构造较为复杂的区域.     

基于有限域的混凝土中氯离子扩散的解析解

在给定时间内,氯离子在混凝土中的扩散深度是有限的,因而当前基于半无限扩散域的Fick第二定律的解析解存在缺陷.利用等比级数研究建立了氯离子扩散和浓度分布的解析解,建立了氯离子扩散深度的解析表达式,同时也证明了氯离子扩散场计算长度的合理性.算例分析表明,提出的基于有限域的混凝土中氯离子扩散的解析解具有较高的精度,且计算简...     

混凝土早龄期性能与裂缝控制

从混凝土微观结构出发,研究普通混凝土、高性能混凝土成型过程的时变温度场;对裂缝持续增长的早龄期混凝土物理、力学特性进行深入、系统的研究;综合考虑混凝土材料、结构特征,研究混凝土结构早期裂缝的成因机理、分析方法与控制措施;提出裂缝开展的预测和控制方法,建立裂缝扩展过程的损伤模型;在理论分析与试验研究的基础上,总结了混凝土早龄期的水化、温度、收缩、徐变、力学性能和断裂性能随时间的发展规律;综合分析各种因素对混凝土早期开裂的影响,推导了混凝土结构内部应力的增量计算方法。对室内试验与实际工程的研究表明：对混凝土早期开裂的分析应该是对混凝土温度、收缩、徐变、力学性能、结构特征等因素的综合动态分析,提出的混凝土早龄期开裂分析模型与试验结果吻合良好,采用理论模型结合数值模拟的方法可以有效提高分析过程的效率与准确性。图18参22     

考虑施工需求的混凝土结构耐久性定量设计参数协调取值方法

由传统耐久性设计方法所确定的混凝土结构一维和二维扩散区的耐久性定量设计参数取值往往互不相同,导致混凝土的制备和施工浇筑存在困难。鉴于此,提出了考虑施工需求的混凝土结构耐久性定量设计参数的协调取值方法。首先考虑氯离子扩散系数的时变特性,推导了混凝土结构中一维和二维扩散区氯离子浓度分布的时变解析模型;然后分析了混凝土结构角部箍筋弯折对混凝土附加保护层厚度的影响,并依据不同扩散区耐久性定量设计参数的协调一致性要求,建立了箍筋协调弯弧内半径的计算表达式,进而提出了混凝土结构耐久性定量设计参数的协调取值方法,从而满足对于同一截面上具有不同扩散区的构件能够一次性完成混凝土浇筑的施工需求。分析表明,该方法基于箍筋协调弯弧内半径和耐久性定量设计确定混凝土结构的耐久性设计参数取值,使混凝土结构能够在规定的腐蚀环境作用下满足预定的设计使用年限要求,从而克服传统耐久性设计方法所存在的缺陷。     

掺合料对在试验室环境下混凝土中氯离子扩散的影响

采用化学分析方法测定了高强混凝土(HSC)和5种不同配合比的高性能混凝土(HPC)在试验室环境下、含3.5%NaCl的溶液中分别浸泡15、29、57、148 d和183 d后,其内部氯离子的分布情况.分析了模拟氯盐环境中混凝土内部的自由氯离子浓度分布规律,即氯离子的扩散行为.结果表明:掺合料的种类和掺量对混凝土中氯离子扩散行为有不同程度的影响.掺加粉煤灰(FA)能有效地减缓氯离子在HPC中的扩散速度,掺量越大效果越显著;掺加硅灰(SF)对氯离子在HPC中的扩散速度影响不太明显;复合掺加SF FA能减缓HPC中氯离子的扩散速度.     

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.     

边界元法研究混凝土中氯离子的扩散及分布规律

有限元法是分析氯离子在混凝土中扩散常用的方法,但它需要在时间域上做细密的离散网格,增加了计算时间及模型的复杂性.首次采用边界元法建立二维混凝土结构中氯离子一维扩散分析模型,提出了计算长度的概念及其表达式,使得计算模型中避免了对时间域的离散.同时由于边界元法可以将二维问题降低为一维离散问题,所以该计算模型可以大大简化计算过程,提高计算精度.算例分析验证了该方法的计算效率和可行性.     

氯离子对钢筋混凝土结构的侵蚀分析

氯离子侵蚀引起钢筋锈蚀破坏十分突出,是造成钢筋混凝土结构过早破坏的主要原因之一.分析氯离子进入混凝土中的途径、存在形式和氯离子在混凝土中的扩散模式,考虑温度变化、时间变化、湿度变化以及混凝土内部缺陷特征不同对扩散系数的影响,基于Fick第二扩散定律建立了氯离子在混凝土中的扩散模型,并分析了氯离子表面浓度、氯离子临界浓度和有效氯离子扩散系数的影响因素和确定方法,由此建立的模型可供寿命预测参考使用.     

A comprehensive probabilistic model of chloride ingress in unsaturated concrete

Corrosion induced by chloride ions has become a critical issue for many reinforced concrete structures. The chloride ingress into concrete has been usually simplified as a diffusion problem where the chloride concentration throughout concrete is estimated analytically. However, this simplified approach has several limitations. For instance, it does not consider chloride ingress by convection which is essential to model chloride penetration in unsaturated conditions as spray and tidal areas. This paper presents a comprehensive model of chloride penetration where the governing equations are solved by coupling finite element and finite difference methods. The uncertainties related to the problem are also considered by using random variables to represent the model’s parameters and the materials’ properties, and stochastic processes to model environmental actions. Furthermore, this approach accounts for: (1) chloride binding capacity; (2) time-variant nature of temperature, humidity and surface chloride concentration; (3) concrete aging; and (4) chloride flow in unsaturated conditions. The proposed approach is illustrated by a numerical example where the factors controlling chloride ingress and the effect of weather conditions were studied. The results stress the importance of including the influence of the random nature of environmental actions, chloride binding, convection and two-dimensional chloride ingress for a comprehensive lifetime assessment.     

氯盐环境条件下预应力混凝土氯离子侵蚀模型研究

文章总结了国内外有关混凝土中氯离子侵蚀模型的研究现状,并对国内外几种典型的扩散方程进行了分析评价;针对氯盐侵蚀的预应力混凝土结构,讨论了氯离子扩散系数的计算。氯离子扩散系数对于预应力混凝土来说是一个重要的因素,因此合理确定氯离子扩散系数,对预测氯离子环境条件下预应力结构的耐久性具有重要意义。对于预应力混凝土,计算氯离子扩散系数除了要考虑混凝土与氯离子之间的结合能力、环境温度、湿度影响外,还要考虑混凝土的应力水平,氯离子有效扩散系数是变化的,且氯离子扩散系数对PC结构耐久性的影响很大。本文对预应力混凝土氯离子侵蚀模型进行了改进,并根据试验结果对改进后模型进行了评价。