混凝土中水泥水化反应放热模型及其应用

大体积混凝土结构水化热温度场分析的关键是混凝土中水泥水化反应放热模型的确定。基于化学反应动力学原理，提出了一种物理意义明确，考虑了温度和化学反应物浓度对化学反应速率影响的混凝土中水泥水化反应放热模型，并将其应用于有限元分析。算例分析表明，该模型能很好地拟合了混凝土绝热温升的实测数据，较精确地预测了在不同浇筑温度下混凝土绝热温升的变化规律。     

钢筋在混凝土模拟孔溶液及水泥净浆中的腐蚀电化学行为

采用动电位扫描法研究钢筋在混凝土模拟孔溶液中腐蚀电化学行为，获得了不同ＰＨ值和氯离子含量对影响钢筋局部锈蚀的临界关系。采用交流阻抗技术研究了钢筋／混凝土模拟孔溶液和钢筋／水泥净浆体系的界面电化学反应机理及其电化学反应模型。结果表明，在高碱性、低氯离子含量或除氧条件下，钢筋在混凝土中将不发生严重局部腐蚀，钢筋的腐蚀化学反应主要受扩散传质过程控制。     

混凝土中氯离子扩散数值研究

针对混凝土氯离子扩散系数以及表面氯离子浓度受时间效应的影响,采用COMSLOL有限元软件对氯离子扩散过程进行数值模拟,将预测结果与实测试验结果相比较,验证该方法是一种有效的氯离子扩散分析方法.考虑实际环境中氯离子扩散受时间因素及不同氯侵蚀环境因素影响,分别对不同水灰比及不同龄期下的混凝土氯离子扩散进行模拟,为分析近海和除冰盐环境下结构混凝土中氯离子浓度分布提出了一种新的预测方法.     

硫酸盐侵蚀下轴心受压钢筋混凝土柱应力时变过程的数值分析

针对荷载和硫酸盐耦合作用过程中钢筋混凝土柱的应力分析问题,在已有混凝土内硫酸根离子扩散反应模型的基础上,进一步给出了硫酸盐侵蚀引起的混凝土损伤程度与硫酸根离子浓度及腐蚀时间之间的关系,建立了与损伤程度相关的混凝土腐蚀本构模型及轴压混凝土柱截面应力的计算方法,并通过数值模拟分析了柱截面内硫酸根离子传输、腐蚀损伤程度变化、截面应变和应力分布规律。结果表明：硫酸根离子浓度和混凝土损伤程度在柱截面内呈梯度分布,且受二维交互效应的影响明显;随腐蚀时间的增加,截面损伤区逐渐向内移动且其宽度增加,而混凝土应力在损伤区呈先增加后逐渐降低、在未损伤区基本呈线性增加的趋势。硫酸盐侵蚀过程中,轴压混凝土柱截面应力发生了明显的重分布现象。     

硫酸盐侵蚀环境因素对混凝土性能退化的影响

考虑硫酸盐侵蚀的阳离子类型、侵蚀溶液浓度、侵蚀溶液的PH值等环境因素影响，研究了环境因素对受硫酸盐腐蚀的混凝土性能退化的影响，对在不同侵蚀环境下受腐蚀混凝土试件的抗压强度、抗折强度进行了测试，实验结果表明，在腐蚀后期硫酸钠溶液中混凝土强度降低幅度比在硫酸镁溶液中混凝土强度降低幅度大；随腐蚀溶液浓度的增大和pH值的降低，混凝土强度衰减率增大，对各种环境条件下不同腐蚀阶段的混凝土进行了超声声速测试，测试结果表明：随混凝土强度的降低，超声波在混凝土中的传播速度降低，两的变化规律具有一致性，超声声速的变化可以反映不同腐蚀程度混凝土强度的变化情况。     

砂岩基质酸化前后储层岩心岩石力学参数测定

对比酸化前后储层储层岩石抗压强度可证实降低酸液浓度有利于保护岩石骨架，避免近井筒岩石酸化后造成孔隙坍塌，证实采用高浓度氢氟酸酸化时会大大降低岩石的抗压强度，应尽量减少酸液用量，即使采用低浓度酸酸化，也必须优化酸液酸液的用量对岩石的抗压强度具有很大的影响。     

海洋环境下腐蚀混凝土力学性能研究进展

针对海水的主要侵蚀介质(氯盐和硫酸盐),通过分析国内外关于侵蚀介质与混凝土材料化学反应和物理结晶作用的研究,总结了受腐蚀混凝土的劣化机理。重点介绍了受腐蚀混凝土力学性能(强度、弹性模量等)、本构关系的试验和理论模型研究现状,评述了掺入方式、溶液浓度、侵蚀龄期等对混凝土力学性能的影响,分析了各理论模型的理论基础和使用条件。最后提出了当前受腐蚀混凝土研究中存在的问题和下一步的展望。     

盐沼泽区冻融作用下桥梁桩基腐蚀损伤模拟试验

为探究高寒盐沼泽区冻融循环作用下桥梁桩基的腐蚀损伤,采用室内模拟试验,模拟在养护冻融循环条件下不同桩基混凝土配合比与不同复合盐溶液体积浓度对桩基混凝土抗侵蚀性能的影响,通过对桩基混凝土外观、质量、抗压强度、动弹性模量以及微观SEM测定的方法,分析桩基础的腐蚀损伤机理。结果表明:不同桩基混凝土配合比对桩基础的抗侵蚀性能有严重影响,当在桩基混凝土中加入粉煤灰、硅灰和膨胀剂（配比Ⅲ）时,其相对动弹性模量减小不到10%,抗侵蚀系数稳定大于0.9,质量损失小于5%,桩基混凝土表面只有轻微脱落现象,能够提升桩基础抗侵蚀性能;在不同体积浓度的复合盐溶液中浸泡,桩基混凝土在冻融循环的条件下表现出不同程度的腐蚀情况,体积浓度越大,复合盐离子相互抑制作用越明显,桩基混凝土腐蚀情况减弱,当体积浓度达到15.4%时,质量损失出现负增长。由微观SEM测试结果,钙矾石、硅灰石膏、Friedel盐是导致桩基混凝土腐蚀损伤的主要产物;建议选用桩基础的设计年限折减系数为0.6,可防止冻融循环对基准体积浓度溶液腐蚀下的桩基础设计年限的不利影响。     

陶瓷粉再生混凝土氯离子扩散性能研究

针对自由氯离子在陶瓷粉再生混凝土中的扩散性能研究,试验采用自然浸泡法,探究了不同水胶比、陶瓷粉取代量以及浸泡时间三种因素对混凝土中氯离子扩散规律的影响.基于实测数据,通过研究不同陶瓷粉取代量对混凝土抗压强度的影响,以及自由氯离子浓度分布和扩散系数规律,并且对混凝土微观形貌进行分析.结果表明:混凝土的抗压强度随着陶瓷粉取代量的增大而降低;陶瓷粉混凝土的氯离子扩散系数随着浸泡时间的延长而减小,随着水胶比的增大而增大;混凝土中掺入陶瓷粉替代部分水泥能够提高混凝土的抗氯离子侵蚀性能,保护钢筋不易受到腐蚀,有效延长结构的使用寿命.掺入的陶瓷粉量在20%左右时能得到最佳效果.     

硫酸盐侵蚀下混凝土灌注桩的损伤效应

为分析外部硫酸盐腐蚀对混凝土灌注桩截面损伤和承载力的影响,研究了硫酸根离子在混凝土灌注桩中的扩散反应规律并探讨了桩身结构性能退化的影响因素.基于Fick第二定律建立了柱坐标下硫酸根离子的非稳态扩散反应方程,采用数值方法得到了扩散方程求解的有限差分格式,并通过相关试验结果验证了理论模型与计算方法的正确性.根据化学反应生成的膨胀产物计算膨胀应变,并通过损伤演化函数计算桩身截面损伤和承载力,建立了桩基损伤度与桩身承载力的相关关系,对比分析了不同腐蚀因素和腐蚀时间对桩基损伤与桩身承载力的影响.研究结果表明:内膨胀应变和损伤在表层的发展速度比内层发展更为迅速,增大桩半径能显著提高桩基的耐久性和承载能力,而水灰比大于0.4时,桩基损伤增长幅度最大.因此,合理增加桩半径并采用较小的水灰比能有效减小桩身混凝土损伤,提高桩基的耐久性并减少桩身承载能力的损失.     

岩体损伤与破坏过程研究

对层状岩体进行了损伤演化与破坏过程的研究,引入损伤变量及损伤扩展系数,建立符合岩体整个损伤演化过程的方程;描述了岩石在受载过程中初期近似呈线性,随后加速的过程;分析了层状岩体的损伤演化与破坏特征及其稳定性,解释了岩石损伤演化的规律。研究表明:层状岩体的损伤萌生与扩展直到破坏,除与加载大小、速率等因素有关外,还与各亚层损伤演化规律、载荷与层面夹角、各亚层的内部微结构特性等有关。     

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.     

软基上厂房大体积混凝土施工期温度应力仿真

采用有限元法对某软基上厂房混凝土浇筑过程进行仿真计算,分析了基本温控方案混凝土施工期温度及徐变温度应力的详细分布规律.根据仿真分析结果,提出了合理的温控措施并进行复核.然后以此工程为例,通过对地基变模的敏感性计算,研究了地基软硬程度对混凝土温度应力的影响,并给出了软基上大体积混凝土应力分布的一些特殊规律;建议对软基上的厂房大体积混凝土温控问题,应重点关注混凝土浇筑块中心部分的内部最高温度控制,并加强表面保温,特别是蜗壳及尾水管等结构突变及边界条件突变部分的保温.     

层状岩体受压力学特征结构面效应数值分析

煤层底板岩体是沉积岩,具有显著的层状结构特点。为研究层状岩体压缩强度的结构面效应,通过FLAC3D数值软件,结合改进的遍布节理本构模型,建立层状岩体压缩数值模型,分析单轴、三轴压缩情况下的应力应变响应以及强度特征。研究结果表明：层状岩体压缩强度具有显著的结构面倾角效应。随着倾角的增大,层状岩体的压缩强度呈现先减小后增大的趋势。当结构面倾角为40＆#176;～80＆#176;时,岩体强度整体较低,破裂面主要沿结构面展开。数值试验和理论分析反映的岩体强度随结构面倾角变化规律一致。层状岩体弹性模量沿平行于结构面方向最大,而垂直于结构面方向最小,并随结构面与水平面之间夹角的增加而增大。     

混凝土水分扩散表面因子理论模型与验证

针对混凝土湿度场对混凝土结构耐久性、混凝土表面干缩应力以及干缩裂缝等的影响,研究混凝土湿度场中水分扩散表面因子这一关键因素.引入混凝土表面孔隙面积和孔隙中的水分扩散系数2个参数,推导混凝土湿度场的第3类边界条件.将混凝土表面水分对流扩散简化为不可压缩流体一维平板壁面对流传质问题,根据质量守恒和平板壁面对流传质理论,建立混凝土干燥过程水分扩散表面因子的理论模型以及模型的近似解.结果表明,理论模型和试验检测结果之间具有良好的相关性.     

Chloride diffusivity analysis of existing concrete based on Fick’s second law

According to the existing concrete core samples obtained in site, chloride concentration and porosity of existing normal hydraulic concrete were measured, and chloride diffusivity in existing hydraulic concrete was studied. By Fick’s second law, the chloride diffusion coefficients in the steady diffusion area were calculated. The chloride diffusion of different mix proportion concrete was tested, and chloride diffusion coefficients and porosities of freshly concrete were measured, moreover, the relationship between diffusion coefficient and porosity was analyzed. The results show that the varying law of chloride diffusion coefficient with exposure time of existing concrete can be predicted in a better way by Fick’s second law and water-cement ratios or porosity of concrete and chloride concentration in existing concrete.     

基于质量扩散理论再生骨料混凝土水分迁移有限元分析

采用ABAQUS有限元软件质量扩散模块,对再生骨料混凝土材料在标准干燥条件(环境湿度H=60%下,温度T=20℃)内部水分迁移进行了试验研究和有限元分析.研究表明:计算值和试验结果吻合得较好,为后续的再生骨料混凝土干缩应力的分析打下了初步基础;随着干燥龄期的发展,水分的蒸发首先从再生骨料混凝土表面开始,并迅速达到平衡值,然后逐渐扩展到再生骨料混凝土的内部,扩展的速度极其缓慢,最终达到与环境湿度平衡,而且在扩散过程中,水分浓度呈梯度分布;粉煤灰和膨胀剂的添加均减小了再生骨料混凝土水分扩散的速率.     

圆形截面混凝土中的自由氯离子含量分布规律

目的研究圆形截面混凝土构件中自由氯离子含量分布的预测方法和含量分布规律，为混凝土结构的耐久寿命评估提供可靠的方法，为基于耐久性的结构设计提供理论依据．方法基于导出的氯离子在圆形截面混凝土中的扩散传质方程，结合算例。用有限差分法求解方程，研究自由氯离子含量分布规律、结果对于小尺寸圆形截面构件，计算结果与基于Fick定律的一维扩散方程预测值有显著差异．圆形截面钢筋混凝土构件的耐久寿命与保护层厚度同截面半径的比值有关．结论得出了各种因素对自由氟离子含量分布的影响规律，基于Fick定律的一维扩散方程应用于小尺寸圆形截面时有较大误差，圆形截面构件钢筋锈蚀开始时间受截面曲边效应的影响．     

Reliability-based service life prediction of existing concrete structures under marine environment

Chloride-induced corrosion of the reinforcement is considered as one of the major mechanisms resulting in the reduction of structural resistance of reinforced concrete structural elements located in marine and other aggressive environments. A study of reinforced concrete structures located at the Fangcheng dock in the Beibu Gulf port, China, was present. The result from field survey indicates that the concrete cover depth and chloride diffusion coefficient fit best normal distribution and lognormal distribution, respectively. The service life of structure is about 55 a, while initiation time is 45 a. Sensitivity analysis indicates that the most influential factor of the structure service life prediction is concrete cover, followed by diffusion coefficient, diffusion decay index, critical chloride concentration, surface chloride concentration, current density and localized pitting corrosion. Finally, the effects of diffusion decay index and critical chloride concentration on structure service life prediction are discussed.     

宜昌磷矿地压显现规律及数值模拟

在调查宜昌神农、樟村坪、桃坪河等磷矿的地压显现情况的基础上,总结了宜昌磷矿地压显现规律,主要表现为:顶板易发生不规则块体冒落、板状冒落、窝状冒落、顶板下沉等破坏现象;矿柱易发生片落(或剥落)式破坏、劈裂破坏、剪切破坏,以及这些破坏形式的组合;底板易发生鼓胀及开裂变形.利用离散元软件3DEC,结合研究区工程地质条件,分析了宜昌磷矿地压显现机理,认为引起地压活动的原因可归纳为内因和外因两个方面.其中,矿山岩体赋存的地应力条件、地质构造及岩体结构是决定地压活动规律的内因,矿山开采活动、地下水是控制地压活动形式及剧烈程度的外因.建议因地制宜,选择合理的开采方式,并加强地压及变形监测.