海洋水下区纤维混凝土中氯离子的扩散性能

采用室内长期浸泡的方法模拟海洋水下区,以纤维掺量为参数,开展了聚丙烯纤维混凝土的氯离子侵蚀试验研究.试验结果表明:海洋水下区氯离子通过毛细吸附和扩散作用在纤维混凝土中迁移,毛细吸附的影响深度为8~10 mm;纤维掺量为0.1%(体积分数)的混凝土内部致密,随纤维掺量继续增大,试件的抗氯离子侵蚀能力减弱;纤维混凝土的结合氯离子在毛细吸附影响深度之前对试件中总氯离子含量影响较大.运用Fick第二扩散定律解析解对试件中的氯离子进行非线性拟合,纤维掺量影响氯离子扩散系数,掺量为0.1%(体积分数)的纤维混凝土氯离子扩散系数最小.     

ASR对再生混凝土冻融循环二次损伤的影响

研究了再生混凝土经历碱硅酸反应（ASR）后,受冻融循环二次损伤的影响. 将试件浸泡在80 ℃的1 mol/L NaOH溶液中进行碱硅酸反应28 d,然后分别进行20次、40次冻融循环,完成对试件膨胀率、相对动弹性模量的测量. 结果表明,前期ASR对再生混凝土受冻后二次膨胀的促进作用在再生骨料取代率为30%时达到最大;对于相对动弹性模量而言,前期ASR对后期冻融二次受损是否有促进作用取决于骨料的碱活性,骨料碱活性越高,促进作用越弱.     

复合外掺料高性能混凝土的氯离子扩散性能

为研究复合矿物外掺料对高性能混凝土抗氯离子扩散性能的影响,分别制备单掺、双掺及三掺矿物外掺料的高性能混凝土试件,通过开展6 h快速氯离子扩散实验(ASTM C1202),测试高性能混凝土中不同深度处的总氯离子和自由氯离子的含量,并据此计算不同深度处固化氯离子的含量。实验结果表明,复合掺加粉煤灰、硅灰和矿渣的高性能混凝土的6 h电通量最少,且其内部的总氯离子和自由氯离子含量最低,具有最佳抗氯离子扩散能力;复合掺加矿物外掺料可以提高混凝土中固化氯离子的比例,降低混凝土结构中钢筋的锈蚀概率,延长其服役寿命。     

碳化对混凝土中氯离子扩散的影响

混凝土与静浆快速碳化0,14,28d后浸泡到3.5% NaCl溶液中650d,测试了混凝土不同深度的自由氯离子、总氯离子含量,计算出混凝土的表观氯离子扩散系数和氯离子结合能力;采用压汞法测试了不同腐蚀制度下静浆表层的孔结构,利用DSC分析了静浆的腐蚀产物.结果表明:混凝土碳化后浸泡到腐蚀溶液中,增加了混凝土中的氯离子含量,提高了混凝土表观氯离子扩散系数,降低了混凝土对氯离子的结合能力;且随碳化时间的增加,变化幅度变大.快速碳化粗化了混凝土的孔结构,其大于30nm的毛细孔数量增加了11%,最可几孔径增加了17nm;降低了混凝土中Friedel'S生成量,以及混凝土对氯离子的化学结合能力.     

焙烧锂辉石对碱硅酸反应的抑制效果

以试验室焙烧锂辉石(DS)为原材料,研究了在40 ℃和80 ℃养护条件下,单掺DS和双掺DS与粉煤灰(FA)取代部分水泥,对沸石化珍珠岩集料和某高活性集料M成型不同砂浆碱集料反应膨胀的影响.试验表明:碱含量为2.5%时,在40 ℃和80 ℃养护条件下,DS掺量10%对沸石化珍珠岩集料砂浆试件ASR有效抑制,90 d龄期时试件膨胀值仍小于0.1%.DS掺量10%对高活性集料M砂浆试件ASR抑制效果不大.养护温度不同膨胀值变化趋势不同.DS掺量固定,随着FA掺量的增加,对2种集料砂浆碱集料反应膨胀抑制效果越好.     

氯盐侵蚀环境下橡胶集料掺量对钢筋混凝土梁耐久性的影响

采用施加阳极电流的加速锈蚀方法,对4个橡胶集料掺量(0～150,kg/m3)、0.45和0.55两种水灰比的钢筋混凝土梁进行了试验,分别测试了暴露时间为5 d和10 d下的钢筋失重率和混凝土保护层裂缝宽度,并对锈蚀后梁的受弯性能进行了试验.结果表明,掺入橡胶集料能够明显改善钢筋混凝土梁的抗锈蚀性,且随着掺量的增加抗锈蚀性增强;分析认为与砂料相比,橡胶集料的表面物理化学特性有助于阻碍氯离子在混凝土中的扩散,起到了固体抑制剂的效果;同时,由于锈蚀所导致的梁承载力及延性的损失随着橡胶集料的增加呈明显的降低趋势.     

粉煤灰对混凝土AAR有效碱的影响及机理

为准确从碱与活性集料反应的角度掌握碱集料反应(AAR),在前人研究基础上,赋予有效碱更进一步的定义,将进入活性集料中的碱称为有效碱.采用火焰光度法对有效碱含量和混凝土孔隙溶液碱离子浓度进行了测定,并据此分析了粉煤灰抑制AAR机理.试验结果表明:掺加粉煤灰后,混凝土基体孔隙溶液碱离子浓度降低,从而减少了活性集料中的有效碱,而粉煤灰掺入改变基体扩散系数对有效碱的影响则是次要的.因此可通过测量早期孔隙溶液碱离子浓度变化来评价粉煤灰对AAR的抑制效果.     

氯离子电迁移下饱和Ca(OH)2中钢筋的锈蚀行为

利用电迁移加速氯离子在混凝土圆盘试件中传输的方法研究了模拟混凝土孔溶液(饱和Ca(OH)2)中钢筋的锈蚀行为,比较了粉煤灰(FA)、磨细矿渣(GGBS)与硅灰(SF)等矿物掺合料抑制氯离子电迁移及钢筋锈蚀的能力.采用腐蚀电位法、线性极化法和电化学阻抗谱法测试了钢筋的锈蚀程度,并采用压汞法(MIP)与扫描电子显微镜(SEM)分析了电迁移前后混凝土试件的微结构演变规律.结果表明,矿物掺合料能有效改善混凝土孔结构,明显降低氯离子电迁移速率与钢筋的腐蚀速率,但不同掺合料抑制钢筋锈蚀的能力有明显差异,由强到弱的规律为:SF>GGBS>FA.氯离子电迁移作用下饱和Ca(OH)2溶液中钢筋的锈蚀过程可分为3个阶段:钝化阶段、破钝初锈阶段与锈蚀扩展阶段.     

混凝土中钢筋锈蚀过程非氧 扩散控制的试验研究

通过恒温干燥试验研究了钢筋锈蚀电流随混凝土孔隙饱和度PS的变化规律.通过未锈浸泡、锈蚀后浸泡、锈蚀后继续自然锈蚀的对比试验研究了3种不同条件下钢筋锈蚀速率变化过程,并进行了浸泡前后钢筋锈蚀产物物相变化的XRD分析.恒温干燥试验的研究结果表明,混凝土内钢筋的锈蚀速率随混凝土孔隙饱和度PS的增大而增大,和氧扩散速率的变化规律截然相反.对比试验研究表明,氯盐溶液长期浸泡下未锈试件即使活化也无法锈蚀,而锈蚀试件却可以继续高速锈蚀3个月以上,从而说明氧仅是混凝土内钢筋开始锈蚀的必备条件,而不是混凝土中钢筋锈蚀过程的控制因素.XRD分析表明,钢筋一旦已经开始锈蚀(即有锈蚀产物存在),锈蚀产物中FeOOH可以取代氧成为钢筋锈蚀过程阴极反应的新的去极化,即使在饱水条件下,钢筋的锈蚀仍然可以继续进行.     

考虑再生粗骨料随机分布的混凝土氯离子扩散细观数值模拟

考虑粗骨料分布的随机性及氯离子结合的非线性对氯离子扩散性的影响,对再生混凝土中氯离子扩散进行数值建模与细观仿真分析,并将数值模拟结果与已有试验数据进行对比;通过改变老硬化砂浆扩散系数、新硬化砂浆扩散系数、老界面过渡区扩散系数及浸泡时间,对比研究了不同情况下再生混凝土中氯离子的扩散特性.结果表明:数值模拟结果与试验结果接近;再生混凝土中氯离子沿扩散深度方向呈波浪式下降;随着扩散系数的增大及浸泡时间的增长,氯离子扩散速度加快;随着再生粗骨料取代率的增加,氯离子扩散速度也增加;相同扩散深度处,不同随机骨料模型中氯离子含量最大值接近,说明所采用的随机骨料模型模拟结果具有较好的稳定性.     

海洋环境下混凝土方桩使用寿命预测模型

基于Fick第二定律,建立了考虑扩散系数时变性、荷载对扩散系数影响和氯离子结合能力的氯离子扩散方程;通过求解扩散方程得到考虑多因素影响的混凝土方桩使用寿命预测模型;并分析了桩的保护层厚度、裂缝控制宽度、表面氯离子浓度和临界氯离子浓度等因素对桩的使用寿命的影响.分析结果表明:得到的氯离子扩散方程与实测数据吻合较好;对于设计使用寿命为50年的混凝土方桩,保护层厚度应大于45mm,桩身裂缝宽度不宜大于0.1mm.     

疲劳载荷作用下超高程泵送钢纤维混凝土的耐久性

研究了疲劳载荷作用下的超高泵送钢纤维混凝土(SFRC)的氯离子扩散规律,对相应临界疲劳循环次数作用的SFRC试件的碳化性能进行了分析.通过对疲劳试件的不同深度自由氯离子浓度和表面氯离子扩散系数的研究表明:只要疲劳次数超过某一临界值时,SFRC试件内部的氯离子含量和表面扩散系数就会随着疲劳次数的增加而增大;在相应临界疲劳循环次数作用下,SFRC试件具有较强的抗碳化能力;该SFRC具有优异的抗氯离子扩散性能和抗碳化能力.这不仅拓展了SFRC的应用领域,也为动荷载作用下的混凝土耐久性研究提供了很好的参考和依据.     

混凝土氯离子扩散理论模型

回顾了混凝土氯离子扩散理论模型研究的基本进展,指出了混凝土氯离子扩散研究中存在的问题:材料非均质性、有限大体、多维扩散、可变扩散系数与可变边界条件、结构微缺陷对扩散的加速作用、氯离子结合能力及其非线性等.针对多个暴露面的有限大长方体的氯离子扩散,引进了氯离子扩散的劣化效应系数和时间依赖性常数,提出了线性氯离子结合能力及其非线性系数,采用幂函数和指数函数修正了时间边界函数,系统地解决了混凝土的氯离子扩散理论问题.经过严密的数学推导,在理论上得到了综合考虑氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性和结构微缺陷影响的混凝土氯离子扩散新方程.结果表明,混凝土氯离子扩散新方程的简化表达式与Fick第二扩散定律在形式上完全一致.     

高地温对混凝土氯离子渗透性能影响分析

混凝土的抗氯离子渗透性是混凝土耐久性的一个重要指标,影响到引水隧洞等工程的使用寿命。为获得高地温对混凝土氯离子扩散的影响规律,在电通量法获得不同养护温度条件下,混凝土的抗氯离子渗透实验结果的基础上,采用非线性氯离子吸附模型与温度耦合的数值计算方法,分析了不同温度梯度条件下混凝土氯离子扩散规律。结果表明:20～60℃混凝土抗氯离子渗透性能随温度升高而增强; 60～90℃抗氯离子渗透性能随温度升高而迅速降低;随时间的推移自由氯离子在混凝土中呈非线性扩散且深度不断增大,直至穿透混凝土。因此,进行氯离子在混凝土中的扩散分布研究,可以客观地预测混凝土的服役寿命。     

盐湖地区钢筋混凝土结构使用寿命的预测模型及其应用

根据Fick扩散定律，推导出综合考虑混凝土的氯离子结合能力，氯离子扩散系数的时间依赖性和混凝土结构微缺陷影响的新扩散方程，建立了用于预测混凝土使用寿命的氯离子扩散理论模型，用暴露于青海盐湖地区的C20和C40混凝土立方体试件对理论模型进行了实验验证，用在青海盐湖地区实际运行19a的钢筋混凝土结构对理论模型进行了工程验证，结果表明，本文理论模型的预测值与实测值非常吻合，而Fick第二扩散定律与实测值明显不符，此外，运用本文理论模型预测普通钢筋混凝土电杆在盐湖地区的使用寿命仅1．2a，而抗腐蚀钢筋混凝土电杆的使用寿命能够达到50a以上。     

碳化程度对混凝土中氯离子扩散系数的影响

为研究碳化程度对混凝土中氯离子扩散系数的影响,通过室内混凝土快速碳化试验获得不同碳化程度的混凝土试块,再结合氯离子快速渗透试验,计算各混凝土试块的氯离子扩散系数.试验结果表明:完全碳化试件与部分碳化试件的氯离子扩散系数未见明显差别;而完全未碳化试件的氯离子扩散系数最大,与已碳化试件有明显差距.混凝土的碳化会降低氯离子的扩散系数;碳化使混凝土的孔隙率降低、密实度提高,一定程度上阻止了氯离子向混凝土内部扩散,完全碳化试件的氯离子扩散系数约为未碳化试件的1/2左右.利用pH计对部分碳化试件进行了测试,结果表明方法可行.     

干湿循环下氯盐对现浇混凝土硫酸盐

盐渍土地区地表及地下现浇混凝土结构往往遭受多离子 干湿交替的复合侵蚀作用.利用室内试验条件模拟实际工程中地下现浇混凝土结构复合侵蚀过程.测定了试件的尺寸、质量、抗压强度变化及硫酸盐在不同深度的分布情况,进一步采用SEM（扫描电子显微镜）、XRD（X射线衍射）及EDS（电子能谱测试）观察了混凝土试样微观结构及物相变化,并对比和分析了干湿循环条件下氯盐对硫酸盐在现浇混凝土中扩散规律的影响.结果发现,干湿及氯盐影响下现浇混凝土硫酸盐侵蚀更为剧烈,干湿条件下复合侵蚀的混凝土试样在腐蚀后期强度显著降低,氯盐影响下现浇混凝土中硫酸盐的扩散和积累速度更快.研究表明,干湿交替下氯盐对硫酸盐腐蚀存在协同加速效应,氯盐促进了硫酸盐在现浇混凝土中的扩散及积累.     

预应力混凝土结构的氯离子二维扩散理论

针对无限大的扩散介质,以综合考虑氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性和环境温湿度影响的实际预应力混凝土氯离子方程为基础,分别在常数和幂函数边界条件下,推导出二维氯离子扩散理论的齐次模型.同时根据常数边界条件,模拟氯离子在二维的扩散行为,满足实际的边界条件,模拟值与试验值吻合良好.通过试验发现氯离子扩散在相邻两个表面非稳步同时进行的特点,并且分别探讨了水胶比与应力水平对预应力混凝土结构氯离子扩散的影响.     

时变扩散系数对混凝土结构服役寿命的影响

基于氯离子二维扩散模型考虑混凝土氯离子扩散衰减系数及其随机性,计算了氯盐侵蚀下混凝土结构的可靠度及服役寿命。为克服传统可靠度敏感系数的缺陷,分析氯离子扩散衰减系数及其随机性对混凝土结构耐久性的影响,根据全微分公式导出了可靠度对随机变量均值和变异性的无量纲敏感系数。计算结果表明,忽略氯离子扩散系数时变性会导致显著地低估结构服役寿命,而不考虑衰减系数的随机性又会明显地高估结构耐久性能。敏感性分析结果表明,混凝土氯离子扩散衰减系数与混凝土保护层厚度对氯盐侵蚀下混凝土结构耐久性的影响占主导地位,并随着服役时间的增加,衰减系数的影响会超过混凝土保护层厚度。     

混凝土中氯离子三维扩散模型及参数拟合

提出了基于ANSYS有限元分析和试验实测数据拟合的混凝土中氯离子三维非稳态扩散模型.该模型可以模拟混凝土与海水接触表面氯离子随时间变化的累积效应、氯离子扩散系数随时间和氯离子浓度的变化,以及氯离子反应率对扩散的影响.根据非稳态扩散方程与导热方程的相似性,用ANSYS有限元软件参数化设计语言编程方法,实现了数值模拟分析;利用ANSYS的优化设计功能,以有限元数值计算结果与实测数据的误差平方和最小为优化目标,拟合氯离子扩散试验的实测数据,得到数值模拟所需的模型参数.计算表明:模型能比较好地拟合长期海洋环境暴露试验的实测数据,为海洋环境中使用的混凝土结构的耐久性设计提供参考依据.