持续荷载和氯离子侵蚀耦合作用后钢筋混凝土的粘结性能试验

针对沿海地区的钢筋混凝土结构在服役过程中所承受的持续荷载与氯离子侵蚀的耦合作用引起钢筋混凝土性能的劣化,会对钢筋混凝土间的粘结性能产生影响,设计制作了24根粘结区带裂缝的钢筋混凝土梁式试件,通过粘结性能试验,研究在持续荷载单独作用、氯离子侵蚀单独作用以及持续荷载与氯离子侵蚀耦合作用等3种工况下,持续120 d的钢筋混凝土粘结强度变化情况.试验结果表明:持续荷载和氯离子侵蚀的耦合作用显著降低了钢筋与混凝土的粘结强度,且持续荷载越大,粘结强度越低;在持续荷载和氯离子侵蚀的耦合作用下,试件粘结强度的损失要大于仅在单因素单独作用下粘结强度的损失.     

氯盐侵蚀环境和荷载耦合作用下盾构管片耐久性评价与寿命预计

基于荷载作用下管片混凝土内部孔隙率的变化特征,提出荷载作用对氯离子扩散影响的理论分析模型,并根据Fick第一定律,推导得荷载作用对氯离子扩散系数的影响方程。在参考既有试验数据的基础上,采用数值拟合和参数回归的方法,分别建立侵蚀环境氯离子质量分数、荷载水平以及侵蚀时间3因素耦合作用下的扩散系数与表面氯离子质量分数的数学表征模型,进一步结合Fick第二定律提出了氯盐侵蚀环境及结构荷载耦合作用下的盾构隧道管片结构混凝土耐久性评价模型及寿命预计方法。     

冻融和碳化作用对混凝土氯离子侵蚀的影响

对4种不同配比混凝土先后进行冻融循环(0,50,150次)、加速碳化(0,1,2星期)和氯离子侵蚀,以研究冻融、碳化作用对混凝土氯离子侵蚀的影响.通过压汞法和选择电极法分别测定不同作用后混凝土的孔径分布和氯离子含量及其毛细吸收变化情况.结果表明:冻融循环增大混凝土孔隙率,作为混凝土损伤的动力源,为氯离子侵蚀创造更为有利的条件;冻融次数越多,造成的氯离子侵蚀越严重;碳化反应破坏混凝土基体原有的过滤机制,并促进Friedel盐分解,使氯离子含量增多;冻融与碳化均不同程度增大混凝土毛细吸水性能,两者共同作用较单独作用时的氯离子侵蚀严重得多.对混凝土结构进行耐久性设计和使用寿命预测时,必须考虑和引进冻融、碳化及其他因素的复合作用.     

混凝土桥梁氯离子侵蚀过程仿真的细胞自动机模型

为准确高效地模拟钢筋混凝土桥梁在运营期间氯离子的侵蚀过程,并获得梁截面内任意时刻任意位置的氯离子浓度,提出基于细胞自动机理论的混凝土桥梁氯离子侵蚀过程模拟方法.首先,根据细胞自动机原理对氯离子侵蚀过程进行分析,利用简单的局部进化行为模拟复杂的扩散过程.然后,综合考虑时空变异性、水灰比、应力状态等因素对氯离子侵蚀过程的影响,建立多因素耦合作用下的混凝土桥梁的氯离子侵蚀模型.最后,以某T梁为例,分析桥梁服役期间氯离子扩散规律及混凝土水灰比和应力状态对氯离子扩散过程的影响.结果表明,钢筋表面的氯离子浓度值在侵蚀20年时开始趋于稳定,角部区域钢筋更易锈蚀;混凝土水灰比越大,钢筋表面的氯离子浓度增长越快;梁截面拉应力越大,钢筋表面的氯离子浓度增长越快,而压应力越大,钢筋表面的氯离子浓度增长越缓慢.     

多因素腐蚀环境下混凝土结构的初锈时间模型及其可靠度分析

在Fick第二定律公式的基础上,综合考虑了时间、氯离子的结合作用、温度、湿度、劣化效应、预应力、保护层脱落以及氯离子的对流区等因素的影响,建立了氯离子的侵蚀模型,给出了侵蚀模型的数学解．在该公式基础上,对钢筋初锈时间的各参数作了敏感性分析,经研究发现,当温度、湿度与矿渣掺量变化相同的倍数时,温度对氯离子侵入的敏感性最强．最后基于Monte-Carlo理论,利用本模型计算了一座实桥的初锈时间概率及其可靠度。     

干湿循环作用对非饱和锂渣混凝土氯离子扩散性能的影响

针对经受干湿循环作用下氯离子侵蚀致使混凝土耐久性劣化的问题,采用在不同环境相对湿度条件下浸泡和喷淋的方式模拟干湿循环作用,通过测定侵入混凝土试件内部不同深度的自由氯离子含量和氯离子总含量,借鉴生长曲线函数中的Hill模型,探讨了干湿循环作用下,锂渣的掺量、环境相对湿度以及侵蚀氯盐质量分数等因素对混凝土氯离子扩散性能的影响。研究结果表明:干湿循环作用下,随着环境相对湿度的降低和侵蚀氯化钠溶液质量分数的增大,侵入混凝土内部的氯离子总含量达到阀值所需要的时间逐渐延长。锂渣替代水泥20%时,Hill系数n值最小,侵入混凝土内部氯离子总含量达到阀值所需要的时间最长。锂渣混凝土内部取样深度1~5mm时,自由氯离子含量排序为(RH=40%条件)(RH=80%条件)(RH=60%条件)(RH=100%条件)。干湿循环作用下,混凝土内部的氯离子总含量并不随着相对湿度的递减而单调增加。     

干湿循环作用对非饱和锂渣混凝土氯离子扩散性能的影响

针对经受干湿循环作用下氯离子侵蚀致使混凝土耐久性劣化的问题,采用在不同环境相对湿度条件下浸泡和喷淋的方式模拟干湿循环作用,通过测定侵入混凝土试件内部不同深度的自由氯离子含量和氯离子总含量,借鉴生长曲线函数中的Hill模型,探讨了干湿循环作用下,锂渣的掺量、环境相对湿度以及侵蚀氯盐质量分数等因素对混凝土氯离子扩散性能的影响。研究结果表明:干湿循环作用下,随着环境相对湿度的降低和侵蚀氯化钠溶液质量分数的增大,侵入混凝土内部的氯离子总含量达到阀值所需要的时间逐渐延长。锂渣替代水泥20%时,Hill系数n值最小,侵入混凝土内部氯离子总含量达到阀值所需要的时间最长。锂渣混凝土内部取样深度1～5 mm时,自由氯离子含量排序为(RH=40%条件)(RH=80%条件)(RH=60%条件)(RH=100%条件)。干湿循环作用下,混凝土内部的氯离子总含量并不随着相对湿度的递减而单调增加。     

干湿循环作用对非饱和锂渣混凝土氯离子扩散性能的影响

针对经受干湿循环作用下氯离子侵蚀致使混凝土耐久性劣化的问题,采用在不同环境相对湿度条件下浸泡和喷淋的方式模拟干湿循环作用,通过测定侵入混凝土试件内部不同深度的自由氯离子含量和氯离子总含量,借鉴生长曲线函数中的Hill模型,探讨了干湿循环作用下,锂渣的掺量、环境相对湿度以及侵蚀氯盐质量分数等因素对混凝土氯离子扩散性能的影响。研究结果表明:干湿循环作用下,随着环境相对湿度的降低和侵蚀氯化钠溶液质量分数的增大,侵入混凝土内部的氯离子总含量达到阀值所需要的时间逐渐延长。锂渣替代水泥20%时,Hill系数n值最小,侵入混凝土内部氯离子总含量达到阀值所需要的时间最长。锂渣混凝土内部取样深度1~5mm时,自由氯离子含量排序为(RH=40%条件)(RH=80%条件)(RH=60%条件)(RH=100%条件)。干湿循环作用下,混凝土内部的氯离子总含量并不随着相对湿度的递减而单调增加。     

冻融对PVA纤维水泥基氯离子结合能力的影响

试验研究冻融对PVA纤维水泥基氯离子结合能力的影响.试验采用400mm×100mm×100mm的长方体试件,以质量分数为3.5%的氯化钠溶液作为侵蚀溶液,在荷载作用、氯盐侵蚀、冻融循环共同作用下,通过试验研究,理论分析,模型校验的方法,得到自由氯离子浓度与总氯子浓度和结合氯离子浓度之间的关系.试验结果表明:结合氯离子的浓度随着冻融次数的增加而增加,随着纤维掺量的变化没有明显的变化;结合氯离子浓度与自由氯离子浓度总体呈线性增长趋势,预测模型符合试验结果.该模型可用于实际试验中用来分析结合氯离子与自由氯离子的关系.     

基于DLA的氯离子侵蚀与碳化耦合作用下桥梁性能演变模拟

氯离子侵蚀和碳化是影响混凝土结构耐久性的主要因素,各自的理论公式已比较完善,但考虑二者耦合作用的定量分析和模型较少,影响混凝土结构耐久性分析的精度和水平.扩散限制凝聚模型(Diffusion-limited Aggregation,DLA)能够较完善地模拟气体的扩散凝聚,且具有随机性和分形特征,适合细致反映氯离子侵蚀、碳化及二者耦合作用下混凝土性能演变过程.本文基于DLA原理,考虑到扩散深度、混凝土特性及暴露条件等对氯离子扩散的影响,并考虑到混凝土特性及暴露条件等对碳化的影响,以及碳化与氯离子侵蚀的耦合作用,建立DLA模型,可获得任意时刻、任意位置处二氧化碳与氯离子的浓度.针对桥梁耐久性分析需求,提出利用DLA模型预测考虑疲劳效应的混凝土和钢筋性能退化方法.算例表明该方法能够动态细致地模拟桥梁耐久性演变过程.     

氯离子侵蚀下钢筋混凝土非线性锈胀破坏过程模拟

钢筋锈胀破坏会显著改变氯离子在混凝土中的输运通道,氯离子侵入与锈胀致裂是相互加强的非线性过程.围绕这一非线性破坏过程开展了数值模拟方法研究,建立了氯离子扩散与钢筋锈胀破坏间的耦合分析方法,并基于商业软件ABAQUS平台,通过二次开发,高效地实现了这一非线性模拟过程.利用文献中的试验数据,验证了所建立方法的有效性.模拟结果表明:是否考虑氯离子扩散与锈胀损伤破坏间的耦合过程,对钢筋混凝土结构使用状态的评估结果影响显著,且耦合分析预测结果更为精确.     

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。     

碱硅酸反应作用下混凝土中氯离子扩散规律和结合能力

采用活性集料和非活性集料配成混凝土进行对比试验,研究了氯离子在同时受到碱硅酸反应(ASR)作用的混凝土中的扩散和结合特性.所用混凝土的碱含量分别为水泥质量的0.5%和1.5%,试验温度为60℃,并采用3.5%和7.5%两种不同质量分数的NaC l溶液浸泡混凝土,进行了氯离子渗透试验,测定了不同浸泡龄期下混凝土试件内部总氯离子含量和自由氯离子含量.用XRD和SEM以及压汞法对试件进行了微观结构分析.结果表明:在ASR同时作用时,混凝土的氯离子扩散速度减慢,混凝土对氯离子的结合表现为线性吸附关系,氯离子结合能力也明显降低;ASR所导致的开裂不会明显提高氯离子的侵入.由于氯离子扩散速度减慢,混凝土钢筋锈蚀时间延迟,但并不能得到抑制,并且由于氯离子结合能力的降低以及ASR的发生,孔溶液中C(C l-)/C(OH-)提高,反而会使锈蚀加快.     

对流效应对氯离子侵蚀混凝土过程的影响

氯离子侵蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要原因之一.为预测氯盐环境下混凝土中氯离子的概况,建立了多相耦合的氯离子侵蚀模型,模型中考虑到了非饱和条件下氯离子以扩散和对流两种方式传输.基于此模型,利用数值模拟手段探讨了对流效应对氯离子侵蚀混凝土过程的影响.分析结果表明:不仅扩散而且对流效应也对氯离子侵蚀混凝土过程有着显著影响,可为混凝土结构耐久性评估与设计提供参考.     

冻融循环和氯盐侵蚀作用下钢筋与混凝土的粘结性能

为了研究冻融循环和氯盐侵蚀两种因素对钢筋与混凝土粘结性能的影响,本文设计了光圆钢筋和螺纹钢筋两种钢筋混凝土试件,对其在三种不同冻融次数（15次、25次、50次）和三种不同浓度（3.5%、7%、10%）氯盐溶液条件下进行试验,探讨钢筋混凝土试件试验后的粘结性能退化规律。结果表明：光圆钢筋试件表现为拔出破坏,螺纹钢筋试件表现为劈裂破坏,当冻融循环次数较少时,钢筋与混凝土之间的粘结性能随着氯盐侵蚀程度的增加略有提高,当冻融循环次数大于等于25次时,粘结性能随氯盐浓度的增加而变差,冻融破坏程度不同,钢筋与混凝土粘结性能随氯盐浓度大小变化的敏感程度不同。最后根据试验结果拟合出冻融氯盐侵蚀后试件的粘结强度—滑移本构关系。     

纤维网格布表层强化混凝土抗冻性能

为解决寒冷地区机场混凝土道面在长期冻融循环作用下出现的表层开裂、起皮和脱落等问题,提出通过在砂浆层中铺设玄武岩纤维网格布和抗碱玻璃纤维网格布来增强机场道面抗冻性能的方法,研究尾焰喷蚀（烧蚀）、氯盐侵蚀（浸盐）和紫外线照射（紫外）3组环境因素单独和组合作用对纤维网格布强化混凝土抗冻性能的影响规律。对不同种纤维网格布强化混凝土开展不同环境影响因素作用下的单面冻融试验,并利用SPSS软件对试验结果进行定量分析。结果表明：在复合因素作用下,纤维网格布可有效增强混凝土抗冻性能,其中玄武岩纤维网格布效果更好;3种因素同时作用对混凝土抗冻性能影响均很大;2种因素同时作用对不同混凝土抗冻性能的影响不同,对玄武岩纤维网格布强化混凝土抗冻性能的影响程度由大到小依次为烧蚀+浸盐、紫外+浸盐、烧蚀+紫外,对抗碱玻璃纤维网格布强化混凝土和素混凝抗冻性能的影响程度由大到小依次为烧蚀+浸盐、烧蚀+紫外、紫外+浸盐 ;单因素作用对混凝土抗冻性能的影响程度由大到小次序均为浸盐、烧蚀、紫外。     

氯盐干湿循环下尾矿球混凝土气体渗透性与孔轴线可靠性

为研究氯盐干湿循环对尾矿球混凝土的影响，分别对普通混凝土(C)、尾矿球混凝土(T)和钢纤维尾矿球混凝土(TF 8)进行气体渗透试验和孔结构试验，得到气体渗透系数、气体体积分数、气泡频率和孔轴线可靠性随氯盐干湿循环侵蚀龄期的变化规律，给出混凝土气体渗透性、孔结构与孔轴线可靠性的关系.结果表明:随氯盐干湿循环侵蚀龄期的增加，C，T和TF 8的气体体积分数、气泡频率均增大，孔轴线可靠性减小，导致气体渗透系数增加;氯盐干湿循环会增加混凝土的渗透性，使孔径分布变差，大孔增加，孔轴线可靠性减小.     

考虑对流条件下氯离子在混凝土中的输运计算

将氯离子在混凝土中的输运区分为对流-扩散耦合区和扩散区,分别采用分离变量法和变量代换法对耦合区和扩散区氯离子输运进行求解,得到对流作用条件下氯离子在混凝土中输运的解析解.通过对耦合区解答稳定性分析确定了耦合区氯离子计算参数取值范围:叠加项n≥100,耦合区氯离子影响深度l≥1 000mm.算例分析表明,在对流作用条件下,对流深度、渗流速率和C0(初始自由氯离子质量与混凝土质量比)与C(混凝土中自由氯离子质量与混凝土质量比)累积呈正相关,但随计算时间增大,对流深度和渗流速率增大时,C差异增大,而C0增大时,C差异变小.通过对38年的对流区混凝土中C的拟合验证了计算模型的准确性.     

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.     

聚羧酸减水剂对水泥浆结合氯离子性能的影响

从氯离子等温吸附、吸附动力学及吸附热力学3个方面,研究聚羧酸减水剂对水泥浆结合氯离子性能的影响,同时应用XRD微观测试技术研究其作用机理。结果表明:掺入聚羧酸减水剂使水泥浆体结合氯离子能力减弱,且水灰比越小,这种影响作用则越大;掺入聚羧酸减水剂的水泥浆体对氯离子的固化过程,短期内符合准一级动力学方程,表现为物理吸附,长期内符合准二级动力学方程,表现为化学结合,其中随着聚羧酸减水剂掺量的增大,吸附速率逐渐减小;聚羧酸减水剂使水泥浆结合氯离子过程中的自由能变、焓变和熵变都减小,且这个过程是自发、放热的;掺入聚羧酸减水剂主要影响水泥浆体对氯离子的物理吸附,对化学结合没有明显影响。