荷载裂缝对混凝土中氯离子扩散的影响

混凝土结构中的荷载裂缝会缩短氯离子向钢筋表面传输的路径,导致钢筋局部脱钝起锈。采用二次加载法制作了8个带有自然开裂裂缝的普通混凝土(CO)和掺加矿粉混凝土(CS)试件,在恒温、盐水浸泡条件下进行开裂混凝土中的氯盐传输试验。将硝酸银显色法和电子探针扫描技术分别应用于定位裂缝周围区域氯离子的分布范围和测定氯离子浓度。结果表明,带有自然开裂裂缝的混凝土试件可用于非稳态氯盐传输试验;裂缝中氯离子浓度存在梯度,裂缝宽度增大浓度梯度变小;而缝宽增大会导致裂缝深度增加,因此对氯离子扩散的影响提高;混凝土中掺加矿粉有利于抑制氯离子的传输,对提高混凝土结构服役寿命有利。研究成果可为建立更加准确的开裂混凝土氯离子传输模型提供参考。     

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。     

机械荷载与氯盐环境复合作用下混凝土结构耐久性研究

我国沿海地区长期受海水、盐雾环境的影响,氯离子侵蚀成为钢筋混凝土结构辐射的元凶。借助室内氯盐侵蚀试验和海边暴露试验,探究轴压荷载与氯盐环境复合作用对混凝土结构耐久性产生的影响。结果证实,不论是短期或长期持载,轴压荷载作用对混凝土耐久性有显著性影响,氯离子表面扩散系数随着应力水平的提升,展现先减小后增大的发展趋势。由海边暴露试验和室内试验结果比较发展,相同条件下,海洋环境下混凝土侵蚀程度明显大于室内氯盐侵蚀,这是因海边环境受多种因素的影响。针对试验结果,使用混凝土结构使用寿命预测模型预测混凝土桥梁寿命,得出不同荷载形式、大小作用下混凝土桥梁的耐久性及影响规律,以期为北方恶劣环境混凝土结构桥梁耐久性提供理论支撑。     

裂缝分布不均匀性对输电铁塔钢筋混凝土氯离子扩散性能的影响

氯离子侵蚀对氯盐环境下输电铁塔钢筋混凝土结构的耐久性有重要影响,而各种外界因素(比如,暴露环境和服役载荷等)造成的裂缝对混凝土结构中氯离子扩散更有加剧作用。以存在裂缝缺陷的高压输电铁塔钢筋混凝土结构为研究对象,建立了氯离子扩散的有限元模型,具体研究了裂缝对钢筋混凝土试件内氯离子扩散性能的影响。研究表明,除了裂缝宽度和深度,氯离子在钢筋混凝土内的扩散特性亦取决于裂缝分布位置。氯离子扩散范围随裂缝深度的增加而相应延伸,氯离子在裂缝底端有积聚现象。氯离子浓度在钢筋表面呈不均匀分布,裂缝分布的位置距离钢筋越近,钢筋表面氯离子的浓度越高。结论对于氯盐环境下高压输电铁塔钢筋混凝土结构的耐久性设计具有一定的理论指导意义。     

持续荷载和环境耦合作用下钢筋混凝土抗氯盐侵蚀试验研究

沿海混凝土结构长期处于持续荷载和侵蚀环境的耦合作用中。试验设计可持续施加拉/压应力的加载装置,对13根混凝土梁施加不同等级的荷载;同时对受力状态下的混凝土梁进行模拟海水干湿循环的侵蚀。通过试验,研究不同等级荷载和氯盐侵蚀耦合作用下混凝土梁抗氯盐侵蚀性能的变化规律。试验结果表明:(1)通过在梁的受压、受拉侵蚀面浇筑水池,以取水注水的方式来模拟干湿循环可以有效防止盐水对持荷装置的侵蚀,可使试验梁受力更稳定;(2)以施加荷载的大小占极限荷载的比例记做荷载水平λ。当λ=0.3时,受拉区混凝土开裂,各条裂缝最大宽度为0.04 mm,此时裂缝处氯离子浓度与不受力无裂缝混凝土内部氯离子浓度相近;当裂缝最大宽度为0.08 mm时,同深度处氯离子浓度较小幅度增加,影响氯离子传输速率的临界荷载裂缝宽度为0.04 mm。随着λ的增加,受拉区各位置氯离子浓度呈非线性增大,且距离裂缝越近,同深度处氯离子浓度越大;(3)λ<0.45时,混凝土梁受压区氯离子浓度随着荷载水平的增大而减小,当λ>0.45时,受压区氯离子浓度随着荷载水平的增大而增大;在压应力作用下,影响氯离子传输速率的临界λ=0.45。研究表明,荷载和氯盐侵蚀耦合作用对钢筋混凝土结构耐久性能具有巨大的危害,尤其是荷载裂缝处的氯盐侵蚀,实际工程中应采取相关措施加以防范。     

氯盐与荷载耦合作用下氯离子在混凝土构件中的扩散性研究

采用三分点自锚法研究氯盐荷载耦合作用下氯离子的扩散性。试验以持续弯曲荷载水平大小、荷载水平种类和侵蚀时间为变量,对氯盐-荷载作用下混凝土构件中氯离子的传输机理进行了研究分析。结果表明,在拉应力作用下,结构的致密性被破坏,有利于氯离子的扩散,氯离子含量有所提高。在适当的压应力作用下,微裂缝生成受阻,抑制了氯离子的扩散,氯离子含量有所减小。     

氯盐腐蚀环境下混凝土结构氯离子扩散模型研究

混凝土结构耐久性降低会导致结构失效并带来巨大的经济损失,研究氯离子扩散规律是氯盐腐蚀环境下混凝土结构耐久性评估的关键工作,在Fick第二扩散定律基础上,建立了考虑环境温度、混凝土材料对氯离子结合作用、氯离子扩散系数的时间性、混凝土应力状态和材料劣化效应的氯离子扩散理论模型,通过工程算例对理论模型进行验证,为氯盐腐蚀环境下混凝土结构的耐久性分析提供了理论依据,最后提出进一步研究的方向。     

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。     

氯盐和硫酸盐环境下混凝土耐久性研究综述

对混凝土结构在侵蚀性环境下的长期安全服役要求使得针对混凝土材料的耐久性研究获得了越来越广泛的关注。盐环境普遍存在于大自然中,其中氯盐和硫酸盐会对混凝土结构的耐久性产生不利影响。介绍了氯盐或硫酸盐单一侵蚀因素作用下混凝土材料耐久性的研究现状,系统总结了试验方法、宏观性能和侵蚀模型等方面的研究成果,阐述了盐环境下混凝土耐久性的研究趋势。得到以下初步结论：（1）试验方法方面,由于自由扩散法控制附加因素的介入,对离子传输机理的影响较小,与实际状态更为接近;（2）基于Fick第二定律建立氯离子扩散模型,关键在于对氯离子扩散系数的修正,不同因素对扩散系数的影响应有更多基础理论和试验数据作为支撑。细观模型方面,在骨料特征的参数化技术方面寻求突破对于其仿真效果至关重要;（3）由于影响硫酸盐侵蚀的因素较多且系统性试验较少,因此已有模型的适用性存在局限,应寻求突破建立全面涵盖各类因素的模型;（4）建立自然盐环境与试验室盐环境的对应关系、保证混凝土的试验室状态与其实际服役状态的一致性以及建立特定环境下混凝土耐久性损伤的时变模型对服务工程应用具有重要意义。     

干湿交替作用下受弯开裂钢筋混凝土梁内氯离子侵蚀特性

为了研究干湿交替条件下受弯开裂混凝土内氯离子侵蚀机理及其分析方法,对两两自锚并保持开裂状态下的混凝土梁进行氯盐溶液干湿循环试验。借助15和30次干湿循环的两次取样结果,分析完好截面、裂缝截面及其周围一定范围内的自由氯离子含量分布规律,并对提出的等效氯离子扩散模型的适用性、弯曲裂缝宽度的影响规律以及扩散系数的时变特性等问题进行探讨。研究结果表明:1氯盐干湿交替作用下,开裂截面处的表层对流区深度在10~20mm之间,弯曲裂缝的存在将加快混凝土内部氯离子的渗透速度;2裂缝周围混凝土内的氯离子传输受到裂缝(0.1mm)及混凝土弯曲拉应力的共同影响,当与裂缝距离增大时,混凝土弯曲拉应力对氯离子传输的影响也会增大;3拟合结合表明,当裂缝宽度w0.30mm时,用等效扩散模型分析开裂截面的氯离子含量分布是可行的,且等效氯离子扩散系数的劣化特性可用w的多项式函数进行回归分析;4对普通混凝土而言,氯离子扩散系数的时间衰减指数m与水灰比有关,且随水灰比的减小而减小。     

基于不确定性的氯离子侵蚀环境下普通混凝土结构的耐久性研究

针对氯盐侵蚀环境下普通混凝土结构的锈胀开裂,通过分析普通混凝土结构的腐蚀损伤发展特点,建立氯离子侵蚀环境下普通混凝土结构的耐久性失效准则。基于工程实例,采用不确定性分析方法,通过Monte Carlo随机模拟,对氯离子侵蚀环境下普通混凝土结构的锈胀开裂时间开展了可靠性分析研究,得出了其近似概率密度分布,通过假设检验,确定其服从对数正态分布,并给出其在不同保证率情况下锈胀开裂时间的取值。     

横向荷载裂缝对海洋浪溅区混凝土耐久性劣化影响

采用人工预加载使试件产生裂缝并控制荷载裂缝宽度,研究了模拟海洋环境试验箱内混凝土表面横向荷载作用下裂缝宽度对浪溅区混凝土抗氯离子侵蚀的影响。试验结果表明:暴露56d和90d龄期且裂缝宽度不超过0.25mm时,混凝土试件同一深度处氯离子浓度随裂缝宽度增加而增大。相同暴露龄期时试件氯离子扩散系数随裂缝宽度增加而增大,裂缝宽度由0.10mm增加至0.15mm时试件氯离子扩散系数提高并不显著,进一步提高到0.25mm后,与裂缝宽度为0.10mm的试件相比氯离子扩散系数提高约3倍;暴露龄期90d纯水泥混凝土试件及复合掺合料混凝土试件的氯离子扩散系数均与裂缝宽度近似呈指数函数关系,胶凝材料组成体系仅影响函数中的固定值。     

混凝土裂缝表征方法研究进展及裂缝对氯离子传输影响

氯离子侵蚀导致混凝土中钢筋锈蚀,是钢筋混凝土耐久性劣化的主要表现形式,然而混凝土裂缝的存在将加快氯离子在混凝土中的传输并缩短钢筋混凝土的服役寿命。首先对已有的裂缝表征方法进行了介绍,包括线性位移传感器、图像分析法、CT扫描等。然后综述了带有裂缝的混凝土基体中氯离子扩散的影响因素,重点介绍了裂缝的宽度、水灰比、矿物掺合料、龄期、荷载等因素对氯离子扩散行为的影响。结果表明当裂缝宽度在50~200μm之间时,对氯离子扩散系数的影响最大,在此区间内,氯离子扩散系数随着裂缝宽度的增加而增大;其余因素也对氯离子扩散系数有不同程度的影响。     

裂缝、表面防水处理对混凝土耐久性的影响

混凝土结构普遍存在着大量的裂缝,在恶劣的环境条件下,一些裂缝成为侵蚀性离子进入混凝土的便捷通道,降低了混凝土的耐久性.侵蚀性离子如氯离子的传输离不开水的作用,如果混凝土表面和裂缝面的部分或者全部是斥水的,则可有效阻止氯离子的侵入.有机硅防水剂作为一种新型的防水剂,能够在混凝土的表层形成一个隔离层,实现减少氯离子侵入的目的.试验中所用的防水剂为有机硅液态防水剂.结果表明,从0.1mm到0.4mm的裂缝宽度范围内,不管防水处理是在裂缝出现之前还是之后进行,沿裂缝的氯离子含量都有大幅度的下降;同样宽度裂缝条件下,在裂缝出现之后进行防水处理,沿裂缝氯离子含量比先进行防水处理小一些.     

钢筋混凝土地下室裂缝控制

钢筋混凝土地下室由于永久处于潮湿或地下水环境中,其耐久性和使用功能受到人们重视,而裂缝是影响钢筋混凝土耐久性和使用功能的主要因素之一。针对钢筋混凝土地下室裂缝普遍存在的问题,从设计、施工、材料、环境方面分析了地下室底板、墙体、顶板产生裂缝的原因,并采取了相应措施以有效控制裂缝的发生。     

单轴受压混凝土的微裂缝和氯离子侵入性

采用1种无破损微裂缝估算指标-比裂缝面积来评价单轴压力作用下混凝土棱柱体的扩展微裂缝.加压卸载后试块暴露于氯离子环境中,测得试块中的氯离子含量分布.分析了单轴压力下混凝土微裂缝的发展以及荷载、微裂缝和氯离子渗透性的相关规律.试验结果表明,在大约0.3的应力水平范围内,受压并卸载后的试块表观氯离子扩散系数普遍降低,但随着应力水平的继续提高,氯离子扩散性能开始提高并超过未加载时的氯离子扩散系数.混凝土在单轴受压并卸载的情况下,其微裂缝的发展和恢复与应力水平关系密切.比裂缝面积能够较好地表征混凝土中微裂缝的发展,有助于分析混凝土在荷载作用下产生的微裂缝对氯离子传输性能的影响.     

氯离子在开裂混凝土中的扩散特性研究

考虑荷载裂缝宽度与裂缝深度的相关性,基于AgNO_3显色法研究了混凝土裂缝的存在对氯离子扩散范围的影响.通过钻孔取粉测定了混凝土中的氯离子含量,研究了裂缝特征的单一因素对氯离子的扩散特性影响.结果表明:裂缝的存在加速了氯离子在混凝土中的扩散过程;氯离子的扩散系数随着裂缝宽度的增加而增大;裂缝深度的变化对氯离子的扩散深度有一定影响.基于试验结果建立了裂缝宽度(裂缝深度)与氯离子扩散系数之间的指数函数关系式.     

有机硅凝胶防水剂在混凝土结构维护中的应用

混凝土结构中存在的裂缝为侵蚀性离子如氯离子进入混凝土的便捷通道,对混凝土进行表面防水处理,则可有效提高结构的耐久性。实验研究了在不同的裂缝宽度、不同的防水处理时机下,用有机硅凝胶防水剂进行防水处理的效果。结果表明,在0.1～0.4mm的裂缝宽度范围内,不管防水处理是在裂缝出现之前还是之后进行,与不进行防水处理相比,沿裂缝的氯离子含量都有大幅度的下降。     

荷载作用下混凝土的耐久性研究

混凝土结构的使用荷载与使用环境是共存的,从渗透性、抗碳化性能、抗冻融性能、抗氯离子和硫酸根离子侵蚀等方面阐述了荷载对混凝土耐久性的影响,得出一致结论:施加荷载的混凝土构件要比无荷载作用的混凝土构件耐久性水平低,荷载是耐久性研究中不可忽视的因素之一.