缓黏结预应力混凝土梁耐久性能试验研究#br#

为研究缓黏结预应力混凝土梁在长期荷载与腐蚀共同作用下的耐久性能,文章进行了14根缓黏结预应力混凝土梁及普通混凝土梁在荷载与氯盐干湿循环共同作用下的侵蚀试验,总结了荷载比、预应力度、干湿循环时间对不同受力部位的氯离子浓度沿深度分布和钢筋锈蚀的影响规律,以及荷载比和干湿循环时间对氯离子输运速度的影响规律。结果表明：在混凝土梁中施加预应力能有效减缓氯离子的渗透速度,增强构件的抗氯盐腐蚀能力;相同深度处的氯离子浓度随荷载比的增大而增大、干湿循环时间的增加而增大、与跨中距离的减小而增大;缓黏结预应力混凝土氯离子扩散系数与荷载比之间呈指数函数关系;荷载作用加速了钢筋锈蚀的进程;在裂缝控制等级相同的情况下,承担更大荷载比的缓黏结预应力混凝土梁的钢筋锈蚀程度与无预应力梁相当,体现出更佳的耐久性能。     

干湿交替下受弯开裂混凝土梁内氯离子侵蚀试验研究

分析干湿交替对受弯开裂混凝土梁内氯离子侵蚀的影响,建立考虑表层对流区影响的氯离子等效扩散模型,并借助氯盐干湿循环试验对此模型进行验证。经过30个干湿循环后,采用快速氯离子含量检测(RCT)法,对各裂缝处及其周围混凝土内自由氯离子浓度进行测定。试验结果表明:干湿交替下,完好及受弯开裂混凝土的表层对流区深度在10¹5 mm;弯曲裂缝(宽度不大于0.339 mm)截面处,对流区以内混凝土同一深度处自由氯离子浓度比完好处显著提高,且同一裂缝处的浓度分布符合扩散的基本规律;裂缝周围一定范围内混凝土的自由氯离子浓度随距裂缝横向距离的增大而减小,超过一定范围后,弯曲拉应力对混凝土氯离子渗透性能有一定的提高作用;经回归,裂缝处(宽度不大于0.339 mm)等效氯离子扩散系数D eq(t)与裂缝宽度w之间存在二次函数关系。     

横向弯曲裂缝对混凝土内氯离子侵蚀作用的影响

分析了横向开裂混凝土内氯离子的侵入机理及其主要影响因素,建立了基于双重孔隙介质模型的修正Fick定律氯离子扩散模型,并对持续加载下的开裂钢筋混凝土梁构件进行了氯盐干湿循环侵蚀试验。试验采用浓度为5%的NaCl溶液,在进行15个干湿循环后,借助快速氯离子含量检测RCT（Rapid Chloride Testing）法,对各裂缝处不同深度的氯离子含量进行了测定。试验结果表明：1）干湿循环侵蚀作用下,开裂混凝土表层0~20 mm范围内氯离子含量出现峰值,故可取表层对流区深度为15~20 mm左右;2）当表面裂缝宽度小于0.3 mm时,等效氯离子扩散系数平稳增大,模型的预测精度较高;当裂缝宽度大于0.3 mm后,等效氯离子扩散系数快速增大,氯离子侵入受对流作用的影响加大;3）受弯开裂混凝土等效氯离子扩散系数的劣化因子与裂缝宽度有直接关系,建议采用二次幂函数或分段函数来进行描述。     

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。     

开裂后延性材料与钢纤维混凝土抗氯离子侵蚀对比

通过施加弯曲荷载预先在混凝土梁中产生宽度不等的裂缝或不同的拉应变损伤,然后以3%(质量分数)NaCl溶液连续浸泡或干湿循环方法对混凝土梁进行氯离子侵蚀.测定混凝土裂缝处氯离子含量,研究比较钢纤维混凝土和高延性低收缩材料(LSECC)中裂缝对氯离子侵蚀性能的影响.结果表明:混凝土中裂缝对氯离子渗透影响显著,裂缝大大加快了氯离子的侵蚀.钢纤维混凝土裂缝处氯离子含量(质量分数)最高可达相同浸泡龄期无裂缝处的3～4倍.连续浸泡30d时,钢纤维混凝土裂缝处氯离子含量随裂缝宽度的增大而增加,连续浸泡60d时氯离子含量基本达到饱和.干湿循环条件下,钢纤维混凝土所受的氯离子侵蚀更为严重,经10次干湿循环后其裂缝处氯离子含量可达连续浸泡后的3倍左右.在连续浸泡和干湿循环环境中,LSECC抗氯离子侵蚀性能均优于钢纤维混凝土,尤其在干湿循环环境中,LSECC抗氯离子侵蚀能力更为突出.     

海水干湿循环对带裂缝钢筋混凝土柱力学性能及氯离子含量的影响

通过实验室模拟沿海氯环境和钢筋混凝土结构服役工作条件。使初始裂缝宽度分别为0、0.07、0.10、0.14 mm的钢筋混凝土(RC)偏压柱试件受到100次海水干湿循环作用,观察裂缝发展情况,然后对柱试件进行静力偏压加载试验,并测量受拉区混凝土的氯离子含量。结果表明,不同初始裂缝宽度的RC柱试件经过100次海水干湿循环后,其屈服荷载、极限荷载和延性均随初始裂缝宽度的增加而降低;按规范计算的偏压承载力均高于试验值。与偏压极限荷载试验值相比,当初始裂缝宽度小于0.10 mm时,规范计算极限荷载值的相对误差小于5%,裂缝宽度为0.10 mm及以上时,规范计算极限荷载值的相对误差大于16%。柱试件混凝土受拉表层(0~10 mm)的氯离子含量随初始裂缝宽度的增加而增大;当裂缝宽度小于0.10 mm时,受拉混凝土内层(10~30 mm)的氯离子含量差别不大;裂缝宽度为0.10 mm及以上时,受拉混凝土内层(10~30 mm)的氯离子含量近乎成倍增加。     

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。     

长期荷载及氯盐侵蚀协同作用下海砂混凝土梁耐久性试验研究

通过对氯盐侵蚀及长期弯曲荷载协同作用下海砂混凝土梁的耐久性试验研究,对海砂混凝土梁试验过程中挠度的变化、梁的荷载一挠度曲线、延性和裂缝进行了研究,结果表明：与普通混凝土梁相比,氯盐侵蚀及弯曲荷载协同作用下海砂混凝土梁具有较高的刚度;使用荷载作用下海砂混凝土梁的挠度和裂缝宽度均满足正常使用极限状态的要求,海砂混凝土梁在破坏时表现出较好的延性。     

冻融侵蚀环境下持续荷载裂缝和人工裂缝对氯离子扩散及寿命预测的影响

寒冷沿海环境或除冰盐环境的钢筋混凝土(RC)结构受到荷载裂缝与冻融氯腐蚀的综合作用。氯离子易通过裂缝快速侵入混凝土并腐蚀钢筋,缩短RC结构的服役寿命。对带有人工裂缝和持续荷载裂缝的RC试件进行冻融循环和氯溶液侵蚀综合作用,研究持续荷载裂缝和人工裂缝下氯离子扩散性及服役寿命差异。持续荷载裂缝宽度分别为0, 0.06,0.07,0.11,0.13 mm,人工裂缝宽度分别为0,0.07,0.13,0.19 mm。研究结果表明:裂缝宽度小于0.07 mm时,持续荷载裂缝和人工裂缝对氯离子扩散性的作用差别很小;裂缝宽度大于0.07 mm时,持续荷载裂缝对氯离子扩散性作用大于人工裂缝的作用,且随着裂缝宽度增加,两者差异快速增大。分别考虑氯离子一维扩散和二维扩散状态,利用Monte-Carlo法计算得到的RC结构的服役寿命中,持续荷载裂缝的RC结构预测寿命明显低于人工裂缝。     

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。     

离子侵蚀对再生混凝土多重界面区(ITZ)性能的影响

通过研究氯离子和硫酸根离子侵蚀下再生混凝土不同界面过渡区的显微结构以及显微硬度变化,揭示了离子侵蚀对再生混凝土结构和性能的影响机理。结果表明:再生混凝土经氯离子侵蚀后,骨料老界面、骨料新界面、砂浆新界面的显微硬度逐渐降低,过渡区宽度逐渐增加;氯离子侵蚀前后,同种界面过渡区显微硬度值随着新浇筑砂浆强度等级的增加而增大,且氯离子扩散系数与界面过渡区宽度成正相关性;硫酸根离子侵蚀再生混凝土的界面过渡区宽度有所增加,显微硬度降低,界面区的致密性下降。     

氯离子环境下钢筋混凝土棱柱体抗压力学性能试验研究

针对近海地区混凝土结构在氯离子侵蚀作用下其力学性能不断降低的问题,采用试验研究和理论分析的方法,先对12组RC棱柱体试件在盐雾腐蚀实验室进行了氯离子腐蚀试验,然后对其进行轴心抗压试验。以混凝土强度和锈胀裂缝宽度为变化参数,研究试件在轴心抗压试验下的受压应力-应变曲线,分析试件强度、刚度、延性等的变化规律。结果表明:随着混凝土强度的增大,试件的承载力和延性不断提高;随着箍筋锈蚀裂缝宽度的增大,试件的峰值荷载减小,强度降低,延性变差。     

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。     

SFRC/SCC钢筋复合梁受弯性能试验研究

设计了一批受拉区为SFRC、受压区为SCC的钢筋复合梁,分析了纵筋配筋率、SFRC替换层钢纤维体积掺量以及替换层高度对复合梁在四点弯曲荷载作用下的承载力、挠度以及裂缝形态的影响,并与普通混凝土梁进行了对比。通过理论分析计算得出了SFRC/SCC复合梁的承载力表达式,并将理论计算结果与试验数据进行了对比分析,以验证表达式的合理性。结果表明:配筋率是提升复合梁承载力的首要因素,1.32%配筋率相对于0.79%配筋率的极限承载力最大可提升24.1%;钢纤维替换层对复合梁的承载力提升并不明显,但对于复合梁的挠度与裂缝宽度控制有明显作用,将替换层高度由50 mm提升至150 mm时,复合梁的挠度和主裂缝宽度最大分别降低了9.2%和77.81%。     

矿物掺合料高性能混凝土氯离子扩散特性研究

为研究沿海地区高性能混凝土桩基础的耐久性,采用干湿循环浸泡法对18个高性能混凝土试件进行了氯盐侵蚀试验,分析了高性能混凝土的氯离子浓度分布,得到了高性能混凝土的表面氯离子浓度、氯离子扩散系数的时变方程。在此基础上进行了高性能混凝土氯盐侵蚀的数值模拟,分析了钢筋直径（20、28 mm和36 mm）和保护层厚度（20、30、40 mm和50 mm）对沿海地区高性能混凝土桩基础氯离子浓度分布和氯离子扩散系数的影响,提出了相应的耐久性设计建议。研究结果表明:高性能混凝土毛细管吸附区与氯离子扩散区的位置在0~5 mm之间,高性能混凝土的最大稳定深度为50 mm;随着时间的增长,高性能混凝土氯离子扩散系数逐渐降低,氯离子浓度增长速率拐点为25 mm;相较氯盐侵蚀溶液浓度,氯离子扩散系数与氯盐侵蚀时间的关系更大。结合钢筋的临界氯离子浓度正态分布,建议沿海地区输电工程高性能混凝土桩基础的保护层厚度为70 mm。     

大气环境钢筋混凝土锈蚀梁顺筋裂缝规律试验研究

对大气环境中41根钢筋混凝土梁的锈蚀顺筋裂缝规律进行试验。结果表明,保护层厚度与应力状态是梁产生顺筋裂缝的主要影响因素,保护层越厚越不容易产生顺筋裂缝,受拉区出现顺筋锈蚀裂缝的可能性是受压区的2倍,并对可能的原因进行分析;提出可供锈蚀结构耐久性评价的顺筋裂缝宽度与锈蚀率关系的计算模型。     

钢筋混凝土水池壁板弯曲裂缝的开展、自愈及渗漏试验研究

储液结构混凝土的开裂是液体渗漏的主要原因。水池设计规范、规程以控制裂缝宽度来保证结构的耐久性和功能,水池的地震破坏等级划分标准也主要以构件开裂和液体渗漏程度为依据。该文进行了足尺钢筋混凝土水池壁板承受弯拉荷载作用试验,验证了混凝土裂缝具有较好的自愈性能,建议水池基本完好、轻微破坏等级的裂缝宽度限值可增加0.1mm,该值可供实际应用参考;弯曲裂缝的受压区能有效地阻止液体渗漏,建议储液结构不同种类裂缝限值规定应区别对待,弯曲裂缝需规定裂缝宽度和受压区高度;水池地震破坏等级划分应综合考虑渗漏程度,裂缝长度、宽度、分布密度及震后维修加固可行性等指标。