带裂缝混凝土氯离子扩散作用试验研究及数值模拟

为了准确评估带裂缝工作混凝土结构的耐久性能,针对氯离子在带裂缝混凝土中的扩散过程进行研究。提出了无损制备裂缝的方法,可高效易行地在混凝土侧面及内部产生裂缝。对带裂缝的水泥砂浆试件进行氯盐溶液浸泡试验,深入研究了单缝和双缝试件中氯离子的扩散作用,修正了氯离子的扩散系数,并对带裂缝混凝土的氯离子扩散过程进行了数值模拟。研究结果表明：氯离子会沿裂缝发展方向及垂直于裂缝发展方向扩散,随着水灰比的减小,砂浆试件的抗氯离子扩散性能明显提高,在一定范围内,当裂缝间距增大,双缝间的氯离子扩散交互影响作用明显减小,ANSYS软件的模拟结果与试验数据吻合良好。     

收缩裂缝对混凝土氯离子传输的影响

水泥基材料中介质的传输非常复杂。采用氯盐溶液自然浸泡法研究了收缩裂缝对混凝土材料中氯离子传输性能的影响。采用板式约束收缩方式诱导混凝土裂缝,借助于图像分析技术,并选取平均裂缝宽度参数对裂缝进行表征。通过检测在5%氯盐溶液中浸泡60 d后的混凝土不同部位氯离子的浓度,发现裂缝的存在加强了氯离子在混凝土中的传输,并且氯离子扩散性能随着裂缝宽度的增加而增加,同时讨论了氯离子在开裂混凝土中的传输机理。     

混凝土中的裂缝对氯盐侵蚀作用的影响

为了研究裂缝对氯离子侵蚀作用的影响,采用弯曲试验预先在混凝土梁中产生宽度不等的弯曲裂缝,然后通过3%NaC l盐溶液浸泡一定龄期后钻心取样,测定裂缝处混凝土内氯离子含量.试验结果表明,混凝土中裂缝对氯盐环境下氯离子渗透的影响是显著的,裂纹大大加快了氯离子的侵蚀速度.裂纹处(裂缝宽度120~500μm)氯离子浓度为相同浸泡龄期无裂纹处的2~3倍.浸泡30 d时,裂纹处氯离子含量随裂缝宽度增大而增加,60 d时氯离子含量基本达到饱和,不受裂缝宽度影响,此时氯离子含量受浸泡深度影响不大.未开裂混凝土,即使氯盐浸泡60 d,氯离子含量随浸泡深度仍呈逐渐减少的趋势.     

收缩裂缝对混凝土氯离子渗透及碳化的影响

采用大板开裂方法制备了收缩裂缝宽度为0.07 mm、0.1 mm、0.2 mm、0.4 mm和0.62mm的混凝土试件,对养护7 d的不同尺度裂纹混凝土海水浸泡腐蚀30 d,以及快速碳化14 d。测试混凝土裂缝处及周边区域的碳化深度、自由氯离子及总氯离子浓度。试验结果表明：混凝土的自由氯离子与总氯离子均随裂缝宽度增加而呈二次函数增加。氯离子在裂缝处的迁移速度高于周边区域,但收缩裂缝尖端增加了氯离子结合能力,降低了自由氯离子浓度。当收缩裂缝宽度小于0.07mm,混凝土裂缝区域碳化深度没有变化。当收缩裂缝宽度小于0.1 mm,混凝土氯离子扩散系数与碳化深度增加幅度很小;此后,随裂缝宽度增加,混凝土氯离子扩散系数与碳化深度均快速增加。此外,混凝土裂缝处碳化深度比周边区域高3 mm左右。     

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。     

预拌混凝土裂缝的防护措施

对预拌混凝土裂缝问题的研究，是建筑行业的一大课题，理论与实践相结合，阐述从材料配备到施工技术等方面的一些解决办法和防护措施。     

劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区的氯离子传输

研究了不同尺度劈裂裂缝混凝土在海洋潮汐区环境作用下的氯离子浓度分布、氯离子传输以及钢筋锈蚀规律.试验结果表明:劈裂裂缝在制备过程中存在裂缝回复,裂缝宽度应以卸载后位移传感器获得的裂纹宽度值为准.裂缝混凝土氯离子浓度随深度增加而下降,然后在10 mm深度以下形成稳定段.裂缝区域稳定段氯离子浓度随裂缝宽度增加而呈指数函数增加,裂缝周边区域稳定段氯离子浓度则随裂缝宽度增加而线性增加;但与裂缝区域氯离子增加幅度相比,其增加幅度不明显.裂缝宽度大于0.05 mm,30d海洋暴露后混凝土裂缝面氯离子渗透深度近50 mm,沿垂直裂缝面向内平均渗透20 mm左右,钢筋表面锈蚀率快速增加.裂缝混凝土氯离子扩散系数与混凝土抗氯离子扩散能力、裂缝密度(包括裂缝的基体宽度/裂缝宽度)、裂缝对氯离子结合性能密切相关.当裂缝密度小于70时,裂缝混凝土氯离子扩散系数线性增加;距裂缝位置越近,混凝土氯离子扩散系数增加越大;裂缝越宽,其对混凝土影响范围越大.     

开裂混凝土氯离子扩散性能研究

为探索裂缝对开裂混凝土氯离子扩散性能的影响,采用无损裂缝制备方法预制相应裂缝宽度的混凝土试块,并进行70d自然浸泡试验后对混凝土内部氯离子浓度进行测定。试验结果表明:裂缝使氯离子在混凝土中加速扩散,且氯离子在裂缝周围区域影响范围约为30～80mm;氯离子浓度在20mm深度后增长显著并在35mm后趋于稳定;裂缝宽度对带裂缝混凝土氯离子扩散系数影响显著,可由裂缝宽度的三次函数描述带裂缝混凝土内氯离子传输规律。     

硅烷涂层提高寒区桥梁混凝土抗冻耐久性应用研究

通过冻融循环试验,分析不同硅烷涂层厚度对寒区桥梁混凝土抗冻性能的影响,并通过实桥验证其提高混凝土抗冻性能的效果。试验结果表明,硅烷浸渍涂层的厚度不宜过大或过小,建议合理厚度宜采用2mm。     

混凝土疲劳裂缝的研究

采用光学显微镜对经历不同周次疲劳荷载作用而破坏的混凝土试件内部疲劳裂缝进行了观察，并对粘结裂缝和基体裂缝的长度进行了统计。观察和分析结果显示界面区预先存在尺寸细小的微裂缝，由初始微裂缝引发的粘结裂缝既存在于粗集料与砂浆的界面区，也存在于水泥石与细集料之间的界面区；基体裂缝可以由邻近的细集料与水泥石之间粘结裂缝贯穿而形成，也可以存在于水泥石中；疲劳裂缝的数量随试件破坏前所承受的荷载循环次数（即疲劳寿命）的增加而增多；粘结裂缝占疲劳裂缝的多数，且其相对数量有随疲劳寿命的增长而增加的趋势。     

Characterisation of Bacteria-Based Concrete Crack Rejuvenation by Externally Applied Repair

应用细菌修补技术的混凝土裂缝性能恢复表征

袁杰¹, 陈歆^1,2*, Mohamed Alazhari³, 杨博¹, 张国荣²

(1. 哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院,哈尔滨 150090;

2. 苏交科集团股份有限公司在役长大桥梁安全与健康国家重点实验室, 南京 210019;

3. 巴斯大学 建筑材料创新中心, 巴斯 BA2 7AY, 英国)

中文说明：

微生物诱导的方解石沉淀（MICP）在结构修复（包括自我修复和外部应用）中得到了越来越多的研究。在各种MICP途径中,酶促尿素水解被建议用作外部修复而不是自我修复。本研究综合描述了酶促尿素水解对混凝土裂缝物理、抗渗和力学性能的恢复效果,展示了修复结构的视觉质量,证明了湿度对裂缝修复的重要性。此外,本研究还考查了细菌与尿素预混合与否带来的修复效果差异。预混合带来的担忧是,其所致的加速反应会在裂缝的浅层空间中沉淀方解石并阻碍更深层空间中的愈合。然而,观察结果表明,混凝土裂缝修补的物理愈合或抗渗恢复都不会受到不利影响。从本研究中获得的结果证实了修复的有效性,同时提高了修复的效率,将进一步促进细菌基混凝土修补技术的商业化。

关键词：混凝土裂缝;性能恢复;细菌;修补剂;相对湿度;抗渗性;氯离子渗透;抗折强度

     

关于混凝土裂缝问题的研讨

混凝土裂缝影响着混凝土的外观质量、强度和耐久性，进而影响混凝土建筑物的使用和寿命。分析了混凝土裂缝产生的原因，主要有塑性变形、温度变形、干缩变形、碱骨料反应、碳化及钢筋锈蚀、地基沉降、设计及施工不当所造成的裂缝等，并提出了预防裂缝产生的一些措施。     

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。     

混凝土裂缝的相关分析

根据分析水利水电工程中混凝土裂缝的分类与产生裂缝的原因,以及所带来的危害与漏水问题,结合理论与实践,阐述了干缩裂缝、塑性收缩裂缝、沉陷裂缝、温度裂缝、化学反应引起的裂缝的预防;介绍了表面修补法、灌浆与嵌缝封堵法、结构加固法、混凝土置换法等混凝土裂缝的处理方法以供同行参考.     

钢筋混凝土结构的裂缝控制

钢筋混凝土的裂缝控制问题是建筑工程中很重要的问题之一,特别是最近20年来,泵送商品混凝土获得广泛应用之后,混凝土均质性有了很大改善的同时,裂缝控制技术难度大大增加了。本文是在大量建设实践和现场实验研究基础上,概述了变形作用引起裂缝的原因、约束变形特征、抗与放的设计准则以及综合技术措施等。     

混凝土结构裂缝分析中断裂模型的研究现状

在大部分情况下,混凝土是带裂缝工作的,随着外加荷载的增加,裂缝不断发展,最后裂缝失稳扩展导致结构破坏.开裂破坏是混凝土结构破坏的主要形式.主要阐述了混凝土结构裂缝分析中几种常用断裂模型的研究现状及其主要特点,以便为混凝土裂缝分析中选用合适的断裂模型提供参考.     

钢筋混凝土结构的裂缝控制

钢筋混凝土的裂缝控制问题是建筑工程中很重要的问题之一,特别是最近20年来,泵送商品混凝土获得广泛应用之后,混凝土均质性有了很大改善的同时,裂缝控制技术难度大大增加了。本文是在大量建设实践和现场实验研究基础上,概述了变形作用引起裂缝的原因、约束变形特征、抗与放的设计准则以及综合技术措施等。     

施工中如何控制混凝土收缩裂缝

随着建筑商品化的深入，人们对建筑工程质量、功能要求越来越高，建筑工程中混凝土裂缝成了人们日益关注的问题，笔者分析了混凝土施工中常见的裂缝——收缩裂缝的种类、成因及控制方法，并介绍了在实际工程中如何运用这些控制方法来防止混凝土收缩裂缝的产生，从而提高建筑商品的质量。     

大体积混凝土温度和收缩裂缝控制措施

结合工程实践和科研成果,分析了温度裂缝产生的机理,提出了大体积混凝土结构防止产生温度裂缝的措施。     

对混凝土楼板常见主要裂缝和防裂的探讨

介绍了近年来对预制装配式楼板板侧拼接裂缝通病的防裂措施，并分析了其裂缝的主要原因。对现浇混凝土楼板收缩裂缝，通过某高层住宅两客厅楼板裂缝情况的比较，分析了其裂缝的主要原因，并提出了防裂的建议。