海洋盐雾环境下混凝土中氯离子传输研究进展

氯离子传输是影响海洋工程钢筋混凝土服役寿命的关键因素。海洋大气中的氯离子可导致钢筋严重锈蚀,使混凝土结构的承载力降低和耐久性退化,严重威胁海洋工程钢筋混凝土结构的服役安全。但盐雾环境下的氯离子在混凝土中的传输机制极为复杂,呈多因素特征,需精确的盐雾试验来研究,并需要针对性更强的模型来描述其传输行为。鉴于此,本文对国内外盐雾环境下混凝土中氯离子传输的研究现状进行了系统综述,总结了海洋盐雾环境下探究混凝土中氯离子侵蚀的试验方法,讨论了影响氯离子传输的因素,归纳了氯离子传输模型,为海洋大气环境下钢筋混凝土结构的工程实践及科学研究提供借鉴和参考。     

基于最紧密堆积理论超密实再生砂浆制备研究

再生混凝土或再生砂浆通常被认为力学和耐久性能较低,为研究再生水泥基材料性能,利用颗粒最紧密堆积理论,根据超细再生微粉和超细矿物掺合料颗粒粒径分布,将不同细度颗粒进行合理掺配,使胶凝体系最大程度上接近紧密堆积,制备出超密实再生砂浆,并计算粒径分布的分形维数,探讨其对抗压强度和孔隙率的影响。研究结果表明：最紧密堆积的混合料粒径分布具备分形特征,粒径分布的分形维数值越小,颗粒粒径分布越复杂,整体密实程度越高;粒径分布分形维数值较高的混合胶凝粉体,制备的试样早期强度较低。此外,利用最紧密堆积原理制备的超密实胶凝体系的孔隙率低于简单混合的胶凝体系试验组的孔隙率,孔径分布也更合理。     

硅烷防护材料的分子动力学模拟及试验

通过分子动力学模拟三种硅烷材料在水泥毛细孔隙中的传输过程,并通过毛细吸水试验、接触角测定进行试验验证.模拟发现,硅烷羟基部分通过离子键与C-S-H界面连接,烷基部分指向孔道中心,降低界面亲水性.同时硅烷分子之间会形成团簇体,抑制通道中水分子传输.试验结果与模拟结果基本吻合.接触角测试表明,涂覆硅烷材料后,水泥试块的接触角增大,其中涂覆辛基三乙氧基硅烷的试块接触角达到130°左右.毛细吸水试验结果表明,涂覆辛基三乙氧基硅烷的试块在48 h后的吸水量仅为165 g·m-2,比未处理的试块吸水量(789 g·m-2)降低了79％左右.甲基三乙氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷也具有一定的防水效果,但吸水量比涂覆辛基三乙氧基硅烷的试块稍多.     

分子动力学理论研究初始缺陷对水泥基材料性能的影响

采用反应力场的分子动力学方法研究了初始缺陷对水泥基材料性能的影响.通过径向分布函数、偶极矩分布、氢键、均方位移、时间相关函数、应力应变曲线表征了水化硅酸钙(C-S-H)初始缺陷在干燥和饱和状态下的结构性质、动力学特性和力学性能.模拟结果表明:与干燥状态相比,饱和状态下钙周围的配位氧原子更多,受到的约束也更多,运动能力下降;在饱和状态下,初始缺陷内的水不仅自身会形成氢键,也会与C-S-H基体形成氢键;在力学性能方面,初始缺陷的存在会导致C-S-H的抗拉强度、弹性模量大幅度减少,而初始缺陷充满水的饱和状态会略微提高C-S-H的抗拉强度、弹性模量.     

基于DIC的混凝土嵌入式BFRP筋拔出行为及黏结性能研究

基于数字图像相关（DIC）技术对混凝土内嵌入式玄武岩纤维增强聚合物（BFRP）筋的界面黏结性能及其拔出过程开展了研究.采用数字图像采集处理技术获取了BFRP筋从混凝土表面拔出过程的应变场演变数据并计算了界面的黏结应力.结果表明：BFRP筋从混凝土表面拔出过程中,黏结应力与应变沿筋材呈现对称分布;随着拉拔荷载的增加,界面黏结应力、应变均不断增大,养护龄期为7 d的C50混凝土与BFRP筋的黏结界面在靠近加载端区域的最大应力和应变分别为3.3 MPa、0.020;与淡水河砂混凝土相比,当养护龄期达到28 d时,相同水胶比下海水海砂混凝土与BFRP筋界面黏结处的最大应力提高了19%左右;延长养护龄期可有效增大混凝土与BFRP筋的界面黏结应力;界面黏结应力和应变沿加载端到自由端呈线性下降趋势;拔出后加载端混凝土损伤严重,BFRP筋黏结段呈现部分纤维拉断剥离现象.     

海洋环境下混凝土的硫酸盐腐蚀机理

海水中存在的硫酸根离子传输至混凝土内部将导致其腐蚀破坏。针对矿粉掺量0~65%的C40引气混凝土进行海洋潮汐区、大气区和水下区腐蚀1~2 a,测试其水溶和酸溶硫酸根离子浓度分布;分析水泥净浆中的腐蚀产物类型及含量。试验结果表明：海洋不同腐蚀区带混凝土中硫酸根离子传输量及传输深度排序为：潮汐区 > 水下区 > 大气区。混凝土中反应硫酸根离子与总硫酸根离子的关系服从线性函数分布,反应量占总硫酸根离子量的90%以上,反应的硫酸根离子量随腐蚀龄期增加而增加。海洋潮汐区和水下区生成的腐蚀产物量高于大气区,主要是钙矾石和石膏;海洋大气区暴露混凝土的腐蚀产物为钙矾石。对于P.I.52.5水泥制备的C40混凝土而言,掺加65%的矿粉有助于提升混凝土抗海洋硫酸根离子侵蚀能力。     

混凝土中氯盐-硫酸盐耦合侵蚀的化学-损伤-传输模型研究进展

服役于氯盐和硫酸盐耦合环境的钢筋混凝土结构,很容易因为氯盐和硫酸盐的侵蚀引起性能退化。本文从氯盐和硫酸盐的侵蚀机理出发,系统地分析了硫酸盐侵蚀造成混凝土损伤前后氯离子和硫酸根离子的扩散-结合过程。基于经典的扩散-反应模型以及化学-损伤-传输理论框架,详细阐述离子活度、环境温湿度、微观结构、钙溶蚀等因素对化学-损伤-传输体系的影响,并从热力学角度介绍了氯离子和硫酸根离子耦合传输的热力学模型。基于上述分析,对目前研究存在的问题进行了展望。     

利用丝束电极技术研究氧浓度对海水海砂砂浆中钢筋锈蚀的影响

为探明氧浓度对海水海砂砂浆中钢筋锈蚀的影响,采用丝束电极技术,研究不同氧浓度(5%、21%、85%,体积分数)和水胶比(0.48、0.18)的海水海砂砂浆中电极表面腐蚀电位分布与电化学阻抗谱的时变规律。结果表明,丝束电极的极化电阻随腐蚀龄期的增加而降低,腐蚀电流密度随腐蚀龄期的增加而增加,且水胶比越大、氧浓度越高,两者的变化幅度越大。根据测试结果可判断,钢筋腐蚀的概率随氧浓度的增加而增大:较低的氧浓度(5%)可大大延缓钢筋由氯离子引发的脱钝行为,从而有效抑制钢筋腐蚀;而在高氧环境下,砂浆中钢筋的锈蚀是一个由局部到全面逐步氧化的非均匀锈蚀过程。减小水胶比可有效提高海水海砂水泥基体系中钢筋的耐腐蚀能力。     

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.