裂缝混凝土中修正的氯离子运移模型研究

通过研究裂缝混凝土中氯离子运移,建立了综合考虑扩散作用、结合作用以及电势场作用的耦合模型,预测带裂缝混凝土结构的寿命。模型从已有试验数据中得到了较好验证。基于南通盐渍土环境,运用Comsol Multiphysics软件分析了裂缝宽度和深度不同的裂缝混凝土中氯离子运移。研究表明:裂缝混凝土中氯离子浓度随侵入深度增加而降低,降低趋缓,随着时间增加而增长,增长趋缓。氯离子从混凝土裂缝运移到混凝土中时,浓度突降。随着裂缝宽度或深度的增大,氯离子含量增加,增加趋缓,宽度差别的影响减小,深度的不同对裂缝中氯离子的运移几乎没有影响,对临界氯离子浓度的侵入影响较大。为保证混凝土结构物100年使用年限,建议严格限制裂缝,保护层厚度采用55mm。     

氯离子在预应力混凝土结构中扩散过程的有限元分析

为指导氯离子侵蚀环境下预应力混凝土结构耐久性设计和寿命预测,基于Fick第二定律的混凝土中氯离子扩散方程与热传导方程的相似性,考虑物理或化学吸附、毛细吸收、预应力等多种机制和因素对氯离子在混凝土内传输的影响,对氯离子扩散系数进行了修正,采用ANSYS中热分析模块对氯离子在预应力混凝土结构中的扩散过程进行数值分析.通过与氯盐侵蚀环境混凝土中氯离子浓度试验值进行对比,证明该方法能有效预测氯盐侵蚀环境混凝土中氯离子浓度分布.采用该方法对现役近海预应力混凝土铁路桥梁氯盐侵蚀情况进行模拟,分析得出服役60年左右该预应力混凝土铁路桥梁达到结构耐久性极限状态.     

荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究现状与发展

处于海洋环境下以及撒除冰盐环境中的钢筋混凝土结构,氯离子侵蚀是其钢筋锈蚀的最主要原因.根据对氯离子侵蚀的认识过程和荷载作用型式分三个层次对混凝土中氯离子侵蚀性研究现状进行了总结:混凝土中氯离子传输机理、静荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究和反复荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究.提出荷载作用下混凝土中氯离子传输机理研究和侵蚀模型具有重要的理论意义和应用价值,是氯盐环境中承受荷载作用的混凝土桥梁结构耐久性研究的重要发展方向.     

高强混凝土中氯离子扩散性能试验研究

采用室内试验,以厦门海底隧道衬砌结构C45高强混凝土为例,对氯离子在高强混凝土中扩散性能进行了综合研究,研究结论可作为混凝土耐久性及同类研究借鉴.结果表明,扩散时间对混凝土内部氯离子浓度有较强的积累效应;环境氯离子浓度高低对氯离子向混凝土内部扩散有促进或减缓作用;较小的拉、压应力对氯离子的扩散性态影响不明显;随着混凝土龄期的增长,自由氯离子占总氯离子含量的比例逐渐增加.     

静水压力下混凝土中氯离子传输特性试验研究

氯离子是造成混凝土中钢筋锈蚀的主要原因,混凝土过早腐蚀耐久性降低,使混凝土结构达不到服役寿命.通过长期渗透性试验,定量地研究氯离子在不同静水压力、不同配合比、不同压力作用时间下的氯离子传输特点.结果表明,在静水压力作用下,氯离子的渗透深度和含量随着静水压力及其作用时间的增加而增加.内掺一定量的粉煤灰可以有效地降低混凝土中氯离子的侵入.     

环境与荷载耦合作用下混凝土结构耐久性劣化规律

结合通明海跨海大桥主梁、主塔等典型结构应力水平,对不同应力水平的典型构件进行环境与荷载耦合试验.研究在环境与荷载耦合作用下混凝土结构耐久性劣化规律,同时分析了荷载对混凝土氯离子扩散性能的影响机理,提出荷载对氯离子扩散系数的影响规律.     

疲劳荷载作用下混凝土中氯离子渗透性能的研究进展

氯离子渗透是导致钢筋混凝土结构耐久性能退化的重要原因之一。荷载作用会对混凝土的孔隙和裂缝产生影响,改变混凝土抗氯离子侵蚀的能力,加速混凝土结构的耐久性退化。目前对静力荷载作用下氯离子在混凝土中的扩散行为开展了一定研究,但对疲劳荷载下混凝土中氯离子的渗透性能研究较少。该文总结了近年来国内外文献报道中关于疲劳荷载作用下氯离子在混凝土中传输行为的研究成果,包括试验方法、扩散行为、扩散机理、影响因素以及扩散模型等,并对现阶段研究工作存在的不足提出了建议。     

弯曲荷载作用下水位变动区域混凝土中氯离子扩散规律试验

为了明确氯离子在水位变动区域混凝土中的扩散特性,研究了干湿交替条件和弯曲荷载共同作用下氯离子在混凝土中的扩散规律。试验过程中考虑3个试验因素:混凝土强度等级、弯曲荷载水平、应力性质。试验结果表明:随着混凝土强度等级的提高,氯离子扩散性能降低;随着荷载水平的提高,受拉区混凝土抗氯离子侵蚀的能力降低,受压区混凝土抗氯离子侵蚀的能力有所提高;受拉区混凝土抗氯离子侵蚀能力明显低于受压区;无论承受受压荷载还是受拉荷载,随着时间的延长,氯离子在混凝土中的扩散系数均逐渐降低。     

冻融损伤对表面防水混凝土渗透性影响研究

对表面防水混凝土和普通混凝土试件进行加速冻融循环试验,在不同循环次数下测定试件的水和氯离子渗透性,旨在研究冻融损伤对表面防水混凝土渗透性影响,为实际工程中表面防水混凝土的结构和耐久性设计提供理论依据。试验结果表明： 表面防水混凝土的水和氯离子渗透量均随着冻融循环次数的增加而增加,但是,对比普通混凝土试件,在相同的冻融循环次数下,表面防水混凝土仍具有较好的抗渗透性能,可以有效降低水和氯离子的侵入量;当冻融循环次数为100次时,水灰比为0.4的普通混凝土试件最大毛细吸水量和氯离子含量分别是表面防水混凝土试件的10.18倍和1.89倍。     

混凝土材料的氯离子迁移细观数值模拟

氯离子是钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀主要原因。现今研究者大多利用Fick第二定律及其数学模型的解析解对暴露于氯离子环境下的混凝土材料和构件进行一维分析。本文研究建立了氯离子在混凝土中扩散的二维有限元数值模型,提出了混凝土多边形骨料生成算法,生成了骨料、砂浆和界面的三相复合数值模型。分析了混凝土材料中氯离子的迁移规律。将计算结果与试验结果进行了比较。结果表明,使用二维有限元数值模型可以较好的预测混凝土中不同时间、位置变化的氯离子集聚和扩散情况。分析了混凝土中骨料体积率对混凝土渗透系数的影响。研究结果表明:骨料体积率和混凝土的氯离子渗透系数基本呈线性关系,体积率越大,渗透系数越小。     

荷载作用下单裂缝锂渣混凝土的氯离子传输试验

目前有关混凝土结构耐久性设计大多是依据完整混凝土的研究,实际的混凝土结构多是带有裂缝的多相复合材料,这在一定程度上高估了混凝土结构的服役寿命。通过化学滴定法测量混凝土中自由氯离子含量,系统研究锂渣的掺量、荷载大小、裂缝宽度对自由氯离子时空分布的影响,并根据Fick第二定律计算氯离子的扩散系数。结果表明： 在硫酸盐与氯盐混合溶液中,自由氯离子含量显著降低,硫酸根离子能够有效减缓氯离子在混凝土中的传输; 掺加20%锂渣能够减小氯离子在混凝土中的传输速率; 混凝土中的氯离子传输速率随着荷载和裂缝宽度的增加而增加。     

复掺矿物掺合料海工混凝土氯离子抗渗性机理分析及寿命预测

结合象山港跨海大桥工程实例,采用快速氯离子电迁移法(RCM)法测试了不同水胶比情况下,复掺粉煤灰和矿粉海工混凝土的氯离子扩散系数;用差热分析法(DTA)和扫描电镜(SEM)分析了复掺粉煤灰和矿粉对海工混凝土氯离子抗渗性的影响机理;并运用Fick第二定律对海工混凝土结构抗氯离子侵蚀耐久寿命进行预测。试验结果显示,降低水胶比及复掺粉煤灰和矿粉能有效提高混凝土的氯离子抗渗性,使混凝土的设计寿命得到延长。     

海洋环境下混凝土桩基耐久性影响因素研究

通过比较环境和材料等因素的影响,研究海洋环境中桩基混凝土的耐久性变化规律,结果表明,各因素对桩基耐久寿命的影响显著性不同,且它们之间具有耦合效应。基于氯离子的扩散方程,文中提出环境和材料耦合效应下的氯离子扩散模型,通过工程实测数据,验证模型的合理性。基于该耦合模型,预测了科特迪瓦阿比让四桥的使用寿命,与设计相符合。     

杭州湾跨海大桥70 m箱梁结构寿命随机分析

基于70 m整孔预制箱梁的结构、材料及海域环境特点,结合现场箱梁结构保护层厚度、氯离子初始浓度以及氟离子扩散系数等的实际检验检测结果,对混凝土保护层厚度、氯离子初始浓度、氯离子扩散系数、氯离子临界浓度以及结构表面氯离子浓度等各类耐久性影响因素的不确定性进行概率统计分析,确定其统计分布特征.通过MonteCarlo随机模拟,得出了70 m箱梁结构使用寿命的近似概率密度分布,通过假设检验,确定其服从对数正态分布,并给出在不同保证率情况下箱梁结构设计使用寿命的取值.     

氯蚀环境下钢混沉管隧道结构时变性态研究

作为重大公共交通基础设施,跨海沉管隧道需具备良好的耐久性能,但在海洋氯蚀环境下隧道结构寿命预测及结构服役时变演化特性方面的研究尚存不足。为此,根据氯离子在混凝土中的扩散规律及钢筋混凝土的氯蚀机理,推导了基于正常使用极限状态的沉管隧道钢筋混凝土衬砌在氯蚀环境下的寿命预测计算模型,并根据相关规范细化了该预测模型的主要参数。在此基础上进一步推导建立了隧道结构钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减的时变模型,用于计算不同服役时长下隧道结构钢筋和混凝土的材料参数并作为有限元模型的输入参数。最后,将隧道寿命预测模型及结构时变模型应用于大连某钢混沉管隧道工程,预测该隧道的服役寿命,并分析隧道衬砌材料及结构力学性态随服役时长的时变特性。研究结果表明：①隧道钢筋锈蚀率和混凝土弹性模量衰减率随腐蚀时长均呈现三折线加速上升;②随着服役(氯蚀劣化)时长增加,沉管隧道拱顶跨中位置的内力(弯矩、轴力)逐渐减小,而沉降变形逐步增加;③沉管结构塑性区先出现在结构受拉部位,且在混凝土表面锈蚀胀裂前塑性区基本未发生扩大,而在混凝土表面被钢筋锈蚀胀裂后开始逐步扩大,并在结构受压部位出现塑性区;④在沉管结构受压部位出现塑性区前结构受压部位的最大Mises应力随服役时长不断增加,而在结构受压部位出现塑性区后结构的最大Mises应力加速下降。     

高性能混凝土耐久性技术指标在郑州黄河公铁两用桥中的应用

针对郑州黄河公铁两用桥环境作用等级及设计使用年限,对公铁两用桥高性能混凝土材料提出了混凝土中总碱含量和氯离子含量、含气量、早期抗裂性能、抗碳化性能、抗氯离子渗透性能等一系列的耐久性技术指标,并进行了混凝土耐久性试验,试验结果表明,郑州黄河公铁预应力箱梁混凝土具有较好的耐久性能,从而为提高郑州黄河公铁两用桥混凝土结构的耐...     

厦门同安湾大桥桩基防腐措施与施工

桩基的腐蚀是桥梁工程建设中的一个重要问题。本文通过分析桩基工程中钢筋混凝土的腐蚀机理,阐述了厦门同安湾大桥桩基采取的相应防腐措施及施工情况。增加混凝土保护层的厚度和采用高性能混凝土是本桥桩基钢筋混凝土的基本防腐措施,同时还采取了保留施工钢护筒的附加防腐措施。通过施工控制和试验表明,混凝土的抗氯离子渗透性及扩散系数均满足设计要求,施工钢护筒和保护层施工均较理想,为确保桥梁的使用寿命打下坚实的基础。     

氯盐一维及二维腐蚀环境下RC结构锈胀开裂风险分析

基于Fick第二定律,在氯盐一维侵蚀模型的基础上,发展了氯盐二维侵蚀模型。考虑参数的随机性,采用Monte-Carlo方法,对比分析了两种侵蚀模型下RC结构锈胀开裂风险。研究表明：在高氯盐侵蚀环境下（如滨海,码头等）环境下,这一影响因素更为显著,因此在混凝土结构耐久性分析中应当考虑氯盐多维侵蚀的影响。界限裂缝宽度对二维及一维扩散环境下的失效概率基本相同;保护层厚度对一维扩散环境下的结构服役性能影响明显高于二维扩散环境;腐蚀电流对氯盐一维及二维扩散环境下的钢筋锈蚀影响基本相同。     

海洋环境下混凝土中氯离子传输规律

为了解决海洋环境下混凝土结构过早腐蚀,达不到服役寿命的问题,通过对海洋环境下不同腐蚀区域、不同暴露时间的混凝土结构进行氯离子质量分数检测,研究了海洋环境下混凝土在不同区域、不同侵蚀时间的氯离子传输规律。结果表明:海洋环境下当侵蚀时间一定时,混凝土的氯离子质量分数由高到低依次为水下区、潮汐区、大气区,但潮汐区的混凝土外观损伤比水下区严重;当腐蚀区域相同时,混凝土中的氯离子质量分数随腐蚀时间的增加而增大,并随深度的增加而减小,最后趋于稳定;在腐蚀时间和腐蚀区域都相同的条件下,混凝土的抗氯离子侵蚀能力随水灰比的增大而减小。