CO2排放、气候变化及其对混凝土结构开始腐蚀时间和时变可靠度评估的影响

基于改进的碳化深度预测模型,结合IPCC预测数据,研究了气候变化(CO2浓度)的规律及其对混凝土结构的碳化损伤影响.由于概率预测模型能够考虑环境、结构尺寸、保护层厚度和劣化机制的不确定性和变异性,提出了时变可靠度模型来计算混凝土结构在多种CO2排放策略作用下将来100年内的开始腐蚀概率.研究表明:在最高CO2排放策略下的开始腐蚀概率比其在最好CO2排放策略下高4.6倍;大多数混凝土结构在服役期存在碳化腐蚀损伤现象,将来需要大量的维修和维护工作;如果最高CO2排放策略在将来发生,混凝土保护层设计厚度需要提高3-15 mm以降低混凝土结构的开始腐蚀概率和减少腐蚀损伤.     

预应力混凝土结构碳化腐蚀参数敏感性分析

基于碳化深度预测模型,使用已有的参数敏感性分析方法,研究了碳化腐蚀参数对混凝土结构时变性能评估的重要性.由于概率预测模型能够考虑CO2排放、环境、结构尺寸、腐蚀电流密度、预应力筋布置、保护层厚度和劣化机制的不确定性和变异性,发展了可靠度计算模型来定量地计算碳化腐蚀参数对结构时变性能的影响.研究表明:对于预应力混凝土结构,活载模型、混凝土保护层厚度、混凝土抗压强度和荷载横向分布系数是最重要的影响参数.     

基于全寿命周期的混凝土梁式桥设计探讨

针对桥梁结构典型的碳化腐蚀病症,提出了一种基于桥梁典型失效模式下的结构全寿命周期控制方法,从桥梁腐蚀失效角度对碳化病症全周期的失效概率进行分析,并给出了桥墩全寿命周期的成本控制策略。研究结果表明:钢筋开始锈蚀概率随保护层厚度的增加而降低,随水灰比的下降而下降,当保护层厚度大于45mm,满足全寿命周期内桥墩钢筋设计使用需求;保护层厚度越大,钢筋开裂允许概率越大。随裂缝宽度的减小,保护层严重开裂概率明显上升;在忽略桥梁大型维修和更换成本和社会成本条件下,贴现率0%～1%时,通过在桥墩内钢筋位置涂装环氧树脂能有效降低桥梁全寿命设计成本;贴现率2%～7%时,通过在混凝土表面采用阻隔剂涂层施工工艺能有效降低成本。     

RC桥梁碳化腐蚀下的开裂风险、耐久性和全寿命成本分析

基于改进的碳化深度预测模型,利用最新的CO<,2>浓度数据,发展了时变可靠度模型计算混凝土结构在碳化腐蚀下的开裂概率.建立概率模型可以考虑CO<,2>浓度、扩散过程、劣化机理、钢筋的位置、保护层深度、腐蚀电流的随机性和不确定性.计算了不同耐久性设计状态下和不同的锈胀开裂宽度准则下在碳化腐蚀作用下的开裂风险.建立了全寿命...     

考虑CO2排放的公路桥梁结构时变可靠度

基于改进的混凝土碳化深度预测模型,结合世界气象组织(IPCC)对CO2浓度和气候变暖的预测数据,综合考虑钢筋截面面积、屈服强度和粘结强度的降低,建立不同CO2排放策略下未来90 a公路桥梁抗弯强度退化时变模型,详细研究了CO2浓度和气候变暖对钢筋混凝土桥梁结构抗弯承载能力可靠度的影响.针对广州地区一座钢筋混凝土桥梁展开分析,计算结果表明:A1F1和A1B排放策略下混凝土桥梁的承载能力均值下降速度快于CO2浓度不变的情形;服役至2100年,A1F1和A1B排放策略下桥梁体系可靠度指标分别比CO2浓度不变情形低0.5和0.42,首次加固维修时间分别比CO2浓度不变情形早13a和10a.     

松花江大桥耐久性检测与碳化寿命预测

松花江大桥主桥采用大跨度预应力混凝土连续箱梁结构。对该桥的外观质量、混凝土强度、混凝土碳化深度及混凝土保护层厚度进行耐久性检测,并将检测结果进行分析,分析结果表明:该桥主要构件的混凝土强度实测值均满足原设计要求;桥墩混凝土的碳化深度测试值离散性较大,混凝土密实性存在一定差异;混凝土保护层厚度控制良好,主要构件的保护层厚度基本满足现行规范要求,且具有良好的统计规律。利用概率方法及可靠度理论对松花江大桥进行碳化耐久性分析和使用寿命预测,结合桥梁结构形式得到该桥的碳化寿命为107年。     

氯盐环境下非承载力因素对受弯构件可靠性的影响

在正常使用条件下，钢筋混凝土受弯构件抗力的衰减，主要是由于钢筋腐蚀造成的，在考虑抗力随时间变化的情况下，结构在设计基准期内的可靠性下降。在氯盐环境下导致钢筋腐蚀的主要原因是氯离子侵蚀，本文通过试验确定了水灰比与氯离子扩散系数之间的统计关系，在此基础上以浪溅区的钢筋混凝土受弯构件为例，分析了混凝土保护层厚度、水灰比、设计基准期等与耐久性有关的非承载力因素对设计基准期内结构可靠性的影响。     

大气环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析

为实现大气环境混凝土碳化作用时混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析的目标,给出耐久性退化过程中3个关键时刻的计算数学模型和截面退化的模拟方法.以一座预应力混凝土连续梁为对象,利用材料退化数学模型和混凝土桥梁耐久性分析程序,研究保护层厚度、CO2浓度、大气温度、大气湿度和混凝土强度等主要设计参数对混凝土桥梁耐久性能的影响程度.分析结果表明:在整个退化过程中,保护层厚度对整个过程都有显著影响,CO2浓度和混凝土强度分别对钢筋开始锈蚀时刻和钢筋锈蚀速率有显著影响,大气温度和大气湿度对整个过程均无较大影响.增大保护层厚度和采用高强度混凝土可明显改善大气环境下混凝土桥梁的耐久性能.     

混凝土梁桥剩余使用寿命研究

为揭示混凝土梁桥剩余使用寿命的演化规律,在分析混凝土碳化及钢筋腐蚀过程的基础上,研究钢筋腐蚀对梁桥承载能力的影响,考虑钢筋和混凝土协同工作能力的降低,以混凝土梁桥达到承载能力极限作为剩余使用寿命的终结标准,提出了梁桥剩余使用寿命的预测模型。借助随机过程方法,得到混凝土梁桥中钢筋开始腐蚀、锈胀开裂以及达到承载能力极限时的钢筋腐蚀深度与剩余使用寿命之间的关系,并针对不同的使用环境分别建立了剩余使用寿命的表达式。结果表明,混凝土梁桥在使用10.07~10.97年后钢筋开始腐蚀;当钢筋腐蚀深度为0.047mm时,混凝土开裂,导致钢筋腐蚀速度加快;当钢筋腐蚀深度为1.591~1.595mm时,混凝土梁桥达到承载能力极限。     

海洋环境中氯离子侵蚀与混凝土碳化诱发钢筋锈蚀失效概率的对比分析

提出了混凝土抗氯离子侵蚀和混凝土碳化概率模型。从混凝土结构部位、混凝土桥梁距海岸线距离、混凝土质量等角度对处于海洋环境中的混凝土桥梁因氯离子侵蚀和混凝土碳化而诱发钢筋腐蚀的概率进行对比分析,结果表明在海洋环境中混凝土桥梁各部位由于氯离子侵蚀而导致的失效概率远大于混凝土碳化导致耐久性失效概率。距海岸线距离、混凝土质量也是重要的影响因素。随着距海岸线距离的增加以及混凝土质量降低,氯离子诱发耐久性失效概率与碳化失效概率比值明显减小,混凝土碳化诱发钢筋锈蚀的权重增加。     

滨海大桥混凝土结构耐久性检测与评估

针对日照沿海1994年建成的付疃河旧桥和小海河旧桥的服役环境条件进行分析,测试了桥梁混凝土结构的强度、保护层厚度、碳化深度和游离氯离子浓度。研究结果表明:桥梁混凝土保护层厚度不足是导致其耐久性损伤的一个重要原因。对于潮差区和浪溅区桥梁混凝土,氯离子渗透导致钢筋锈蚀是其破坏的主要原因。对于大气区桥梁混凝土,碳化是导致混凝土破坏的主要原因。     

氯盐渗透下钢拱架锈蚀与喷射混凝土间锈胀力研究

为研究海底隧道初期支护中工字钢在氯离子渗透下严重锈蚀时对结构耐久性的影响，采用室内试验研究工字钢在不同混凝土保护层厚度下锈胀力与锈蚀率的关系以及锈胀的发展过程，再通过数值模拟研究锈胀力作用下的混凝土裂缝、混凝土应力、应变分布规律及胀裂应力变化情况。研究结果表明： 1）相同保护层厚度下，锈胀力随着锈蚀率的增加而增大；锈蚀率相同时，锈胀力随着保护层厚度的增加而增大； 2）工字钢混凝土构件锈胀开裂，裂缝集中于翼缘中部和2个角点区域，翼缘中部的裂缝由外向内发展，2角点区域的裂缝由内向外发展； 3）数值计算得出的混凝土胀裂应力大于试验得到的混凝土胀裂应力。     

公路隧道低水胶比衬砌混凝土碳化耐久性预测与分析

在对某隧道衬砌混凝土进行微细观结构参数和自然碳化深度测定的基础上,提出了考虑隧道内部高浓度二氧化碳影响的衬砌混凝土自然碳化速度数值预测方法。采用所提出的基于微细观结构参数的自然碳化模型对所研究的公路隧道衬砌混凝土自然碳化进程进行了预测分析,并将衬砌混凝土服役1年自然碳化深度数值计算结果 0.4 mm和预制现场取样的管片混凝土自然碳化试验结果 1 mm进行对比分析。结果表明,两者还是相对比较符合的,因此可以判定所提出低水胶比混凝土自然碳化速度预测模型可以用于对同类型公路隧道衬砌混凝土自然碳化性能进行预测分析。预测分析结果表明,在考虑服役隧道高浓度二氧化碳影响的条件下,该低水胶比公路隧道衬砌混凝土的自然碳化速度相对较慢,其10年自然碳化深度仅为1.5 mm,15年自然碳化深度进展不明显,而其在服役100年时的自然碳化深度小于15 mm。因此,该自然碳化速度数值预测方法可以为预测评估高浓度二氧化碳条件下隧道低水胶比衬砌混凝土的抗碳化性能提供了技术支持。     

碳化作用下在役混凝土桥梁时变可靠度评估

该文总结了基于碳化的钢筋混凝土退化模型,建立了一般大气环境下考虑碳化平均锈蚀的弯曲抗力退化模型,用Monte Carlo方法编制了退化钢筋混凝土构件及系统的时变可靠度计算程序。以一座公路简支板桥为算例,结果表明:在一般大气环境下考虑碳化引起的平均锈蚀,桥梁承载能力时变可靠度在45 a左右即下降到设计目标可靠度,从而需要补强,无法达到设计使用期;同时建议将混凝土保护层开裂时间作为桥梁检查或维修参考点。     

路面超薄层罩面的水泥混凝土配合比优化设计

根据水泥混凝土公路施工实际,通过路面超薄层快速修补技术,进行了水泥混凝土配合比设计的优化研究。结果表明,水灰比试验显示,要保证混凝土强度值,混凝土应采用较小的水灰比,但水灰比不能过小,混凝土在只用当中会存在开裂的风险,这和水泥还有石灰的比例是分不开的。从我们进行过的收缩性的试验来表明,当水泥和石灰的比例增大的时候,混凝土在使用时第一次开裂的时间会被延长。在外加剂的作用下,新拌混凝土各项性能指标得到提升,使每小时的控制坍落度降低至20 mm以下,满足了施工方面所需。水胶比越大,混凝土开裂时间越长。初裂到贯通在水胶比0.36时需要23 min,0.38时需要34 min,通常存在一个最优水胶比区域,在该区域内混凝土的贯通时间和塑性的开裂时间能够进行延长,并且延长的情况是最明显的,这个时候混凝土自身的抵抗开裂能力的情况比较好。在这篇文章当中我们主要是进行几个方面的试验还有证明,得出结论当粉煤灰掺量达到10.5%,且比例为0.38的水胶比时为最优配比,也就是B-2组配比为最优配比。     

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。     

雷达法在超厚型混凝土保护层无损检测中的应用

针对深中通道工程超厚型混凝土保护层厚度无损检测,进行了雷达法和电磁感应法混凝土保护层测试比对、相对介电常数对雷达法结果影响测试等,并进行了实体结构雷达法与钻芯法测试验证。结果表明,与电磁法相比,雷达法在65～105mm超厚型钢筋保护层厚度检测时,测试结果不受保护层厚度和钢筋间距的影响,测试结果准确、可靠;雷达法测试结果受相对介电常数影响显著,施工中正常的材料波动对相对介数常数影响较小,混凝土相对介电常数在21d龄期后趋于稳定,可采用定值介电常数在超过21d龄期后进行测试;沉管混凝土钢筋保护层厚度实体测试中,雷达法与钻芯法测试厚度的偏差在±1mm以内,雷达法在65～105mm超厚型钢筋保护层厚度测试中具有较高的检测精度和可靠性。     

基于随机性的沿海桥梁结构耐久性寿命预测

混凝土结构的腐蚀包括多种极限状态,代表了不同的耐久性寿命模型。文章通过对氯离子扩散过程的概率推导,分析了混凝土结构可靠性随服役时间的关系,建立了结构耐久性寿命预测模型,为在役桥梁的耐久性预测以及适时维修提供依据。     

基于随机性的混凝土碳化寿命预测

基于影响混凝土碳化深度的各类因素,提出了混凝土桥梁的碳化时变随机模型。现以混凝土碳化深度达到钢筋表面这一状态作为结构的耐久性失效的极限状态,建立混凝土桥梁碳化程度时变可靠度分析及剩余寿命预测模型,并现以福建一座服役中混凝土桥梁为例,进行碳化可靠度分析和剩余寿命评估。该方法得到的结论对实际桥梁的耐久性评价和桥梁日常维护决策提供了依据。     

桥梁高性能混凝土的耐久性研究及寿命预测

通过快速碳化试验研究了桥梁高性能混凝土在加载—碳化双重破坏因素作用下的耐久性，并建立了寿命预测模型；通过干湿循环—硫酸盐腐蚀研究了混凝土抗干湿循环—硫酸盐腐蚀的能力，并建立了桥梁混凝土基于硫酸盐的寿命预测模型。结合桥梁所处实际运行环境，对桥梁各主体部位混凝土进行了寿命评估，结果表明，桥梁各部位在多因素作用下，运行寿命均超过100年，完全满足工程需要。