氯盐环境条件下混凝土氯离子侵蚀模型及其研究进展

通过对钢筋混凝土氯离子腐蚀机理的分析,综合讨论氯盐环境条件下影响混凝土氯离子侵蚀的各种机理。总结国内外对混凝土氯离子侵蚀模型的最新研究进展,并分析评价了考虑多种机理氯离子侵蚀模型的特点和适用条件,为氯盐环境条件下混凝土的耐久性评估提供参考。     

温度对混凝土氯离子扩散性能的影响

混凝土中氯离子侵蚀过程与外部环境条件、混凝土自身性能等因素密切相关。通过开展2~40℃5个不同环境温度和28、56及90 d 3个养护龄期的室内盐水浸泡试验,研究环境温度和养护龄期对普通混凝土和高性能混凝土氯离子侵蚀规律的影响。结果表明:环境温度影响混凝土中氯离子的扩散速度,随着环境温度的升高,混凝土中氯离子扩散系数增大,并且环境温度对氯离子扩散速度的影响程度及混凝土活化能Ea与混凝土性能、养护龄期相关;在对南北不同地区混凝土耐久性设计和施工时,应充分考虑混凝土材料的差异性及养护时间对活化能Ea取值的影响。     

基于氯离子分布的氯离子渗透参数计算的新方法

根据混凝土中氯离子的分布对氯离子侵入性能进行评价时,混凝土粉末样品的采集,氯离子含量的测试和表达方式,均可对评价结果产生影响。在干湿循环条件下,以理论上的表面氯离子浓度为主要评价参数对氯离子的渗透性能进行评价的方法不尽合理。通过对暴露26年后的青岛北海船厂码头中大量的混凝土芯样中氯离子分布的分析和计算,结合其它文献中氯离子分布的数据,提出了以扩散区与对流区界面为扩散表面,以界面处的氯离子浓度为扩散表面浓度,评价氯离子侵入性能和进行寿命预测的方法。     

橡胶集料钢筋混凝土抗高温氯离子侵蚀试验研究

为探讨橡胶集料混凝土在近海高温高盐环境下的耐久性,文章使用制作的不同橡胶掺量的混凝土试件,采用通电加速腐蚀试验方法,对常温(20℃±5℃)和高温(60℃)环境条件下的橡胶集料混凝土抗氯离子侵蚀能力进行研究。试验首先测试了橡胶掺量对有筋和无筋混凝土强度的影响;然后测量了不同通电时间下混凝土中钢筋的电位值,以表征混凝土抗氯离子侵蚀能力。试验结果表明:橡胶集料掺入的比例越高,混凝土的抗压强度越低;同时橡胶集料混凝土的抗裂性能越好,混凝土的抗氯离子侵蚀能力越强;高温环境下橡胶集料混凝土更容易受氯离子侵蚀破坏。     

基于混凝土三维球形随机骨料模型的氯离子扩散细观数值模拟

当前对于海洋环境下混凝土结构中氯离子的扩散问题的数值模拟研究大多停留在宏观层面,没有考虑混凝土细观结构的影响。针对这一问题,建立了混凝土三维球形随机骨料细观模型,并基于该模型提出了混凝土中氯离子扩散细观数值模拟方法。混凝土三维球形随机骨料模型以随机过程理论为依据,考虑了骨料粒径大小和位置分布的随机性,更接近实际情况;基于该模型的氯离子扩散细观数值模拟方法能够从细观层面反应混凝土中氯离子扩散规律,可以作为混凝土中氯离子扩散研究的重要手段。在此基础上研究了混凝土细观结构对氯离子扩散的影响,结果表明:界面过渡区厚度和扩散系数越大时,经扩散进入混凝土中的总体氯离子含量越多,但混凝土浅层区域内的氯离子含量越少;随着粗骨料体积分数的增加,混凝土中相同深度处的氯离子浓度降低。     

硅烷防护对混凝土抗氯离子渗透性的影响

通过室内快速试验和实海暴露试验,研究硅烷防护对混凝土氯离子渗透性的影响。研究表明:硅烷浸渍层能够有效降低氯离子对混凝土的侵蚀,减小混凝土氯离子扩散系数和表面氯离子浓度,其中氯离子扩散系数降低幅度在50%以上,可显著提高混凝土结构使用寿命;且硅烷浸渍层能够减小处于干湿交替区域混凝土结构"对流层"的深度。     

混凝土抗氯离子渗透性测试方法适用性分析

氯离子作为影响混凝土耐久性的主要因素,引起了国内外广大土木工程界学者的关注,特别是沿海岸线的水运工程尤为突出。目前测试混凝土中氯离子渗透性的方法较多,但对其测定的参数与评价结果存在着较大的差异。结合各种氯离子渗透性试验方法与特点,在分析比较其优缺点的同时,提出相应的适用范围和条件,以保证测试结果的科学性和可靠性,真实地反映氯离子渗透对建筑物的影响程度,供同行们参考。     

35%荷载、冻融循环对混凝土氯离子扩散系数的影响

采用盐湖卤水分别进行长期浸泡、冻融循环、浸泡-35％荷载腐蚀试验,定期检测了混凝土不同深度的自由氯离子含量,应用二维氯离子扩散定律和Fick第二定律计算了混凝土氯离子扩散系数和混凝土的寿命寿命,分析了水灰比和试验环境对表面氯离子扩散系数的影响。结果表明,氯离子扩散系数随着水灰比的增大而增大,与长期浸泡相比,冻融循环和施加35％荷载都加速了混凝土表面氯离子扩散系数,冻融循环的效果更明显,在盐湖环境下采用高强混凝土是提高混凝土耐久性的有效方法。     

氯盐与冻融共同作用下引气高性能混凝土氯离子渗透性

通过引气高性能混凝土在3%NaCl溶液中自然浸泡及盐水快速冻融试验,测试了不同冻融次数后混凝土中氯离子含量分布和相对动弹性模量的变化;利用损伤力学原理,研究了冻融损伤与氯离子扩散系数、冻融循环次数的关系。研究表明：冻融循环导致混凝土性能劣化,增大了混凝土氯离子扩散系数,当冻融300次时混凝土的冻融损伤度为5%,氯离子扩散系数增大了1倍;混凝土冻融损伤度与氯离子扩散系数、冻融循环次数之间均符合指数关系。     

考虑荷载作用效应的混凝土中氯离子扩散细观数值模拟

混凝土结构在海洋环境中不只遭受氯离子的侵蚀,并且还承受荷载作用。文章将混凝土看作由固化水泥砂浆、界面过渡区与碎石粗骨料构成的三相复合材料,认为氯离子传输扩散行为只发生在固化水泥砂浆和界面过渡区中;基于荷载作用使混凝土孔隙率发生变化、孔隙率变化导致氯离子扩散系数变化的假设,提出了考虑荷载作用效应的混凝土中氯离子扩散系数模型,并用物理试验实测值对细观数值模型进行了验证。通过对受荷简支梁氯离子扩散细观数值模拟,分析了荷载水平对氯离子扩散规律的影响,为研究荷载作用下混凝土内氯离子扩散特性提供了一种有效手段。     

透水模板布对海工高性能混凝土抗氯离子渗透性的影响

通过室内试验和暴露试验,研究了透水模板布对海工高性能混凝土抗氯离子渗透性的长期影响。结果表明：透水模板布可有效提高表层混凝土的抗氯离子渗透性,降低混凝土氯离子扩散系数,26个月暴露龄期时氯离子扩散系数降低了30％～60％,可显著提高混凝土结构的使用寿命。     

Chloride diffusion models for Type I and fly ash cement concrete exposed to field and laboratory conditions

The exposure temperature significantly affects the diffusion of chloride ions in concrete, and, as such, it must be taken into consideration in the development of service-life prediction models for structures exposed to chloride-bearing environments. Most of the earlier studies have used cement paste to assess the effect of exposure temperature on chloride diffusion. In the reported study, chloride diffusion in Type I and fly ash (20% fly ash) cement concrete was evaluated under field and laboratory conditions. The laboratory concrete specimens were exposed to chloride solution maintained at four temperatures (22, 35, 50 and 60 °C) for 365 days. Beam specimens were exposed in the tidal zone of a marine exposure site, along the Arabian Gulf coast, for up to 10 years to study the chloride diffusion in the field specimens. The coefficient of chloride diffusion (D_a) in the concrete specimens exposed to 22 or 35 ᵒC in the laboratory was less than that in the concrete specimens exposed to 50 and 60 ᵒC. The D_a for Type I cement concrete specimens increased by 3.6 times as the temperature was increased from 22 to 60 ᵒC while this increase was 2.3 times for the fly ash cement concrete specimens for a similar increase in the temperature. The D_a decreased with the period of exposure in the field specimens. The values of activation energy that can be used for predicting the chloride diffusion for exposure temperature within the range of 22–60 °C were developed based on the laboratory data. In addition, mathematical models were developed relating the coefficient of chloride diffusion in the field and laboratory concrete specimens. The developed models can be utilized to ascertain chloride diffusion in field specimens, utilizing the laboratory values, and hence calculate the useful service-life of structures.     

Influence of the slice position on chloride migration tests for concrete in marine conditions

Chloride migration tests are used to measure the concrete capacity to inhibit chloride attack. Many researchers carry out this test in a slice of concrete extracted from the central part of cylindrical specimens, discarding about 75% of the concrete used to mold the specimens. This fact generated the question: would it be possible to extract more slices from a same specimen without losing the confidence in the results? The main purpose of this work is to answer this question. Moreover, another aim of this study was to show the difference of chloride penetration between finished faces and the formwork surfaces of concrete beams and slabs. The results indicated that it is possible to use more slices of a single specimen for a chloride migration test. Moreover, it was demonstrated that there is a significant difference of chloride penetration between the finished surface and the formwork surface of the specimens.     

海洋环境中混凝土涂层防腐蚀效果分析

通过时近20年来应用于海港码头和跨海大桥混凝土采用涂层防腐蚀工程实例，按照工程应用的相同涂层配套．制作混凝土涂层试件于华南海港码头工程材料暴露试验站浪溅区进行长期暴露试验，以验证各种涂层配套在海洋环境中的防腐蚀性能。暴露试验结果表明：在海洋环境中的混凝土涂层能够有效抵抗氯离子、二氧化碳等有害介质对混凝土的侵入作用，混凝土涂层能够有效延长海工混凝土结构的使用寿命。     

混凝土成熟度和氯离子扩散系数的相关性及在某工程中的应用

采用化学结合水法、氯离子快速测定法（RCM法）和混凝土成熟度测定法研究了56 d龄期内混凝土氯离子扩散系数和混凝土成熟度的关系。结果表明：混凝土氯离子扩散系数不仅随养护龄期的延长而降低,还随养护温度的升高而降低,延长养护龄期或提高养护温度均可提高胶凝材料的水化程度;室内养护混凝土试件的氯离子扩散系数与混凝土成熟度值之间呈幂函数关系,二者具有很好的相关性（R2=0.976）,利用室外养护混凝土试件的数据进行验证计算,其理论计算值与实测值具有较好的吻合性,可根据混凝土成熟度实测值预测出混凝土的氯离子扩散系数;在本工程中,沉管隧道接触海水时混凝土成熟度的推荐值为21064℃·h,控制边界值为13926℃·h,考虑外部养护温度和水化热对混凝土成熟度产生影响时,可对混凝土接触海水的龄期通过后计算进行适当的调整。     

现场测试混凝土抗氯离子渗透性方法的应用研究

为快速、准确地测定混凝土中氯离子的含量,以实现对混凝土耐久性的有效评价和钢筋腐蚀的适时防护与有效修复,研究现场测试氯离子渗透性的方法是非常必要的。结合客运专线工程施工情况,分别按矿物掺合料不同掺量以及不同的强度等级进行配合比设计试验,采用PERMIT离子迁移仪对混凝土试件进行氯离子扩散系数的测定,并采用电通量法进行验证。结果表明：随着电通量的增加,氯离子扩散系数呈现增加的趋势,二者存在很好的线性关系;双掺粉煤灰＋矿粉的混凝土抗氯离子侵入性优于单掺粉煤灰的混凝土;PERMIT离子渗透试验方法测得的试验结果准确可靠,具有很强的实用性。可以为混凝土耐久性的判定提供依据。     

暴露24年后码头钢筋混凝土梁的碳化和氯离子分布

为了研究海洋环境下,混凝土抗氧离子涉透作用,对日照港煤码头钢筋混凝土梁不同部位钻取了一批直径100mm的混凝土芯样。在实验室测量了芯样的碳化深度和氯离子分布,分析了材料因素和环境因素对碳化和氯离子分布的影响。试验结果表明,在极度潮湿环境下混凝土碳化进展缓慢,且碳化区域以未完全碳化区为主导。所取芯样测试范围内的氯离子含量绝大多数均超过了氯离子限值,且其含量较高。局部气候环境对氯离子的分布有很大影响,尤其体现在对流区的深度变化上。     

矿物掺合料对混凝土性能影响的研究

研究了不同种类的矿物掺合料对混凝土的力学性能和抗氯离子渗透性能的影响。试验结果表明,对单掺矿物掺合料的高性能混凝土而言,在水胶比和坍落度相同的情况下,掺硅灰的混凝土的抗压强度最高,其次是掺粉煤灰的混凝土,掺矿渣的混凝土强度最低。矿物掺合料的掺入能改善混凝土抗氯离子渗透的能力,其中以硅灰为最好,其次是矿渣,粉煤灰稍差。     

氯离子在混凝土中渗透行为的研究

文章在干湿循环和全浸泡两种条件下，研究了氯离子在混凝土中的渗透性能，并考虑扩散系数随时间变化的因素．为准确地预测实际工况混凝土结构的使用寿命提供参考。