硅烷表面处理水泥基材料的抗氯离子侵入性能初步研究

通过实验与模型计算研究了硅烷表面处理对于水泥基材料的防护效果。文中采用NEL试验方法研究了硅烷浸渍前后净浆、砂浆中氯离子扩散系数的变化情况。通过双层扩散模型,对硅烷表面防护抗氯离子侵入的性能进行了计算分析。结果表明,硅烷表面处理可显著降低改性层的氯离子扩散系数,改性层的氯离子扩散系数降低程度与其厚度对防护效果有重要影响。     

华南滨海环境下硅烷浸渍混凝土长期防腐性能研究*

结构易发生由氯盐侵蚀引发的钢筋腐蚀、保护层开裂等耐久性问题，硅烷浸渍技术通过在混凝土表面形成疏水结构能够有效降低氯离子在混凝土中扩散深度，从而延长结构物服役寿命。但是，现有研究大部分是基于室内加速试验或短期野外暴露试验，对于华南滨海实况环境下硅烷浸渍混凝土长期防腐性能缺乏报道。采用吸水率测试、腐蚀电化学等方法系统研究华南滨海某硅烷浸渍混凝土结构工程服役12 a的防腐性能。结果显示：硅烷浸渍混凝土在服役期内外观致密、完整，表面疏水能力随服役龄期延长而略有下降；硅烷浸渍疏水层能够降低混凝土中氯离子侵蚀速度而使钢筋长期保持强钝化状态，可延长混凝土结构耐久性服役寿命。     

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。     

掺合料对胶凝材料水化热及混凝土氯离子扩散系数的影响

分别利用水化热测定仪和自然浸泡法研究了掺合料对胶凝材料水化热及对混凝土内氯离子扩散系数的影响,结果表明:单掺粉煤灰或矿渣时,胶凝材料的放热总量和最大放热速率随掺合料掺量的增加而降低,粉煤灰混凝土内的氯离子扩散系数随粉煤灰掺量的增加先减小后增大,当掺量为30%时氯离子扩散系数最小,矿渣混凝土的扩散系数随矿渣掺量的增加而降低;复掺粉煤灰和矿渣时,复合胶凝材料的放热总量及最大放热速率均低于单掺粉煤灰或矿渣时的胶凝材料,且放热总量随着复合胶凝材料掺量的增加而降低,复合掺合料混凝土内的氯离子扩散系数随掺量的增加而降低,且均低于同比例单掺粉煤灰或矿渣时混凝土内的氯离子扩散系数.     

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。     

基于海洋暴露试验的氯离子扩散系数时空模型研究

在我国腐蚀条件最为恶劣的海南八所港,对3种配合比的混凝土试件进行实海暴露试验,通过测定浪溅区条件下氯离子在混凝土中侵入量,研究氯离子有效扩散系数随时间和深度的演变,为准确预测混凝土结构的使用寿命提供参考。     

恒定荷载对海工高性能混凝土抗氯离子渗透性能的影响

通常混凝土构件均处于受力状态,而对自由状态的混凝土试件开展耐久性研究很难真实地反映出混凝土构件的耐久性状况。本研究采用施加恒定压荷载和弯曲荷载的方式,研究荷载对混凝土抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:混凝土试件纯受弯段的氯离子浓度随弯曲应力水平的提高而增大,且混凝土内的氯离子渗透深度随应力水平的增加而增大。试件距暴露面相同深度处的氯离子浓度随着压应力水平的提高先减少后增大。混凝土试件的氯离子扩散系数随压应力水平提高而先减少后增大,压应力水平较低时可提高混凝土的抗氯离子渗透性能。对于典型的海洋工程高性能混凝土配合比,混凝土试件的弯曲应力与其恒定荷载影响因子之间呈近似指数函数关系,在混凝土结构耐久性设计中应考虑弯曲荷载对氯离子扩散系数的影响。     

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。     

海洋环境下港口工程混凝土界面过渡区氯离子扩散系数模型

通过现场暴露物理试验,实测得到了港口工程混凝土及相对应的水泥砂浆试件中氯离子的浓度分布结果,经回归分析分别得到了这两种试件的氯离子扩散系数。以此为基础,定量评估了粗骨料的稀释、曲折和界面过渡区效应对混凝土中氯离子扩散系数的影响,并建立了混凝土界面过渡区氯离子扩散系数模型。基于混凝土中氯离子扩散的细观数值模拟方法,验证了所建立的混凝土界面过渡区氯离子扩散系数模型的正确性。对细观数值模拟结果的分析可知:界面过渡区对混凝土中仅考虑粗骨料的稀释和曲折效应的氯离子扩散系数的提升效应不可忽略,应充分考虑界面过渡区的存在对混凝土中氯离子浓度分布和扩散特性的影响。     

不同环境条件下考虑荷载影响的氯离子扩散模型

钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土构件耐久性破坏的重要因素之一,氯离子侵蚀是海洋环境下钢筋锈蚀的首要因素。根据相关文献给出的不同海洋环境、不同荷载水平作用下混凝土中氯离子扩散的实验数据,通过拟合给出氯离子扩散荷载影响系数与构件应力状态之间的关系式及混凝土表面氯离子浓度随时间变化的统计公式,建立了考虑荷载影响的氯离子扩散模型。多组现场实测数据检验表明,建立的考虑荷载影响的氯离子扩散模型是合理的,具有较好的适用性与实用性。     

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。     

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。     

Sensitivity study on durability variables of marine concrete structures

In order to study the influence of parameters on durability of marine concrete structures, the parameter’s sensitivity analysis was studied in this paper. With the Fick’s 2nd law of diffusion and the deterministic sensitivity analysis method (DSA), the sensitivity factors of apparent surface chloride content, apparent chloride diffusion coefficient and its time dependent attenuation factor were analyzed. The results of the analysis show that the impact of design variables on concrete durability was different. The values of sensitivity factor of chloride diffusion coefficient and its time dependent attenuation factor were higher than others. Relative less error in chloride diffusion coefficient and its time dependent attenuation coefficient induces a bigger error in concrete durability design and life prediction. According to probability sensitivity analysis (PSA), the influence of mean value and variance of concrete durability design variables on the durability failure probability was studied. The results of the study provide quantitative measures of the importance of concrete durability design and life prediction variables. It was concluded that the chloride diffusion coefficient and its time dependent attenuation factor have more influence on the reliability of marine concrete structural durability. In durability design and life prediction of marine concrete structures, it was very important to reduce the measure and statistic error of durability design variables.