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。     

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。     

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。     

海工高性能混凝土抗氯离子侵蚀耐久寿命预测

通过对结构生命全过程的分析，给出了海工高性能混凝土抗氯离子侵蚀的耐久寿命的定义；以Fick第二定律为基础，分析了影响混凝土结构耐久寿命的一些因素，简单介绍了国内外测量氯离子渗透性的电化学方法并分析了电通量与氯离子扩散系数之间的关系。     

宁波舜江“海工水泥”的应用

海港工程结构为满足50a甚至更长的使用年限，要求采用具有高耐久性的砼。根据《海港工程砼结构防腐蚀技术规范》(JTJ275—2000)要求，一般可用低水胶比和掺加磨细矿物掺和料的胶凝材料，使砼的耐久性得以大大地提高，其主要标志是砼的氯离子的渗     

基于现场取样试验的混凝土结构寿命预测*

在役码头钢筋混凝土结构耐久性寿命预测面临可供分析参数少、契合度不高、预测结果存疑等问题，通过现场取样试验，获取混凝土芯样氯离子浓度分布值，基于修正的氯离子扩散模型，利用Matlab软件进行回归分析，得到试件的氯离子扩散系数、衰减系数和表面氯离子浓度等参数，并对在役码头胸墙钢筋混凝土结构耐久性寿命进行预测。结果表明：参数定值法预测结果过大，而基于失效概率预测方法的预测结果与规范方法计算结果基本一致，更符合工程实际。     

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。     

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。     

ABAQUS在混凝土中氯离子时变扩散中的应用

为验证ABAQUS有限元软件在混凝土中氯离子时变扩散分析的可行性,对已有试验采用ABAQUS有限元程序进行分析,并通过编写USDFLD子程序考虑扩散系数、表面氯离子浓度随时间变化的影响。同时也对有限元分析中的单元尺寸、模型尺寸进行了讨论。分析结果表明,ABAQUS有限元分析能很好地拟合试验数据;ABAQUS内置的Mass Diffusion(MD)模块可以较好地模拟不考虑时变效应时的氯离子扩散情况,而利用USDFLD子程序可以进一步地考虑扩散系数及表面氯离子浓度的时变影响。研究的有限元模型中,单元尺寸小于扩散方向长度的5%时,可以达到较高的精度水平;不同厚度的模型之间的氯离子扩散存在着差异。     

氯盐腐蚀环境下混凝土结构时变可靠度计算

基于Fick扩散定律,建立了氯离子在混凝土中扩散的多因素修正模型,给出了模型中参数的取值。依据可靠性理论,考虑氯离子侵蚀深度的不同分布特征,利用建立的扩散模型,说明了氯盐侵蚀环境下考虑时变效应的混凝土结构可靠度计算方法。最后给出了实际工程算例,算例结果说明,假定氯离子侵蚀深度服从正态分布带来的计算偏差并不大,却可大大简化计算过程。     

预估砼氧化物总含量的分布和时间积聚的扩散系数（Ⅰ）

本文提出了用一种新方法来预估由于氯离子的侵入，水饱和砼（即：砼中扩散是显著的渗透过程）中总体氯化物含量的分布和随时间而变化积聚的和系数。为研究而建立的蕞初是基于推论，即在一个关无限介质中的总体氯化物含量可以表达为波耳兹曼变量的一个衰减指数函数。业已证明了这个推论及模拟结果与发表的实验数据相一致。对于典型结构砼来说，几个月的试验期被认为已是中够的。非稳定状态和稳定状态下的分布容易被预测出来。实验工作     

沿海钢筋混凝土结构的耐久性的探讨与研究

基于我国现在沿海地区的氯离子侵蚀的现状,本文指出目前对氯离子侵蚀环境下钢筋混凝土结构腐蚀问题进行相关研究的必要性及其重大意义;并对沿海环境下,钢筋混凝土结构在使用过程中由于的氯离子侵蚀而产生的耐久性问题及国内外相关学科的研究发展做出了综述,且从实际出发,基于电化学理论,研究了氯离子侵蚀环境下钢筋混凝土结构的基本腐蚀机理及腐蚀过程。最后在己有成果的基础上,研究探讨了氯离子的侵蚀机理、简要叙述结构混凝土中氯离子的扩散等有关问题,并提出了针对氛离子腐蚀的一些防护与对策。     

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。     

氯离子侵蚀下钢筋混凝土结构腐蚀与防护的探讨

处于海洋或撒“除冰盐”环境下的钢筋混凝土结构,由于结构周围环境中氯离子通过结构砼保护层渗透集聚于钢筋表面并对结构钢筋造成腐蚀损伤,将影响结构的安全性及耐久性。基于以上原因,对钢筋混凝土结构在氯离子侵蚀下腐蚀的原因及破坏特征进行重点分析,并介绍了几种防护新技术。     

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。     

基于服役寿命的海工结构耐久性评定

根据某海港泊位码头及引桥结构构件的使用要求,将混凝土表面出现可接受最大外观损伤作为待估结构构件的耐久性极限状态,提出采用现场实测数据进行海工结构耐久性服役寿命评估.分析海洋环境下影响结构服役寿命的因素,采用现场检测数据推算各构件的耐久性参数(混凝土表面氯离子浓度、钢筋处氯离子浓度、氯离子扩散系数等).耐久性寿命评估结果与现场调查检测结果一致.保护层厚度、保护层中氯离子浓度及混凝土等级的实测.混凝土表面氯离子浓度、钢筋表面氯离子浓度及钢筋锈蚀临界氯离子浓度等的推算与选取是耐久性寿命评估的关键因素.     

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。     

氯离子扩散方程的解析解

本文以Fick第二定律为基础，用变量代换法推导了某一类变系数Dt的非稳态扩散方程的解析解。另外用Laplace变换法求解了几类氯离子扩散方程。为了工程实际应用，论述了具有实用价值的erf（x）和erfc（x）的计算公式。     

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。     

某海港码头结构耐久性调查与分析

对华东地区建于90年代服役11年的某海港码头的构件力学性能、耐久性等进行了现场调查与分析。调查结果表明:构件混凝土的力学性能和保护层厚度基本满足设计要求,但构件混凝土电阻率较低,存在氯盐腐蚀的可能性,构件的表面已出现了锈斑,产生了氯盐腐蚀现象;构件的游离氯离子浓度与总氯离子浓度存在相关性,游离氯离子浓度计算的扩散系数小于总氯离子计算的扩散系数;随着高程的增加,构件的表面氯离子浓度具有降低的趋势;构件混凝土抗氯盐侵蚀性能存在一定的差别。调研结果可为进一步制定有关海港工程混凝土耐久性标准提供参考。