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。     

混合砂对C60海工混凝土耐久性的影响及机理分析

采用级配不合格的机制砂与河砂按一定比例混合后得到了合格的混合砂,研究了不同比例组成的混合砂对混凝土耐久性的影响,并采用化学结合水法、热重分析法以及SEM等测试方法分析了混合砂对混凝土耐久性的影响机理。结果表明：混合砂混凝土试件的氯离子扩散系数要低于纯河砂混凝土试件,且混凝土氯离子扩散系数的变化趋势随机制砂比例的提高而降低;混凝土的抗硫酸盐耐蚀系数随机制砂比例的提高而降低,原因是提高机制砂的比例会提高混凝土的密实度,导致抗压强度比变化不大;不同比例组成的混合砂的级配不同,同时混合砂中的石粉可参与胶凝材料的水化进程,混合砂对混凝土耐久性的影响是这两因素的综合体现。     

Analysis of corrosion risk due to chloride diffusion for concrete structures in marine environment

The chloride-induced steel corrosion is one of the main causes of deterioration for reinforced concrete structures exposed to marine environments. The chloride ingress into reinforced concrete structures is even more complex since it depends on random parameters linked to transport and chemical properties of materials, which results in variability of corrosion initiation. This variation raises the need of statistical approaches to evaluate the risk of corrosion initiation due to chloride ingress. To address this issue, we use sensitivity analysis to identify the influence of input parameters on critical length of time before corrosion initiation predicted by our chloride diffusion model. Exceedance probabilities of corrosion initiation time given that input parameters exceed certain thresholds were also calculated. Results showed that the corrosion initiation time was most sensitive to: chloride effective diffusion coefficient D_e in concrete, that is a parameter controllable by relevant stakeholders; surface chloride concentration C_s, a non-controllable parameter depending on surrounding conditions. Reducing the chloride diffusion coefficient enables us to postpone the maintenance of structures. However, the interaction between controllable parameters and non-controllable surrounding conditions was revealed influential on the reliability of results. For instance, the probability that corrosion initiation time exceeds 15 years given an effective diffusion coefficient (D_e) equal to 0.1 × 10⁻¹² m²⋅s-1 can vary from 19 to 41% according to stochastic variations of chloride concentrations (C_s) values. Postponing the corrosion initiation time was combined with a decreasing probability of its occurrence.     

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。     

港珠澳大桥长寿命海工高性能混凝土配制

针对120 a设计使用年限要求,阐述港珠澳大桥不同主体结构海工高性能混凝土基本性能设计的原则。在暴露试验得出的混凝土长期耐久性影响因素的基础上,系统研究配合比参数对混凝土性能的影响,介绍满足桥梁、隧道等不同结构工作性、强度、耐久性及体积稳定性要求的长寿命海工高性能混凝土的配制基本思路与方法。     

大管桩现场取样分析与耐久性研究

采用现场取样与室内化学分析相结合的方法,研究海洋环境下大管桩的耐久性能。通过对深圳、连云港和宁波3个地区服役1~17 a的大管桩展开耐久性调查,同时在潮差区和浪溅区的桩身混凝土钻芯取样,采用化学分析的方法测试不同深度混凝土中的氯离子含量,计算混凝土氯离子扩散系数,进而经统计分析得出桩身混凝土的腐蚀参数。通过对比研究桩身混凝土与桩帽节点混凝土的抗氯离子渗透性能的差异,研究裂缝对氯离子渗透的影响及大管桩接头处FRP包覆层对接头耐久性的影响。取样研究过程中未发现任何箍筋和主筋锈蚀的现象,服役10~15 a的大管桩箍筋表面氯离子浓度在0.1%~0.2%,箍筋表面光洁如新。     

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。     

概率性能基础的使用寿命设计

氯盐环境下钢筋混凝土结构过早被破坏,很多因素影响混凝土的使用寿命,这些因素随着环境和时间而变化,是随机变量,应采用数理统计方法处理或采用荷载抗力分项系数法设计,在使用寿命设计中,输入一个代表值进行计算,如果这个数值是该变量的平均值,计算结果的使用寿命只有50%的保证率。如果按95%的分位数取扩散系数值,各影响因素(包括扩散系数)用分项系数来反映可靠指标,则可提高使用寿命保证率到95%,但目前使用寿命设计具有不确定性,在结构使用期间应对结构性能进行跟踪维护,对有关性能进行定期检验,据以进行使用寿命再设计,也许进行多次再设计,以确保结构有设计要求较长的使用寿命。     

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。     

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.     

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。     

Predicting the chloride penetration of fly ash concrete in seawater

In this study, a model for predicting chloride penetration in fly ash concrete under long-term exposure in a marine environment is developed. The empirical model was based on 2-, 3-, 4-, and 5-year investigation of concretes in a marine site. Regression analysis of the data was carried out by applying Fick's second law of diffusion to generate an empirical formula for predicting chloride concentration in concrete. The model uses the water to binder (W/B) ratio, fly ash content, distance from the concrete surface, and exposure time. Model validation revealed that the predicted chloride concentration levels were within a ±25% error margin (R² = 0.91 ? 0.99) in the samples used to develop the model. The model was also verified using data from previous laboratory and field studies. Most predicted chloride concentration levels were within a ±30% margin of error from field samples. The model also predicted the strong effect of fly ash and W/B ratio on reducing chloride diffusion in concrete. Results clearly indicated that a high volume fly ash replacement (up to 50% by weight of binder) and a low W/B ratio will yield good chloride resistance in concrete under long-term exposure in a marine environment.     

港口混凝土表层渗透性与耐久性相关性试验研究

采用autoclam自动渗透性测试仪对国内某港口的基桩混凝土耐久性进行现场检测,取芯进行了室内混凝土碳化试验、抗氯离子渗透性试验、抗冻性试验等,结果表明,混凝土各种耐久性能指标均与混凝土表层渗透性能存在明显的相关性,混凝土表层渗透性能可以在一定程度上体现混凝土的耐久性能,水渗透系数作为表征混凝土耐久性能的现场测试参数具有一定的可行性。     

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。     

快速施工用高耐久性混凝土性能试验

针对海洋环境下快速施工用混凝土材料的技术需求,采用硫铝酸盐水泥和适量的矿渣粉和硅灰,并掺入专用的高性能减水剂和缓凝剂配制快速施工用高耐久性混凝土,并对其性能进行试验研究。结果表明,快速施工用高耐久性混凝土工作性良好、坍落度损失小,具有良好的抗氯盐侵蚀性能,并能满足泵送施工要求,可为海洋环境下快速施工提供一条有效的技术途径。     

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。     

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。     

钢筋混凝土结构钢筋锈蚀模型及影响因素分析

在海洋环境下,钢筋混凝土构件的物理、力学特性随时间发生明显变化,使结构的安全度降低。影响钢筋混凝土构件耐久性的主要原因是钢筋锈蚀。关于钢筋锈蚀计算,有多种计算模型,不同计算模型的计算结果存在着较大差异,计算模型中相关参数的取值也有很多不同研究成果。本文通过算例,对各种模型及其相关参数的影响进行比较分析,可为钢筋混凝土结构耐久性设计和开展进一步研究工作提供参考。     

表面硅烷憎水处理混凝土码头结构的现场施工效果分析

港口混凝土结构常需采取一些特殊措施来提高结构的耐久性。近年来,试验室研究结果已充分证明采用硅烷憎水表面处理技术提高混凝土结构的耐久性是可靠的,并且该技术在实际工程中已得到越来越多的应用。在实际工程中,由于现场条件的限制,施工质量对上述混凝土表面防护措施的有效性会产生显著影响。因此,科学评价现场硅烷憎水表面防护技术的施工效果是合理预测应用该技术的港口混凝土结构的耐久性和使用寿命的前提。本项目现场调查分析了某新建码头混凝土结构硅烷憎水处理的实际施工效果(包括混凝土保护层厚度、硅烷浸渍渗透深度、内部钢筋自然电位等参数的现场详细调查),为港口环境下混凝土码头硅烷憎水处理的施工提供重要数据,并为硅烷憎水处理混凝土结构在海洋环境下的耐久性和使用寿命设计奠定基础。     

船用柴油机电控喷油器高速电磁阀耐久性研究

电控喷油器是保障船用大功率柴油机可靠运行、提高整体性能、降低污染排放的关键部套,其中高速电磁阀则是决定电控喷油器性能的核心部件,然而目前对高速电磁阀工作耐久性分析的研究还非常缺乏,导致电磁阀的长寿命设计还存在瓶颈.因此,本文在高速电磁阀动力学性能数值仿真的基础上,结合配机耐久试验数据,对高速电磁阀在不同工况下的机械疲劳问题展开综合性研究,重点讨论并验证了量孔板密封锥面撞击理论寿命模型的有效性,研究结果可为电控喷油器电磁阀的设计优化及寿命预测提供科学支撑.