氯离子在预应力混凝土结构中扩散过程的有限元分析

为指导氯离子侵蚀环境下预应力混凝土结构耐久性设计和寿命预测,基于Fick第二定律的混凝土中氯离子扩散方程与热传导方程的相似性,考虑物理或化学吸附、毛细吸收、预应力等多种机制和因素对氯离子在混凝土内传输的影响,对氯离子扩散系数进行了修正,采用ANSYS中热分析模块对氯离子在预应力混凝土结构中的扩散过程进行数值分析.通过与氯盐侵蚀环境混凝土中氯离子浓度试验值进行对比,证明该方法能有效预测氯盐侵蚀环境混凝土中氯离子浓度分布.采用该方法对现役近海预应力混凝土铁路桥梁氯盐侵蚀情况进行模拟,分析得出服役60年左右该预应力混凝土铁路桥梁达到结构耐久性极限状态.     

抗氯离子侵蚀耐久寿命实用预测方法

为研究北方盐冻地区,氯离子侵蚀对混凝土桥梁耐久性寿命的影响,提出了一种基于有限元的氯离子扩散模拟方法。该方法采用ANSYS软件模拟氯离子扩散,可以得到桥梁结构在氯离子侵蚀环境下的耐久性寿命,并以25 m预制小箱梁主梁为例说明了计算方法。结果表明:该方法克服了传统基于正交坐标系求解方法推导复杂且计算繁琐的缺点,可用于箱梁等不规则结构,以及非正交二维氯离子渗透的问题,适合工程实际。     

氯盐环境下大型混凝土桥梁构件耐久性可靠度分析

为保障工程结构耐久性,先需对构件退化过程进行分析与评价。对于氯盐环境中的大型混凝土构件,其几何外形较为复杂,采用二维氯离子扩散分析方法才能得到更为合理的结果;同时采用可靠度法方法进行评价,以充分考虑分析中涉及的不确定性因素。建立氯盐环境下大型混凝土桥梁构件耐久性可靠度分析框架,以Fick第二定律描述氯离子扩散过程,并通过有限元方法进行求解,在此基础上采用响应面方法进行可靠度分析。通过MATLAB编制了相关程序,并进行了实例计算,为大跨度桥梁的退化分析、运营管理、寿命预测等工作提供借鉴。     

桥梁混凝土的盐冻损伤与耐久性提升技术

严寒环境下冻融循环造成混凝土保护层开裂、剥落是影响混凝土结构服役寿命的主要因素。考虑除冰盐的作用,氯盐侵蚀与冻融耦合条件下混凝土的损伤将显著加剧,最终导致混凝土结构寿命低于设计值。主要介绍混凝土盐冻破坏机理,探讨混凝土盐冻损伤的影响因素,同时介绍了盐冻环境下境内外桥梁混凝土的耐久性提升措施,为盐冻环境下桥梁工程混凝土结构耐久性设计和寿命保障提供参考。     

混凝土结构抗氯离子侵蚀试验研究及耐久寿命预测

通过试验对不同水胶比以及掺粉煤灰、硅灰的混凝土进行氯离子扩散系数测试,分析水胶比以及粉煤灰和硅灰等活性集料对混凝土结构抵抗氯离子侵蚀性能的影响。根据试验结果对混凝土结构抵抗氯离子侵蚀耐久寿命进行预测。此研究成果可为氯盐污染环境下混凝土配制及结构耐久性设计与评估提供参考。     

混凝土材料的氯离子迁移细观数值模拟

氯离子是钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀主要原因。现今研究者大多利用Fick第二定律及其数学模型的解析解对暴露于氯离子环境下的混凝土材料和构件进行一维分析。本文研究建立了氯离子在混凝土中扩散的二维有限元数值模型,提出了混凝土多边形骨料生成算法,生成了骨料、砂浆和界面的三相复合数值模型。分析了混凝土材料中氯离子的迁移规律。将计算结果与试验结果进行了比较。结果表明,使用二维有限元数值模型可以较好的预测混凝土中不同时间、位置变化的氯离子集聚和扩散情况。分析了混凝土中骨料体积率对混凝土渗透系数的影响。研究结果表明:骨料体积率和混凝土的氯离子渗透系数基本呈线性关系,体积率越大,渗透系数越小。     

荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究现状与发展

处于海洋环境下以及撒除冰盐环境中的钢筋混凝土结构,氯离子侵蚀是其钢筋锈蚀的最主要原因.根据对氯离子侵蚀的认识过程和荷载作用型式分三个层次对混凝土中氯离子侵蚀性研究现状进行了总结:混凝土中氯离子传输机理、静荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究和反复荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究.提出荷载作用下混凝土中氯离子传输机理研究和侵蚀模型具有重要的理论意义和应用价值,是氯盐环境中承受荷载作用的混凝土桥梁结构耐久性研究的重要发展方向.     

氯盐对水泥混凝土路面腐蚀破坏模型研究

针对氯盐融雪造成的水泥混凝土路面腐蚀破坏的现象,分别从氯盐对混凝土的盐冻损伤及对钢筋的腐蚀破坏2个方面予以研究,揭示了氯盐融雪对水泥混凝土路面破坏机理,依此为据,对传统的氯盐对混凝土路面破坏评价模型从混凝土掺和料的劣化性、氯离子扩散的时间依赖性及氯离子对混凝土的应力影响因素等3方面予以了优化,得出了优化评价模型,即优化的Fick第2定律.在确定相应的临界指标基础上,提出了基于可靠度分析的极限状态评价模型.研究表明,极限状态评价模型能更好地反映氯盐对混凝土的腐蚀破坏随时间和空间变化的动态规律,在临界指标确定后,利用氯盐某时在混凝土某深度下的浓度,可较准确评价氯盐对水泥混凝土路面的腐蚀破坏.     

氯盐侵蚀条件下钢纤维混凝土抗压强度的影响因素分析

通过氯盐侵蚀试验，分析了钢纤维混凝土抗压强度的影响因素。结果表明:浸泡时间，干湿循环次数和减水剂品种对钢纤维混凝土抗压强度都有不同程度的影响。氯盐侵蚀条件下，奈系减水剂和聚羧酸减水剂对抗压强度的提高优于脂肪族减水剂。     

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。     

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。     

氯离子环境下既有钢筋混凝土桥梁耐久性的概率分析

分析讨论了钢筋脱钝的氯离子临界浓度，基于既有钢筋混凝土桥梁的实测数据，以Fick第二扩散定律导出的氯离子扩散数学模型为基础，对氯离子浓度和氯离子扩散系数进行优化计算确定。另外，将氯离子临界浓度值视为因暴露区域而变的定值，混凝土保护层厚度和计算模式不确定性系数视为随机变量，以同一座桥梁一定区域内的混凝土表面氯离子浓度和氯离子扩散系数为一个确定的值，建立了氯离子环境下钢筋脱钝的时变概率模型。以一座实际的桥梁为例，计算了在t年时钢筋脱钝概率的预测值。该钢筋脱钝时变概率模型可用于近海环境下混凝土桥梁中钢筋脱钝的预测，以及既有钢筋混凝土桥梁结构的耐久性评估，从而可以揭示结构潜在的危险，为及时做出维修加固决策提供重要的依据。     

在用车的城市道路工况腐蚀行为研究

针对一款2-6年的合资车型,开展车用涂装的厚度、形貌和交流阻抗测试,研究时限、里程、部位等因素对车用涂装的腐蚀影响。结果表明:车身漆膜随使用时限延长,防腐性能降低一个数量级(108-107Ω·cm^2);底盘涂层随里程延长,衰减两个数量级(107-105Ω·cm^2);金属部件的腐蚀形式以点蚀为主,优先发生于边缘、连接和焊接位置,在3-6年内可出现大面积腐蚀,中级消声器腐蚀程度高于尾级消声器。     

矿物掺合料对海工混凝土长寿命化的影响

综合研究了单掺粉煤灰、矿粉及硅灰对混凝土氯离子扩散系数、氯离子结合能力及临界氯离子浓度的影响,探讨了海工混凝土长寿命化机理.研究结果表明,掺人矿物掺合料后,改善了混凝土的抗氯离子渗透性能,增强了氯离子结合能力,临界氯离子浓度虽略有降低,但钢筋发生锈蚀的时间明显延长,提高了混凝土的使用寿命.     

海工高性能混凝土耐久性研究

采用双掺矿物掺合料和复合使用化学外加剂的技术手段配制出系列海工高性能混凝土,并对比分析海工高性能混凝土和普通混凝土的性能差异,结果表明:海工高性能混凝土氯离子扩散系数同比普通混凝土降低一个数量级;经历200次冻融循环后其质量基本无损失,抗压强度比仍高达90%以上。同时,采用Fick模型对混凝土结构进行寿命预测,达到80年以上安全使用寿命的耐久性技术要求。     

深层盾构排水隧道PVC防水防蚀内衬力学性能试验研究

基于广州深层排水隧道,介绍了一种新型聚氯乙烯（PVC）内衬结构,可增强盾构排水隧道的防水和防蚀性能。当管片发生环内变形和环间错台时,盾构隧道接缝位置的PVC内衬处于不利受力状态,故针对PVC防水防蚀内衬的力学性能进行试验研究。通过拉拔试验对PVC内衬与管体之间键的连接可靠性进行研究,通过纵缝压弯试验和环缝剪切试验分别对盾构管片发生环内变形和环间错台时PVC内衬本体和焊缝的力学性能和变形能力进行研究。试验结果表明PVC防水防蚀内衬具有与管片衬砌结构协同变形能力,其力学性能满足要求。     

桥梁缆索断面钢丝腐蚀进程差异性试验

为实现桥梁缆索断面内高强钢丝腐蚀进程差异性量化表征，进而支撑该类构件在服役期内的强度退化模拟与承载力评定等工作,以镀锌钢丝缆索为对象，采用旧索构件破除实测与人工加速腐蚀试验相结合的方法，构造相邻层钢丝腐蚀进程差异性指标，研究了实际服役环境下的平行钢丝缆索断面腐蚀进程差异性。进一步考虑缆索断面构造特征及护套可能出现的病害类型，通过捆绑试件加速腐蚀试验，研究试验环境下平行钢丝缆索断面腐蚀进程差异性,护套破损对断面腐蚀进程差异性的影响以及钢绞线内外丝腐蚀进程差异性。研究结果表明：护套整体老化失效时，平行钢丝缆索断面相邻层钢丝总体腐蚀进程差异系数不拒绝正态分布，均值与变异系数分别为0.675 8、0.254 3;实际服役环境下总体腐蚀进程差异系数均值水平更高、变异性更强，腐蚀介质沉积效应对缆索断面钢丝腐蚀进程差异性的影响因破损形态而异；随着腐蚀时间的延长，断面总体腐蚀进程差异性逐渐减弱，钢绞线内外丝总体腐蚀进程差异系数概率分布特征由对数正态分布向正态分布过渡。     

厦门同安湾大桥桩基防腐措施与施工

桩基的腐蚀是桥梁工程建设中的一个重要问题。本文通过分析桩基工程中钢筋混凝土的腐蚀机理,阐述了厦门同安湾大桥桩基采取的相应防腐措施及施工情况。增加混凝土保护层的厚度和采用高性能混凝土是本桥桩基钢筋混凝土的基本防腐措施,同时还采取了保留施工钢护筒的附加防腐措施。通过施工控制和试验表明,混凝土的抗氯离子渗透性及扩散系数均满足设计要求,施工钢护筒和保护层施工均较理想,为确保桥梁的使用寿命打下坚实的基础。     

海洋环境下基于可靠度的混凝土结构耐久性评估

钢筋锈蚀是造成混凝土结构耐久性失效的最主要原因,海洋环境下导致混凝土结构中钢筋锈蚀的主要因素是C l-侵蚀。本文考虑氯离子的渗透随机过程,建立了海洋环境下结构抗力的随机模型;以桥梁服役状态下,钢筋锈蚀导致结构性能劣化为出发点,运用可靠度分析方法,对海洋环境下钢筋混凝土结构不同时期计入耐久性的承载力进行了分析,并用于某跨海大桥墩柱的耐久性评估。     

混合砂高性能海工混凝土性能分析

结合相关文献和项目部分配合比使用情况,通过比较P.O42.5级水泥C30桩基配合比、P.Ⅱ52.5级C30桩基混合砂配合比,经计算,两者浆骨比基本一致,后者耐久性、经济性较好。基于此,通过对C40\C45\C50墩柱混合砂高性能海工混凝土配合比施工过程中部分抗压强度的统计和氯离子扩散系数的检测发现：力学性能方面,28 d混凝土抗压强度均满足设计要求,且相对稳定,56 d强度有明显增长,90 d强度增长放缓;耐久性方面,56 d氯离子扩散系数小于3×10-12 m2/s。因此,总体来看,采用P.Ⅱ52.5级水泥设计混合砂高性能海工混凝土配合比,混凝土强度、耐久性均能满足要求,同时还有明显的经济效应。