沿海大气环境混凝土表面氯离子浓度与氯离子扩散系数相关性研究

通过混凝土表面氯离子浓度与氯离子扩散系数的试验研究,分析了不同强度的混凝土在沿海大气环境下表面氯离子浓度与氯离子扩散系数随时间变化的规律,揭示了混凝土表面氯离子浓度与氯离子扩散系数相关性规律。研究结果表明:混凝土表面氯离子浓度随腐蚀时间的增加单调递增,而混凝土氯离子扩散系数随腐蚀时间的增加单调递减,两者随时间而逆向变化,并且两者是强线性相关。并由试验数据建立沿海大气环境混凝土表面氯离子浓度时变模型,进一步根据相关性,得出基于混凝土表面氯离子浓度的氯离子扩散系数拟合时变模型。研究成果可应用于实践工程中,预先建立混凝土表面氯离子浓度与氯离子扩散系数间的相关关系曲线,通过混凝土表面氯离子浓度无损检测结果,间接得到结构混凝土的氯离子扩散系数。     

城市排污管道衬砌管片劣化的数值模拟研究

为研究氯离子在高强度混凝土(C50、C55及C60)内的扩散规律,通过ANSYS有限元软件对上海某深隧衬砌管片不同环境条件下全寿命周期氯离子扩散进行模拟,定量探究硫酸盐浓度、混凝土强度等级及环境水压值对高强度混凝土保护层厚度取值的影响。数值试验结果表明:氯离子含量随着模拟深度的增加而不同程度的减少,且不同深度处氯离子含量随着硫酸盐浓度的增加而增加,随着混凝土强度等级的增加而略微减少,随着水压值的增加而略微增加;达到深隧结构设计服役时间所需要的混凝土保护层厚度随着硫酸盐浓度线性增加,随着混凝土强度等级线性减少,随着水压值线性增加。     

基于混凝土pH值预测的钢筋初锈时间预测

用线性方法模拟碳化过程中混凝土的pH值随混凝土深度的变化曲线,并提出了一个pH值预测模型,该模型可以计算任意时刻、混凝土内部任意一点的pH值.用本文提出的pH值预测模型计算钢筋表面任一时刻的[OH-],用氯离子扩散模型计算钢筋表面任一时刻的[Cl-],以[Cl-]/[OH-]达到临界值作为钢筋锈蚀的条件,就可以预测混凝土内部钢筋开始锈蚀的时间,从而预测混凝土结构的使用寿命.     

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.     

海洋环境下饱水混凝土氯离子侵蚀数值试验三维随机细观分析

为研究海洋环境下饱水状态混凝土中氯离子侵蚀的规律，基于Fick第二定律，在已有的研究基础上，推导出综合考虑混凝土对氯离子结合效应、氯离子扩散试件依赖性、表面氯离子浓度、离子静电场作用、温度、混凝土内部响度湿度影响的氯离子扩散方程。将混凝土假定为由骨料和砂浆组成的两相复合材料，并利用MATLAB编制相应程序，从而实现了细观层次三维随机混凝土几何模型的生成。基于MATLAB平台研制了mat2scr 2017程序，将MATLAB中图形文件数据读入SCR脚本文件中，实现了MATLAB图形向CAD图形的转换，极大地提高了随机混凝土模型的通用性。研究成果表明：细观层次上的物质传输浓度分布和数值上与宏观层次都有显著区别，氯离子在混凝土中的传输具有显著的随机性，相同骨料含量的混凝土试件同一深度的氯离子含量是随机变量，骨料对氯离子传输具有显著地阻碍作用，骨料改变了氯离子在混凝土中的传输路径，氯离子分布在骨料周围有绕流现象。     

高强混凝土中氯离子扩散性能试验研究

采用室内试验,以厦门海底隧道衬砌结构C45高强混凝土为例,对氯离子在高强混凝土中扩散性能进行了综合研究,研究结论可作为混凝土耐久性及同类研究借鉴.结果表明,扩散时间对混凝土内部氯离子浓度有较强的积累效应;环境氯离子浓度高低对氯离子向混凝土内部扩散有促进或减缓作用;较小的拉、压应力对氯离子的扩散性态影响不明显;随着混凝土龄期的增长,自由氯离子占总氯离子含量的比例逐渐增加.     

沿海大气环境混凝土表面氯离子浓度时变规律试验研究

通过模拟沿海大气环境混凝土表面氯离子浓度试验,研究得出了环境氯离子浓度、混凝土强度、时间历程对混凝土表面氯离子浓度的影响规律,并分别建立了沿海大气环境下环境氯离子浓度、混凝土强度、时间历程与混凝土表面氯离子浓度的关系式,同时建立了基于既有混凝土结构检测的混凝土表面氯离子浓度时变式,揭示了沿海大气环境下其对混凝土表面氯离子浓度的影响规律。进而综合反映环境因素、施工情况、胶凝材料和时变因素等影响因素建立了沿海大气环境混凝土表面氯离子浓度时变模型。     

影响混凝土表面氯离子浓度的主要因素综述

目前针对混凝土表面氯离子浓度的影响因素的研究分析表明,其主要影响因素有时间、材料及环境三个方面.暴露时间的延长,表面氯离子浓度将会增大;养护时间的延长,使得混凝土结构逐渐变密实,表面氯离子浓度随之降低.水胶比的增大,稳定后表面氯离子浓度将逐渐增大,且会更快地达到稳定状态;加入矿物掺合料之后,氯离子累计速率会明显增大,即表面氯离子浓度会更快地达到稳定状态,且稳定后的表面氯离子浓度也相应增大.暴露环境介质中的氯离子浓度越高,表面氯离子浓度也会越高;混凝土结构离海岸的距离,以及吹向混凝土结构海风的风速也会对混凝土结构表面自由氯离子浓度产生一定的影响.影响混凝土结构表面氯离子浓度的因素众多,想要确切地计算和预测出混凝土结构表面的氯离子浓度有较大的难度,目前国内外对于这方面的工作只能对其采取经验公式进行计算和预测,因此,对于氯离子浓度的计算还有待深入研究.     

裂缝混凝土中修正的氯离子运移模型研究

通过研究裂缝混凝土中氯离子运移,建立了综合考虑扩散作用、结合作用以及电势场作用的耦合模型,预测带裂缝混凝土结构的寿命。模型从已有试验数据中得到了较好验证。基于南通盐渍土环境,运用Comsol Multiphysics软件分析了裂缝宽度和深度不同的裂缝混凝土中氯离子运移。研究表明:裂缝混凝土中氯离子浓度随侵入深度增加而降低,降低趋缓,随着时间增加而增长,增长趋缓。氯离子从混凝土裂缝运移到混凝土中时,浓度突降。随着裂缝宽度或深度的增大,氯离子含量增加,增加趋缓,宽度差别的影响减小,深度的不同对裂缝中氯离子的运移几乎没有影响,对临界氯离子浓度的侵入影响较大。为保证混凝土结构物100年使用年限,建议严格限制裂缝,保护层厚度采用55mm。     

弯曲荷载作用下水位变动区域混凝土中氯离子扩散规律试验

为了明确氯离子在水位变动区域混凝土中的扩散特性,研究了干湿交替条件和弯曲荷载共同作用下氯离子在混凝土中的扩散规律。试验过程中考虑3个试验因素:混凝土强度等级、弯曲荷载水平、应力性质。试验结果表明:随着混凝土强度等级的提高,氯离子扩散性能降低;随着荷载水平的提高,受拉区混凝土抗氯离子侵蚀的能力降低,受压区混凝土抗氯离子侵蚀的能力有所提高;受拉区混凝土抗氯离子侵蚀能力明显低于受压区;无论承受受压荷载还是受拉荷载,随着时间的延长,氯离子在混凝土中的扩散系数均逐渐降低。