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。     

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.     

Field Exposure Test of Different Anticorrosion Technologies for Marine Concrete Structure

采用不同防腐技术制作长期暴露试件,试件放置在青岛海湾大桥常规暴露实验站进行暴露试验,以研究不同防腐技术在北方微冻海洋环境中的防护性能.研究表明:经过1 a暴露试验,涂层、聚脲试件外观无明显变化,与混凝土表面的粘结强度大于2.0 MPa,且试件内部均未受到氯离子的侵蚀,防护效果良好;硅烷浸渍试件内部有一定浓度的氯离子积聚,但相比空白试件,浸渍硅烷混凝土不同深度的氯离子浓度约为空白试件同深度的50％,且浪溅区降低效果更显著.浸渍硅烷能够减少氯离子对混凝土的侵蚀.     

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.     

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。     

基于线性增量的混凝土表面氯离子浓度预测模型

基于Fick第二扩散定律,综合考虑了混凝土初始表面氯离子浓度以线性方式变化、扩散系数随时间不断减小以及温湿度对氯离子扩散的影响,把氯离子扩散过程分为两个阶段,推导得到一个新的氯离子扩散方程,结合现有数据,对理论数学模型进行了验证。结果表明:随着表面氯离子浓度以线性积累速率的减慢,短期内氯离子扩散过程也变得缓慢;阶段一与阶段二时间结合点处的两个氯离子曲线分布得到很好的吻合,用新方程所得到的氯离子分布曲线与以往普遍采用基准方程得到的分布曲线也能很好地匹配,在分别计算10 a,25 a,50 a混凝土中钢筋表面氯离子浓度到达锈蚀临界浓度时,用新方程比采用基准方程时要提前约3%~14%,且随着时间的增长二者之间差异不断减小。     

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。     

复合盐与干湿循环耦合作用下混凝土材料劣化机理试验研究

为了研究复合盐与干湿循环耦合作用下地下结构混凝土劣化规律,通过RCT氯离子含量测量与混凝土相对动弹性模量测量试验,分别测得不同工况下不同位置处氯离子含量与混凝土相对动弹性模量值,定量分析了硫酸盐浓度与干湿循环次数对混凝土结构劣化情况的影响。试验结果表明:混凝土内部氯离子含量随测试深度的增加而减少;同一深度处,氯离子含量随侵蚀环境中硫酸盐浓度的增加先增多后减少,随干湿循环次数的增加而增多。混凝土相对动弹性模量随硫酸盐浓度的增高而减小,且减小量随硫酸盐浓度的增高而降低;混凝土相对动弹性模量随干湿循环次数的增加先增大后减小。     

沿海混凝土桥氯离子扩散修正模型及其应用

为了给沿海地区在役混凝土桥梁的耐久性研究提供更加可靠的理论依据,针对影响沿海地区混凝土桥梁耐久性的主要因素——氯离子侵蚀引起钢筋的锈蚀,从氯离子扩散的角度出发,综合各国氯离子扩散的相关数学模型,提出考虑荷载影响因子和氯离子结合能力这2种因素的混凝土氯离子扩散修正模型,并借助于各国相关的试验数据对氯离子扩散修正模型进行了验证和分析。研究结果表明：与传统的仅考虑单一影响因素的氯离子扩散模型相比,所提出的氯离子扩散修正模型更加合理,可以更准确地预测沿海地区在役混凝土桥梁的剩余使用寿命。     

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.     

疲劳荷载作用下混凝土中氯离子渗透性能的研究进展

氯离子渗透是导致钢筋混凝土结构耐久性能退化的重要原因之一。荷载作用会对混凝土的孔隙和裂缝产生影响,改变混凝土抗氯离子侵蚀的能力,加速混凝土结构的耐久性退化。目前对静力荷载作用下氯离子在混凝土中的扩散行为开展了一定研究,但对疲劳荷载下混凝土中氯离子的渗透性能研究较少。该文总结了近年来国内外文献报道中关于疲劳荷载作用下氯离子在混凝土中传输行为的研究成果,包括试验方法、扩散行为、扩散机理、影响因素以及扩散模型等,并对现阶段研究工作存在的不足提出了建议。     

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。     

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。     

盐渍土环境下氯离子侵入混凝土模型研究

氯离子侵入引发钢筋腐蚀,降低了盐渍土环境下钢筋混凝土结构物使用寿命.综合考虑混凝土孔隙溶液中氯离子的扩散、电迁移以及毛细吸附等运移方式,建立盐渍土环境下氯离子侵入混凝土模型,预测结构物寿命.采用有限元方法分析扩散电场、毛细作用对氯离子运移过程的影响.分析表明,多种离子运移产生的电场加速了氯离子的运移过程,且毛细作用在早...     

预湿轻细骨料内养护混凝土微观结构与渗透性能

为研究预湿轻细骨料对于内养护混凝土的渗透性能的影响,分别对预湿轻细骨料内养护混凝土和普通混凝土的电通量和氯离子渗透深度进行试验研究,并采用扫描电子显微镜观察对比轻细骨料和普通砂周围的微观结构。试验结果表明,内养护混凝土的电通量和氯离子扩散系数均略高于普通混凝土,但是相差在5%以内,说明预湿轻细骨料的掺入对混凝土渗透性的影响较小。酸性环境影响混凝土的氯离子渗透性能,在氯离子浓度几乎相同的单一氯化钠盐溶液和酸性复合溶液(p H=2和4)试验条件下,后者测得的混凝土渗透动力学系数明显增大,但渗透深度与浸泡时间平方根仍然具有较好的线性关系。此外,通过扫描电镜观察微观结构的BSE图像结果显示,由于内养护效应,轻细骨料附近的界面过渡区相比于普通骨料更加致密均匀,这有助于改善内养护混凝土的抗渗透性能。轻细骨料内部存在较多的开放性大孔隙,是有害离子潜在的扩散通道,并且电测试验和氯离子扩散试验中的真空饱水、饱盐操作增大了这种可能性。但实际内养护混凝土体系中的轻细骨料在释水后不会反向吸湿,失水大孔不再提供传输路径。     

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。     

混凝土强度对氯离子渗透侵蚀性能的影响

我国沿海地区混凝土结构长时间受到海水的侵蚀,严重影响建筑物的耐久性,其中,影响混凝土耐久性性能的主要原因是其收到海水中氯离子的侵蚀。因此,为提高沿海地区混凝土结构抗氯离子侵蚀能力,本文在真实模拟混凝土结构受氯离子侵蚀的环境,探讨在不同混凝土强度及干湿循环两种因素对混凝土抵抗氯离子侵蚀的影响。研究结果表明:混凝土试块在相同强度下,氯离子含量随着测量深度的增加而减小;且在相同测试深度下,强度越高氯离子含量越少,氯离子的扩散溶度越小。     

环境与荷载耦合作用下混凝土结构耐久性劣化规律

结合通明海跨海大桥主梁、主塔等典型结构应力水平,对不同应力水平的典型构件进行环境与荷载耦合试验.研究在环境与荷载耦合作用下混凝土结构耐久性劣化规律,同时分析了荷载对混凝土氯离子扩散性能的影响机理,提出荷载对氯离子扩散系数的影响规律.     

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。     

某跨海大桥混凝土氯离子超限的诊断与处置

浙江省某跨海桥梁在质量安全综合检查中发现部分桥面板混凝土氯离子浓度超过规范阈值,影响结构的耐久性和使用寿命.针对该桥氯离子浓度超限问题,提出采用分层取样检测方法诊断氯离子超限原因,即沿混凝土保护层厚度方向逐层取样进行氯离子浓度检测,根据超限原因采用电化学除氯技术进行除氯处置.分层取样检测结果表明桥面板混凝土氯离子浓度沿...