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.     

九江长江公路大桥超宽箱梁C55粉煤灰高性能混凝土配合比设计

针对九江长江公路大桥超宽箱梁混凝土的配合比设计,研究了粉煤灰掺量、水胶比、砂率等参数对箱梁C55高性能混凝土物理力学性能的影响。结果表明:采用42.5 P.Ⅱ水泥掺入25%Ⅰ级粉煤灰,水胶比0.305、砂率39%的箱梁C55高性能混凝土具有良好的工作性,较高的早期强度和较大的后期强度增长,很高的抗氯离子渗透性;特别是具有较低水化热温升,有利于改善箱梁混凝土的抗裂性。     

基于SVM的粉煤灰混凝土抗氯离子渗透性预测方法

提出一种基于支持向量机(SVM)的粉煤灰混凝土氯离子渗透性新型智能预测模型,并给出了相应的步骤和算法。通过该模型分析了水胶比、水泥用量、用水量及粉煤灰掺入量4个因素对粉煤灰混凝土渗透性的影响。在此基础上,能利用有限的试验数据方便地由不同的配比对所浇注混凝土渗透性进行预测,有助于准确认识混凝土耐久性随配比参数的变化规律。通过具体实例及与BP预测方法效果对比表明,该模型构造速度高2~3个数量级,预测精度高5倍左右。因此该模型在混凝土性能预测和优化设计中具有广阔的应用前景。     

复掺粉煤灰与矿渣粉的海工自密实高性能混凝土试验研究

为满足海洋环境下高性能混凝土的施工要求,开展了复掺粉煤灰与矿渣粉海工自密实高性能混凝土的试验研究。试验结果表明,在复掺粉煤灰和矿渣粉掺量为60%～70%的条件下,掺入20%～30%粉煤灰自密实混凝土具有较高的流动性、填充性、间隙通过性和抗离析性等工作性,满足自密实混凝土的施工要求;28 d抗压强度大于50 MPa,56 d的电通量小于1 000 C,90 d扩散系数小于1.5×10-12 m2/s,具有较高的抗压强度和抗氯盐侵蚀性能,满足海洋环境下抗氯盐侵蚀的耐久性要求。     

矿物掺合料对混凝土性能影响的研究

研究了不同种类的矿物掺合料对混凝土的力学性能和抗氯离子渗透性能的影响。试验结果表明,对单掺矿物掺合料的高性能混凝土而言,在水胶比和坍落度相同的情况下,掺硅灰的混凝土的抗压强度最高,其次是掺粉煤灰的混凝土,掺矿渣的混凝土强度最低。矿物掺合料的掺入能改善混凝土抗氯离子渗透的能力,其中以硅灰为最好,其次是矿渣,粉煤灰稍差。     

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。     

矿物掺合料对除冰盐环境下混凝土氯离子扩散中劣化效应系数的影响

采用化学分析方法,测定了高强混凝土(HSC)和高性能混凝土(HPC)在3种氯盐环境中的自由氯离子分布规律。根据F ick第二扩散定律和相关公式计算了混凝土中氯离子扩散的劣化效应系数(K)。结果表明:在除冰盐环境下,不掺掺合料的HSC存在劣化现象;掺加粉煤灰(FA)的HPC不存在劣化现象;掺加硅灰(SF)能减小混凝土的劣化程度,掺量为5%时效果最佳;双掺硅灰和粉煤灰(SF FA)的HPC不存在劣化现象。     

混凝土早期裂缝成因分析及控制措施

分析了混凝土早期裂缝形成的原因，并从材料和施工方面提出了减少或防止混凝土开裂的措施。研究结果表明，选择适宜的水泥．引入一定量的矿渣粉或粉煤灰取代水泥，掺入一定量的膨胀剂和减缩剂，施工中控制内外温差，浇水养护，可以减少或防止混凝土早期开裂。     

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。     

复掺粉煤灰与石灰石粉海工自密实高性能混凝土试验研究

为满足海洋环境下高性能混凝土的施工要求,开展了复掺粉煤灰与石灰石粉海工自密实高性能混凝土的试验研究。试验结果表明,在复掺粉煤灰和石灰石粉掺量为40%的条件下,掺入10%～30%粉煤灰自密实混凝土具有较高的流动性、填充性、间隙通过性和抗离析性等工作性,满足自密实混凝土的施工要求;28 d抗压强度大于50 MPa,56 d的电通量小于1 000 C,90 d扩散系数小于1.5×10-12 m2/s,具有较高的抗压强度和抗氯盐侵蚀性能,满足海洋环境下抗氯盐侵蚀的耐久性要求。     

九江长江公路大桥索塔高性能清水混凝土耐久性研究*

九江长江公路大桥索塔施工采用C50高性能粉煤灰混凝土并要求外观达到清水混凝土质量目标。针对索塔混凝土结构施工实践及实际的使用环境,提出索塔高性能清水混凝土的外观质量控制指标及其结构的耐久性设计要求,通过试验研究骨料的碱反应活性及粉煤灰掺量对索塔清水混凝土的抗碳化、抗酸雨侵蚀、抗渗透性、抗冻融等耐久性能的影响。结果表明:选用的砂石骨料不具有碱活性,在索塔混凝土中掺入22.5%粉煤灰能改善其综合耐久性,并满足耐久性设计指标要求。     

滨海环境下清水防腐蚀混凝土配制技术

通过改变原材料种类、胶凝材料总量、水胶比、矿物掺合料用量和比例以及模板体系等因素,探索混凝土抗压强度、抗氯离子渗透性以及外观质量的变化规律。水胶比为0.34~0.38,胶凝材料用量不小于420 kg/m3,以1∶2比例掺入30%~60%的粉煤灰与矿粉,掺入20%以下的超细石灰石粉,同时运用消泡剂与引气剂对聚羧酸减水剂加以改进,严格控制原材料性能指标,并在钢模板中涂覆聚氨酯模板漆,可制备出强度等级大于C40,56 d氯离子迁移系数小于3.0×10-12m2/s,外观质量满足JGJ 169—2009《清水混凝土应用技术规程》的清水防腐蚀混凝土。     

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.     

矿物掺合料与表面涂层对混凝土抗氯离子侵蚀能力的影响

试验研究了矿物掺合料(不同掺量下单掺粉煤灰、矿渣或硅粉)、表面涂层材料(环氧树脂或聚合物水泥基防水材料)以及两者共同作用对混凝土抗氯离子侵蚀能力的影响。研究结果表明:矿物掺合料和表面涂层材料均可显著地提高混凝土的抗氯离子渗透能力;矿物掺合料的改善效果随着掺量的增加而增加,改善能力为硅粉>矿渣>粉煤灰;环氧树脂的作用效果比聚合物水泥基防水材料更明显;矿物掺合料与表面涂层结合使用效果更优。对混凝土抗氯离子渗透性能的作用机理分析表明:矿物掺合料的火山灰效应、填充效应和对氯离子的初始固化能力是改善混凝土的抗氯离子渗透性能的三个重要因素。     

富春江船闸工程大体积混凝土配合比设计

富春江船闸扩建改造工程混凝土浇筑方量大,结构复杂,耐久性要求高,混凝土裂缝控制要求严格。混凝土配合比设计通过骨料级配优化试验,选取最佳骨料级配;采用大掺量矿物合料技术路线,在混凝土中掺用矿粉和粉煤灰,降低水泥用量,降低混凝土水化热温升;通过试验选择最佳砂率,以提高混凝土体积稳定性,减少收缩;提高混凝土抗裂性能。     

上海液化天然气码头高性能混凝土配制与施工技术

为满足上海液化天然气码头高性能混凝土的设计要求,通过优选高效减水剂、硅酸盐水泥和矿物掺合料,配制出了用于不同尺寸构件的高性能混凝土.单掺矿粉的高性能混凝土应用于一般尺寸构件,复掺矿粉和粉煤灰的高性能混凝土应用于平台大体积高性能混凝土.采用预拌胶凝材料和有关技术规程进行高性能混凝土的施工,并采取措施有效控制平台大体积混凝土的温升.工程应用情况表明,高性能混凝土的抗压强度和耐久性指标满足设计要求.工程现场勘察表明,单掺矿粉的高性能混凝土构件表面平整光滑;复掺矿粉和粉煤灰有效地降低了工作平台大体积高性能混凝土的绝热温升,表面无裂缝出现.     

氯盐环境下混凝土耐久性多因素模型的试验研究及统计分析*

为了准确评估混凝土的抗氯离子渗透性和耐久性,开展了不同矿物掺合料混凝土的制备和电通量测试,根据试验数据和文献数据分析了水胶比(水灰比)、粉煤灰掺量、矿渣掺量、硅灰掺量对混凝土电通量的影响,通过回归分析研究建立了混凝土电通量的多因素计算模型,通过对试验数据和文献数据的统计分析验证了该计算模型的正确性和广泛适用性。在此基础上,通过定量计算氯盐环境下混凝土结构服役寿命,分析了混凝土水胶比、掺合料组合及其掺量对混凝土耐久性的影响。结果表明,降低混凝土的水胶比、或提高掺合料掺量均能提高混凝土耐久性;使用矿物掺合料的高性能混凝土,其耐久性明显优于普通混凝土;矿渣对混凝土耐久性的改善优于粉煤灰;复合掺加粉煤灰和矿渣对提高混凝土结构耐久性的效果更加明显。     

混凝土成熟度和氯离子扩散系数的相关性及在某工程中的应用

采用化学结合水法、氯离子快速测定法（RCM法）和混凝土成熟度测定法研究了56 d龄期内混凝土氯离子扩散系数和混凝土成熟度的关系。结果表明：混凝土氯离子扩散系数不仅随养护龄期的延长而降低,还随养护温度的升高而降低,延长养护龄期或提高养护温度均可提高胶凝材料的水化程度;室内养护混凝土试件的氯离子扩散系数与混凝土成熟度值之间呈幂函数关系,二者具有很好的相关性（R2=0.976）,利用室外养护混凝土试件的数据进行验证计算,其理论计算值与实测值具有较好的吻合性,可根据混凝土成熟度实测值预测出混凝土的氯离子扩散系数;在本工程中,沉管隧道接触海水时混凝土成熟度的推荐值为21064℃·h,控制边界值为13926℃·h,考虑外部养护温度和水化热对混凝土成熟度产生影响时,可对混凝土接触海水的龄期通过后计算进行适当的调整。     

粉煤灰在大体积混凝土中作用机理研究

针对粉煤灰混凝土在标准养护条件和变温养护条件下强度发展进行研究。发现标准养护条件下粉煤灰混凝土早期强度发展缓慢,而变温养护条件强度迅速增长;对比研究粉煤灰对水化热和绝热温升影响,发现粉煤灰可显著降低水化热和绝热温升;在绝热温升试验中发现粉煤灰水化放热峰,而水化热试验中未见粉煤灰放热峰。     

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。