混凝土氯离子扩散引起钢筋锈蚀过程的研究

本文以Ｆｉｃｋ扩散定律为基础，建立了氯离子在混凝土中扩散方式的数学模型，应用现场实测及试验资料，对钢筋钝化膜破坏所需的时间Ｔ１，进行了估算，得出氯离子扩散的分布函数，并对天津港码头进行了实例计算，其理论计算结果与实际情况十分吻合。     

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。     

养护龄期和矿物掺合料对砂浆氯离子结合能力的影响

为研究养护龄期和矿物掺合料对砂浆氯离子结合能力的影响规律,通过比较不同氯离子浓度检测方法的准确度和重现性,确定自动电位滴定法为最佳检测方法。采用自动电位滴定法,对不同养护龄期和掺入不同矿物掺合料的砂浆试样进行水溶性氯离子和酸溶性氯离子研究。结果表明,砂浆中水溶性氯离子含量随龄期延长而逐渐降低,而酸溶性氯离子含量与龄期无关;矿物掺合料中活性SiO_2和活性Al_2O_3含量,决定着固化氯离子能力;在中长龄期(180d)下,粉煤灰对氯离子的固化能力要大于矿粉的。     

考虑荷载作用效应的混凝土中氯离子扩散细观数值模拟

混凝土结构在海洋环境中不只遭受氯离子的侵蚀,并且还承受荷载作用.文章将混凝土看作由固化水泥砂浆、界面过渡区与碎石粗骨料构成的三相复合材料,认为氯离子传输扩散行为只发生在固化水泥砂浆和界面过渡区中;基于荷载作用使混凝土孔隙率发生变化、孔隙率变化导致氯离子扩散系数变化的假设,提出了考虑荷载作用效应的混凝土中氯离子扩散系数模...     

混凝土氯离子二维扩散模型及工程验证

建立了氯离子在混凝土中扩散的二维模型,给出了解析解.通过几个工程实例对二维模型进行验证,结果表明,混凝土氯离子实测值与二维模型预测值完全相符,取得了满意的验证效果.     

ABAQUS在混凝土中氯离子时变扩散中的应用

为验证ABAQUS有限元软件在混凝土中氯离子时变扩散分析的可行性,对已有试验采用ABAQUS有限元程序进行分析,并通过编写USDFLD子程序考虑扩散系数、表面氯离子浓度随时间变化的影响。同时也对有限元分析中的单元尺寸、模型尺寸进行了讨论。分析结果表明,ABAQUS有限元分析能很好地拟合试验数据;ABAQUS内置的Mass Diffusion(MD)模块可以较好地模拟不考虑时变效应时的氯离子扩散情况,而利用USDFLD子程序可以进一步地考虑扩散系数及表面氯离子浓度的时变影响。研究的有限元模型中,单元尺寸小于扩散方向长度的5%时,可以达到较高的精度水平;不同厚度的模型之间的氯离子扩散存在着差异。     

氯离子扩散理论

本文以Fick第二定律为基础，详细地推导氯离子的稳态扩散过程及变系数Dt的非稳态扩散过程，该公式是利用有效扩散系数进行结构耐久寿命预测和新建结构砼配合比设计的基础。并简要介绍了目前判定砼氯离子扩散系数的新方法。     

基于混凝土三维球形随机骨料模型的氯离子扩散细观数值模拟

当前对于海洋环境下混凝土结构中氯离子的扩散问题的数值模拟研究大多停留在宏观层面,没有考虑混凝土细观结构的影响。针对这一问题,建立了混凝土三维球形随机骨料细观模型,并基于该模型提出了混凝土中氯离子扩散细观数值模拟方法。混凝土三维球形随机骨料模型以随机过程理论为依据,考虑了骨料粒径大小和位置分布的随机性,更接近实际情况;基于该模型的氯离子扩散细观数值模拟方法能够从细观层面反应混凝土中氯离子扩散规律,可以作为混凝土中氯离子扩散研究的重要手段。在此基础上研究了混凝土细观结构对氯离子扩散的影响,结果表明:界面过渡区厚度和扩散系数越大时,经扩散进入混凝土中的总体氯离子含量越多,但混凝土浅层区域内的氯离子含量越少;随着粗骨料体积分数的增加,混凝土中相同深度处的氯离子浓度降低。     

干湿循环对粉煤灰混凝土中氯离子渗透性能的影响

文中通过干湿循环和氯盐溶液浸泡对比试验,研究了干湿循环对粉煤灰混凝土中氯离子渗透性能的影响。结果显示:干湿循环试件中自由氯离子含量的分布与浸泡试件中自由氯离子含量的分布一样,由表向内逐渐减小;干湿循环加快了试件中氯离子的侵蚀速度;干湿循环对氯离子侵蚀速度的影响随着向试件内部的深入逐渐减弱,随着氯盐溶液侵蚀时间的延长逐渐减弱,随着氯盐溶液浓度的增大逐渐增大。     

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。     

掺合料对胶凝材料水化热及混凝土氯离子扩散系数的影响

分别利用水化热测定仪和自然浸泡法研究了掺合料对胶凝材料水化热及对混凝土内氯离子扩散系数的影响,结果表明:单掺粉煤灰或矿渣时,胶凝材料的放热总量和最大放热速率随掺合料掺量的增加而降低,粉煤灰混凝土内的氯离子扩散系数随粉煤灰掺量的增加先减小后增大,当掺量为30%时氯离子扩散系数最小,矿渣混凝土的扩散系数随矿渣掺量的增加而降低;复掺粉煤灰和矿渣时,复合胶凝材料的放热总量及最大放热速率均低于单掺粉煤灰或矿渣时的胶凝材料,且放热总量随着复合胶凝材料掺量的增加而降低,复合掺合料混凝土内的氯离子扩散系数随掺量的增加而降低,且均低于同比例单掺粉煤灰或矿渣时混凝土内的氯离子扩散系数.     

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。     

荷载场和氯离子扩散场共同作用下的钢筋混凝土构件分析

为讨论荷载场与氯离子扩散场的共同作用,引入考虑荷载作用下的混凝土损伤影响函数Fd,采用ABAQUS有限元软件的USDFLD子程序开发功能,在内置的Mass Diffusion模块中考虑荷载作用和力学损伤对氯离子扩散的影响,实现钢筋混凝土构件层次荷载场和氯离子扩散场的多物理场共同作用分析。结果表明:有限元计算结果和试验结果吻合良好;随着荷载比的增大,氯离子在混凝土中的扩散速度逐渐加快,且拉应力对氯离子扩散的促进作用远大于压应力。为探究氯离子在混凝土中的扩散规律提供了一种新方法。     

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.     

Influence of the slice position on chloride migration tests for concrete in marine conditions

Chloride migration tests are used to measure the concrete capacity to inhibit chloride attack. Many researchers carry out this test in a slice of concrete extracted from the central part of cylindrical specimens, discarding about 75% of the concrete used to mold the specimens. This fact generated the question: would it be possible to extract more slices from a same specimen without losing the confidence in the results? The main purpose of this work is to answer this question. Moreover, another aim of this study was to show the difference of chloride penetration between finished faces and the formwork surfaces of concrete beams and slabs. The results indicated that it is possible to use more slices of a single specimen for a chloride migration test. Moreover, it was demonstrated that there is a significant difference of chloride penetration between the finished surface and the formwork surface of the specimens.