干湿循环下受弯钢筋混凝土梁的氯盐侵蚀

为探究弯曲荷载对干湿交替环境下钢筋混凝土梁内氯离子输运的影响,引入混凝土标量损伤作为耦合中间量,并拟合氯离子的荷载修正函数修正不同损伤部位的氯离子扩散系数,建立干湿循环与弯曲荷载耦合作用下混凝土梁中的氯盐和水分的输运模型。在此基础上,基于COMSOL软件,提出一种混凝土中氯盐侵蚀的数值模拟方法,并以弯曲荷载、侵蚀时间为变量,进行干湿循环试验验证。研究结果表明:随着弯曲荷载、侵蚀时间增加,混凝土梁内同一位置处的氯离子质量分数提高;对于同一试验梁,纯弯段氯离子质量分数比弯剪段的高;弯曲荷载影响构件的损伤范围和程度,进而影响氯离子在混凝土内的传输。     

不同介质冻融对高强混凝土的损伤及抗氯盐侵蚀性的影响

为研究不同介质条件对高强度混凝土冻融损伤及抗氯盐侵蚀性的影响,分别以清水和盐水为介质,对高强混凝土试块进行了快速冻融试验。并将冻融后试块置于氯盐溶液中进行浸泡试验,比较了不同介质下高强混凝土冻融损伤形态、质量损失率和饱和吸水率等方面的差异,分析了冻融对高强混凝土氯离子分布规律和氯离子扩散系数的影响。试验结果表明,盐冻条件下高强混凝土表层损伤更严重,质量损失率和饱和吸水率也均大于水冻;冻融试块的饱和吸水率曲线呈现出先水平、再下降、后回升的变化趋势;高强混凝土表层氯离子浓度和氯离子扩散系数均随着冻融次数而增加,分别与冻融次数的0.5次方和1次方呈线性关系,同时还受到冻融介质的影响;随着冻融次数的增加,盐冻时混凝土表面氯离子浓度和氯离子扩散系数的增长相比水冻分别快1.1倍和1.69倍。     

耦合因素对疲劳荷载作用下混凝土氯离子渗透性能的影响

采用自行设计的试验装置分别对疲劳-氯盐耦合作用下混凝土中的氯离子渗透性能及先疲劳后渗透混凝土中的氯离子渗透性能进行了相关研究,试验中施加的荷载水平(疲劳上限)分别为12MPa、16 MPa和20 MPa,疲劳次数为100万次.同时采用超声波速表征疲劳荷载作用下混凝土的损伤,从微观角度对疲劳荷载作用下混凝土的损伤程度进行了验证.结果表明:随着荷载水平的增大,混凝土超声波速逐步减小,损伤程度逐步增加;耦合因素加速了疲劳荷载作用下混凝土中氯离子的渗透性能,且随着荷载水平的增大,混凝土渗透性能进一步加剧.     

冻融和碳化作用对混凝土氯离子侵蚀的影响

对4种不同配比混凝土先后进行冻融循环(0,50,150次)、加速碳化(0,1,2星期)和氯离子侵蚀,以研究冻融、碳化作用对混凝土氯离子侵蚀的影响.通过压汞法和选择电极法分别测定不同作用后混凝土的孔径分布和氯离子含量及其毛细吸收变化情况.结果表明:冻融循环增大混凝土孔隙率,作为混凝土损伤的动力源,为氯离子侵蚀创造更为有利的条件;冻融次数越多,造成的氯离子侵蚀越严重;碳化反应破坏混凝土基体原有的过滤机制,并促进Friedel盐分解,使氯离子含量增多;冻融与碳化均不同程度增大混凝土毛细吸水性能,两者共同作用较单独作用时的氯离子侵蚀严重得多.对混凝土结构进行耐久性设计和使用寿命预测时,必须考虑和引进冻融、碳化及其他因素的复合作用.     

受冻融混凝土表面处理后的暴露试验研究

采用硅烷凝胶对受冻融混凝土进行表面处理,通过室外暴露试验研究受冻融混凝土表面处理后的的抗氯离子侵蚀和抗碳化性能,并对防护机理进行分析。结果表明:表面处理能明显提高受冻融混凝土抗氯离子侵蚀能力,其效果与混凝土冻融损伤程度、渗透型涂料用量有关;由于受到混凝土冻融损伤程度和环境气候的影响,受冻融混凝土的抗碳化性能有所差异。基于试验结果,引入渗透型涂料影响系数δs与冻融损伤因子ω对碳化模型进行了修正。     

弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子扩散性能

通过对疲劳损伤机理的分析,针对损伤发展的第2阶段,采用不同疲劳循环次数比对应的残余拉应变与疲劳破坏时对应的极限残余拉应变的比值来定义损伤变量,重点研究了疲劳载荷与氯盐协同作用下结构混凝土的耐久性及其寿命预测方法.研究结果表明:随着疲劳损伤所产生的残余拉应变的增大,氯离子在混凝土中的扩散系数逐渐增加;当残余拉应变超过60×10-6时,其增加幅度开始变得显著;当残余拉应变增加到120×10-6时,氯离子扩散系数提高了1个数量级.因此,在海洋大气环境与疲劳载荷的协同作用下,结构混凝土的服役寿命大大缩短.这些方法与结论可为疲劳载荷与环境因素协同作用下混凝土的耐久性设计与评估提供依据.     

养护方式对混凝土表层渗透性的影响

为了探讨混凝土获得良好的表层抗氯离子渗透性对早期湿养护时间的需求,设置了4种不同的养护方法,将一直湿养护条件下的混凝土表层氯离子扩散系数与抗压强度进行关联,研究了养护方法对不同强度等级的混凝土表层氯离子渗透性的影响规律。研究结果显示:混凝土的表层氯离子渗透性比抗压强度和本体氯离子渗透性对湿养护时间的敏感性更高,缩短湿养护时间会明显降低混凝土的表层抗氯离子渗透性;高强混凝土的表层氯离子渗透性对湿养护时间长短的敏感性比中等强度等级和低强度等级混凝土的表层氯离子渗透性略低;为使混凝土获得良好的表层抗氯离子渗透性,需保证混凝土有足够的(14d以上)湿养护时间。     

混凝土抗氯离子渗透性试验方法

为配合《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GBJ82-85)的修订,促进对混凝土抗氯离子渗透性试验方法的了解与交流,对国内外混凝土抗氯离子渗透性试验方法及标准进行了充分的调研.详细调查了国内外混凝土抗氯离子渗透性试验方法和测试技术的标准规范,比较了各种试验方法或测试技术的原理和适用范围,并分析了各种试验方法的优缺点.混凝土的抗氯离子渗透性是其耐久性的重要指标之一,建议在《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中补充混凝土抗氯离子渗透性试验方法.     

引气混凝土在冻融循环过程中的氯离子渗透与孔结构

C30和C50引气混凝土在3.5%NaCl溶液中自然浸泡或快速冻融循环,测试盐冻过程中混凝土表面和内部的超声声时,混凝土中的氯离子浓度分布及孔结构演变。研究结果表明:超声声时较好反映了混凝土在盐冻过程中的损伤演化,其表面和内部超声声时均先下降,后保持稳定,当混凝土剥落严重时迅速上升;冻融循环过程中的低温环境降低了混凝土表面氯离子浓度和氯离子扩散速度,但冻融损伤程度的增加将导致混凝土中氯离子扩散速度的提高;盐冻循环50,150和400次时,C50混凝土中孔径大于100 nm毛细孔数量由31.85%提高到42.70%和56.60%,孔径大于0.1 mm的微裂纹数量由12.80%降低为8.37%,并最终提高到25.29%。此外,混凝土经过150次冻融循环,相比于C30混凝土,C50混凝土中孔径大于100 nm的毛细孔数量降低20.10%,微裂纹数量降低43.44%。     

氯离子环境下钢筋混凝土构件多筋锈胀破坏模式

针对钢筋锈胀与氯离子扩散相互加强的非线性破坏过程开展了数值模拟研究,基于软件ABAQUS平台,通过二次开发,提出了考虑多根钢筋作用下氯离子扩散与混凝土损伤的过程耦合分析方法.根据已有文献的试验结果,验证了提出的过程耦合分析方法的有效性.基于过程耦合分析方法,讨论了外部氯离子环境、初期混凝土中氯离子掺入量及配筋率对钢筋混凝土结构使用状态的影响.模拟结果表明:钢筋混凝土结构设计时应根据外部环境控制初期氯离子的掺入量;对于外部氯离子含量高的地区,表面出现损伤现象的结构应尽早采取维护措施;氯离子环境下,配筋率的提高会加速钢筋混凝土结构表面裂纹的出现.因此,设计处于高氯离子含量环境中的钢筋混凝土结构应考虑服役过程中结构渐近退化对其承载能力的影响.