混凝土矩形截面氯离子二维扩散的影响分析

选择常规截面,遵循二维扩散模型,研究扩散系数、扩散时间、钢筋位置、氯离子边界质量分数及构件截面尺寸等对氯离子二维扩散的影响程度.结果表明,扩散系数和扩散时间既影响氯离子二维扩散区域,又影响氯离子扩散程度,两者值越大,二维扩散区域越大,氯离子质量分数越高;钢筋位置是决定钢筋初锈时间的重要因素;氯离子边界质量分数对氯离子二维扩散区域均无影响,但对氯离子扩散程度影响明显.     

预应力混凝土结构的氯离子二维扩散理论

针对无限大的扩散介质,以综合考虑氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性和环境温湿度影响的实际预应力混凝土氯离子方程为基础,分别在常数和幂函数边界条件下,推导出二维氯离子扩散理论的齐次模型.同时根据常数边界条件,模拟氯离子在二维的扩散行为,满足实际的边界条件,模拟值与试验值吻合良好.通过试验发现氯离子扩散在相邻两个表面非稳步同时进行的特点,并且分别探讨了水胶比与应力水平对预应力混凝土结构氯离子扩散的影响.     

氯离子侵蚀混凝土及细观参数影响的近场动力学模拟

为了研究混凝土细观参数对氯离子扩散过程的影响,建立了饱和混凝土中氯离子扩散的近场动力学细观模型.该模型采用氯离子浓度的积分代替经典局部模型中的浓度空间微分,使用"键"将氯离子从一个材料点输运到另一个材料点.通过与有限元模型计算结果进行对比,验证了模型的可行性和有效性;讨论了骨料分布、骨料体积分数、骨料级配、界面过渡区(ITZ)厚度和ITZ扩散系数等细观参数对氯离子扩散过程的影响.结果表明:骨料分布对氯离子扩散过程的影响可忽略;随着骨料体积分数的增加,氯离子扩散速度先减小后增大;而骨料级配与氯离子扩散速度没有明显相关度.同时,随着ITZ厚度和ITZ扩散系数的增加,氯离子扩散速度小幅增加.     

饱和开裂混凝土氯离子二维扩散的数值模拟

对饱和状态下开裂混凝土裂缝附近区域氯离子的二维扩散进行了数值模拟.以Fick第二扩散定律(FSDL)修正模型及二维氯离子扩散理论模型为基础,建立了开裂混凝土氯离子扩散有限差分数值模型,并编制了计算程序.通过与试验结果的对比,证明了模型的有效性.利用建立的模型分析了裂缝、水胶比、衰减系数和时间因素对氯离子扩散的影响,提出了裂缝影响区的概念.在裂缝影响区内,氯离子呈二维扩散,在其外,氯离子呈一维扩散;在时间上,氯离子扩散存在快速期、过渡期与缓慢期;从长期来看,裂缝深度对氯离子的扩散影响显著,而裂缝宽度几乎对其无影响.     

考虑再生粗骨料随机分布的混凝土氯离子扩散细观数值模拟

考虑粗骨料分布的随机性及氯离子结合的非线性对氯离子扩散性的影响,对再生混凝土中氯离子扩散进行数值建模与细观仿真分析,并将数值模拟结果与已有试验数据进行对比;通过改变老硬化砂浆扩散系数、新硬化砂浆扩散系数、老界面过渡区扩散系数及浸泡时间,对比研究了不同情况下再生混凝土中氯离子的扩散特性.结果表明:数值模拟结果与试验结果接近;再生混凝土中氯离子沿扩散深度方向呈波浪式下降;随着扩散系数的增大及浸泡时间的增长,氯离子扩散速度加快;随着再生粗骨料取代率的增加,氯离子扩散速度也增加;相同扩散深度处,不同随机骨料模型中氯离子含量最大值接近,说明所采用的随机骨料模型模拟结果具有较好的稳定性.     

时变扩散系数对混凝土结构服役寿命的影响

基于氯离子二维扩散模型考虑混凝土氯离子扩散衰减系数及其随机性,计算了氯盐侵蚀下混凝土结构的可靠度及服役寿命。为克服传统可靠度敏感系数的缺陷,分析氯离子扩散衰减系数及其随机性对混凝土结构耐久性的影响,根据全微分公式导出了可靠度对随机变量均值和变异性的无量纲敏感系数。计算结果表明,忽略氯离子扩散系数时变性会导致显著地低估结构服役寿命,而不考虑衰减系数的随机性又会明显地高估结构耐久性能。敏感性分析结果表明,混凝土氯离子扩散衰减系数与混凝土保护层厚度对氯盐侵蚀下混凝土结构耐久性的影响占主导地位,并随着服役时间的增加,衰减系数的影响会超过混凝土保护层厚度。     

混凝土氯离子扩散理论模型

回顾了混凝土氯离子扩散理论模型研究的基本进展,指出了混凝土氯离子扩散研究中存在的问题:材料非均质性、有限大体、多维扩散、可变扩散系数与可变边界条件、结构微缺陷对扩散的加速作用、氯离子结合能力及其非线性等.针对多个暴露面的有限大长方体的氯离子扩散,引进了氯离子扩散的劣化效应系数和时间依赖性常数,提出了线性氯离子结合能力及其非线性系数,采用幂函数和指数函数修正了时间边界函数,系统地解决了混凝土的氯离子扩散理论问题.经过严密的数学推导,在理论上得到了综合考虑氯离子结合能力、氯离子扩散系数的时间依赖性和结构微缺陷影响的混凝土氯离子扩散新方程.结果表明,混凝土氯离子扩散新方程的简化表达式与Fick第二扩散定律在形式上完全一致.     

混凝土C_S和D双时变下氯离子浓度分布解析解

为了准确分析氯离子侵蚀环境下混凝土结构的耐久性,同时考虑表面氯离子浓度和扩散系数的时变性对混凝土中氯离子扩散过程的影响。首先应用变量代换法、Laplace积分变换及其逆变换,建立了同时考虑混凝土表面氯离子浓度和扩散系数时变性的氯离子扩散解析解。通过算例分析验证了解析解的正确性,并对比研究了表面氯离子浓度和扩散系数的时变性对混凝土中氯离子扩散的影响。结果表明,两个参数的时变性都会对混凝土中氯离子浓度分布产生显著影响,且随着计算深度增大,双时变影响越显著,其中扩散系数的时变性影响更大。因而,混凝土结构耐久性分析和设计中应同时考虑表面氯离子浓度和氯离子扩散系数的时变性。     

碳化程度对混凝土中氯离子扩散系数的影响

为研究碳化程度对混凝土中氯离子扩散系数的影响,通过室内混凝土快速碳化试验获得不同碳化程度的混凝土试块,再结合氯离子快速渗透试验,计算各混凝土试块的氯离子扩散系数.试验结果表明:完全碳化试件与部分碳化试件的氯离子扩散系数未见明显差别;而完全未碳化试件的氯离子扩散系数最大,与已碳化试件有明显差距.混凝土的碳化会降低氯离子的扩散系数;碳化使混凝土的孔隙率降低、密实度提高,一定程度上阻止了氯离子向混凝土内部扩散,完全碳化试件的氯离子扩散系数约为未碳化试件的1/2左右.利用pH计对部分碳化试件进行了测试,结果表明方法可行.     

多场耦合作用下氯离子分布场的数值模型

为了研究温度场、湿度场和CO2分布场对氯离子分布场的影响,基于Fick扩散定律和质量守恒定律,主要考虑氯离子扩散系数、湿度以及氯离子结合和释放4个敏感参数,推导了混凝土中氯离子三维分布场控制方程,给出了初始条件和边界条件.利用ANSYS内部集成的参数化程序设计语言APDL建立了数值分析框架.结合试验参数,进行了湿度场作用下混凝土中氯离子分布场的数值计算,并进行了模型参数敏感性分析.结果表明:该模型可以实现不同边界条件下二维和三维多场耦合的数值计算.湿度扩散系数、氯离子扩散系数、边界氯离子浓度以及氯离子结合等温线的取值对氯离子浓度分布影响显著.数值计算结果与实验结果吻合良好,数值模型具有足够的可靠性.     

有限差分法氯离子侵入混凝土计算模型

根据氯离子侵入混凝土的主要途径和来源，阐明氯离子侵入混凝土的机理．分析氯离子侵入混凝土的现有计算模型及其局限性．综合考虑水泥的品种、温度、湿度和时间等因素对氯离子扩散系数的影响，建立基于有限差分法的氯离子侵入混凝土的计算模型．经验证，该模型较好地反映实际情况。     

水泥基复合材料湿度扩散特性细观数值模拟研究

运用Weibull统计分布方法描述材料的非均匀性,并结合质量扩散与统计分布理论建立了水泥基复合材料湿度扩散的细观数值模型.对水泥基复合材料内湿度变化规律的数值模拟研究表明：砂浆的湿度场不仅受温度的影响,还受到湿度本身的影响,湿度和温度的升高对湿度的扩散具有加速作用.砂浆的细观非均匀性对湿度扩散影响显著.试样的均匀程度越低,其内包含的孔隙就越多,这有利于湿度的扩散;反之,如果试样的均匀程度越高,则越不利于湿度的扩散.砂浆试样的宏观有效湿度扩散系数随Weibull分布函数中均质度系数的增加呈负指数衰减趋势.在混凝土中,骨料颗粒占有较高的体积分数,而其湿度扩散性能却较低,这在一定程度上降低了混凝土的宏观湿度扩散性能.研究结果表明,混凝土的湿度扩散系数随其骨料含量增加基本呈线性递减变化关系.     

基于内部湿度试验的早龄期混凝土水分扩散系数求解

为了求解干燥条件下混凝土内部水分分布,提出了一种早龄期混凝土水分扩散系数的求解方法。试验测定混凝土内部相对湿度随时间的变化,求解水汽扩散的非线性方程,获得了干燥过程中混凝土水分扩散系数与相对湿度(或水分含量)的数量关系。计算结果证明:水分扩散系数随含水量的增加而非线性增大;相对湿度90%以上时扩散系数随湿度变化显著,90%~40%时扩散系数随湿度变化趋缓,40%以下时基本不变。     

干湿循环下氯盐对现浇混凝土硫酸盐

盐渍土地区地表及地下现浇混凝土结构往往遭受多离子 干湿交替的复合侵蚀作用.利用室内试验条件模拟实际工程中地下现浇混凝土结构复合侵蚀过程.测定了试件的尺寸、质量、抗压强度变化及硫酸盐在不同深度的分布情况,进一步采用SEM（扫描电子显微镜）、XRD（X射线衍射）及EDS（电子能谱测试）观察了混凝土试样微观结构及物相变化,并对比和分析了干湿循环条件下氯盐对硫酸盐在现浇混凝土中扩散规律的影响.结果发现,干湿及氯盐影响下现浇混凝土硫酸盐侵蚀更为剧烈,干湿条件下复合侵蚀的混凝土试样在腐蚀后期强度显著降低,氯盐影响下现浇混凝土中硫酸盐的扩散和积累速度更快.研究表明,干湿交替下氯盐对硫酸盐腐蚀存在协同加速效应,氯盐促进了硫酸盐在现浇混凝土中的扩散及积累.     

干湿循环次数对氯离子扩散系数的影响

研究了4种混凝土干湿循环次数与氯离子扩散系数的关系.通过测定各混凝土在盐湖卤水-干湿循环环境下的氯离子含量,应用三维扩散理论模型计算氯离子扩散系数.结果表明:各混凝土的氯离子扩散系数(Dcx)与干湿循环次数呈幂指数函数关系,Dcx值与干湿循环次数、粉煤灰和矿渣的掺量呈正相关关系;与硅灰的掺量呈负相关关系.     

基于氯离子时变扩散钢筋混凝土锈胀裂缝时变可靠度研究

基于氯离子Fick扩散定理和法拉第定律,通过研发的四电极传感器体系获得含氯离子混凝土模拟液中腐蚀电流密度规律以及混凝土中氯离子时变扩散系数,建立氯离子时变扩散钢筋腐蚀速率模型;在此基础上基于弹性断裂力学和坑蚀模型,建立坑蚀锈胀裂缝时变可靠度模型,采用Monte Carlo方法求得钢筋混凝土锈胀裂缝时变可靠度.研究表明,基于研发的MnO2参比电极四电极传感器体系平均腐蚀电流密度随氯离子浓度增加而线性增加,随时间增加趋于恒定.采用考虑氯离子时变扩散钢筋腐蚀电流在服役期间钢筋腐蚀电流密度减小.坑蚀锈胀裂缝开始时间在第10~15年;随保护层厚度和钢筋直径增加以及表面氯离子浓度减小,钢筋混凝土坑蚀裂缝宽度减小.研究结果对氯离子诱发的钢筋混凝土坑蚀腐蚀裂可靠度预测具有重要的参考价值.     

海洋环境下混凝土中钢筋表面氯离子浓度的随机模型

分析了海洋环境下氯离子在混凝土中的传输机理及其随机扩散过程．将扩散系数作为随机数,混凝土表面氯离子浓度、保护层厚度作为随机变量,建立混凝土中钢筋表面氯离子浓度分布的随机模型,推导出钢筋表面氯离子浓度的均值和方差．算例结果表明,该模型的计算值较传统的Fick扩散定律更接近试验值,可用于预测海洋环境下混凝土中钢筋表面的氯离子浓度．