干湿循环作用对非饱和锂渣混凝土氯离子扩散性能的影响

针对经受干湿循环作用下氯离子侵蚀致使混凝土耐久性劣化的问题,采用在不同环境相对湿度条件下浸泡和喷淋的方式模拟干湿循环作用,通过测定侵入混凝土试件内部不同深度的自由氯离子含量和氯离子总含量,借鉴生长曲线函数中的Hill模型,探讨了干湿循环作用下,锂渣的掺量、环境相对湿度以及侵蚀氯盐质量分数等因素对混凝土氯离子扩散性能的影响。研究结果表明:干湿循环作用下,随着环境相对湿度的降低和侵蚀氯化钠溶液质量分数的增大,侵入混凝土内部的氯离子总含量达到阀值所需要的时间逐渐延长。锂渣替代水泥20%时,Hill系数n值最小,侵入混凝土内部氯离子总含量达到阀值所需要的时间最长。锂渣混凝土内部取样深度1~5mm时,自由氯离子含量排序为(RH=40%条件)(RH=80%条件)(RH=60%条件)(RH=100%条件)。干湿循环作用下,混凝土内部的氯离子总含量并不随着相对湿度的递减而单调增加。     

干湿循环作用对非饱和锂渣混凝土氯离子扩散性能的影响

针对经受干湿循环作用下氯离子侵蚀致使混凝土耐久性劣化的问题,采用在不同环境相对湿度条件下浸泡和喷淋的方式模拟干湿循环作用,通过测定侵入混凝土试件内部不同深度的自由氯离子含量和氯离子总含量,借鉴生长曲线函数中的Hill模型,探讨了干湿循环作用下,锂渣的掺量、环境相对湿度以及侵蚀氯盐质量分数等因素对混凝土氯离子扩散性能的影响。研究结果表明:干湿循环作用下,随着环境相对湿度的降低和侵蚀氯化钠溶液质量分数的增大,侵入混凝土内部的氯离子总含量达到阀值所需要的时间逐渐延长。锂渣替代水泥20%时,Hill系数n值最小,侵入混凝土内部氯离子总含量达到阀值所需要的时间最长。锂渣混凝土内部取样深度1～5 mm时,自由氯离子含量排序为(RH=40%条件)(RH=80%条件)(RH=60%条件)(RH=100%条件)。干湿循环作用下,混凝土内部的氯离子总含量并不随着相对湿度的递减而单调增加。     

干湿循环作用对非饱和锂渣混凝土氯离子扩散性能的影响

针对经受干湿循环作用下氯离子侵蚀致使混凝土耐久性劣化的问题,采用在不同环境相对湿度条件下浸泡和喷淋的方式模拟干湿循环作用,通过测定侵入混凝土试件内部不同深度的自由氯离子含量和氯离子总含量,借鉴生长曲线函数中的Hill模型,探讨了干湿循环作用下,锂渣的掺量、环境相对湿度以及侵蚀氯盐质量分数等因素对混凝土氯离子扩散性能的影响。研究结果表明:干湿循环作用下,随着环境相对湿度的降低和侵蚀氯化钠溶液质量分数的增大,侵入混凝土内部的氯离子总含量达到阀值所需要的时间逐渐延长。锂渣替代水泥20%时,Hill系数n值最小,侵入混凝土内部氯离子总含量达到阀值所需要的时间最长。锂渣混凝土内部取样深度1~5mm时,自由氯离子含量排序为(RH=40%条件)(RH=80%条件)(RH=60%条件)(RH=100%条件)。干湿循环作用下,混凝土内部的氯离子总含量并不随着相对湿度的递减而单调增加。     

干湿交替作用下氯离子在开裂混凝土中的输运规律

为了获得干湿交替作用下氯离子在开裂混凝土内的侵蚀规律,采用双重孔隙介质模型,考虑氯离子在混凝土孔隙内的线性结合,将水分和氯离子在混凝土和裂缝内的迁移分别表示为扩散形式和对流-扩散形式,得出不同饱和度下的水分扩散方程和氯离子对流-扩散方程,以及Rayleigh-Ritz分布下相应的水分扩散系数随孔隙饱和度的变化规律,并采用有限单元法计算干湿交替作用下的水分和氯离子在一规则开裂混凝土内的迁移过程,得出的干燥与湿润过程中的氯离子侵蚀结果与试验结果较吻合.模拟结果表明:在干湿交替作用下,裂缝深度对超出裂缝部分的氯离子影响较大,而裂缝宽度、循环周期、初始饱和度对混凝土和裂缝中的氯离子浓度影响较小.     

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。     

干湿循环-硫酸盐作用的混凝土中硫酸根离子分布预测

以影响混凝土中硫酸根离子分布的混凝土水灰比、环境中硫酸根离子浓度、侵蚀龄期和侵蚀深度4种影响因素为参数,以试验数据为训练样本,基于BP神经网络算法,建立了干湿循环-硫酸盐侵蚀作用下混凝土中硫酸根离子分布拟合及预测模型.经验证,该模型对硫酸盐侵蚀作用下混凝土中硫酸根离子分布具有良好的拟合及预测效果.     

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.     

混凝土中氯离子三维扩散模型及参数拟合

提出了基于ANSYS有限元分析和试验实测数据拟合的混凝土中氯离子三维非稳态扩散模型.该模型可以模拟混凝土与海水接触表面氯离子随时间变化的累积效应、氯离子扩散系数随时间和氯离子浓度的变化,以及氯离子反应率对扩散的影响.根据非稳态扩散方程与导热方程的相似性,用ANSYS有限元软件参数化设计语言编程方法,实现了数值模拟分析;利用ANSYS的优化设计功能,以有限元数值计算结果与实测数据的误差平方和最小为优化目标,拟合氯离子扩散试验的实测数据,得到数值模拟所需的模型参数.计算表明:模型能比较好地拟合长期海洋环境暴露试验的实测数据,为海洋环境中使用的混凝土结构的耐久性设计提供参考依据.     

新老混凝土界面区氯离子传输特征与模型

为研究新老混凝土界面区氯离子传输的特征及模型，制作了不同水灰比搭配、不同界面凿毛深度的新老混凝土接合体试件，进行为期90 d的氯盐溶液干湿循环侵蚀试验.然后对各试件不同位置处的氯离子浓度进行测试，据此分析界面区氯离子传输特征，并结合相关文献中本体混凝土氯离子传输模型建立界面区氯离子传输模型.结果表明：界面区氯离子浓度明显高于两侧新老混凝土本体区域，氯离子传输存在典型的界面区效应；当新老混凝土水灰比相同且界面未凿毛时，界面区呈现出良好的对称性；而当水灰比不同或(和)界面凿毛时，界面区呈现出非对称性，界面区重心偏向水灰比较高的老混凝土一侧，且水灰比差距越大或(和)凿毛深度越大，界面区向老混凝土一侧的偏移也越多，同时界面区效应水平也越弱.通过与其他试验结果的对比，验证了界面区氯离子传输模型具有较好的适用性.     

混凝土在浸泡和干湿循环作用下的抗氯盐侵蚀性能

该文采用自然浸泡和干湿循环试验方法研究了不同浓度氯盐浸泡的混凝土在干湿循环后的盐胀破坏特征。研究结果表明,混凝土经氯盐溶液干湿循环作用后,随干湿循环龄期增加,其抗压强度略有下降,抗折强度下降明显。微观分析发现,经干湿循环作用后,氯离子含量高的溶液对混凝土侵蚀较为严重,全浸泡对混凝土的强度影响较小。     

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．     

考虑对流条件下氯离子在混凝土中的输运计算

将氯离子在混凝土中的输运区分为对流-扩散耦合区和扩散区,分别采用分离变量法和变量代换法对耦合区和扩散区氯离子输运进行求解,得到对流作用条件下氯离子在混凝土中输运的解析解.通过对耦合区解答稳定性分析确定了耦合区氯离子计算参数取值范围:叠加项n≥100,耦合区氯离子影响深度l≥1 000mm.算例分析表明,在对流作用条件下,对流深度、渗流速率和C0(初始自由氯离子质量与混凝土质量比)与C(混凝土中自由氯离子质量与混凝土质量比)累积呈正相关,但随计算时间增大,对流深度和渗流速率增大时,C差异增大,而C0增大时,C差异变小.通过对38年的对流区混凝土中C的拟合验证了计算模型的准确性.     

考虑吸附和扩散的页岩视渗透率及其与温度、压力之关系

页岩纳米级孔隙中气体渗流存在吸附、扩散和滑脱效应,为了表征其渗流能力,并分析温度和压力对它的影响,利用Polanyi吸附理论和Langmuir等温吸附方程并结合纳米孔中气体扩散和渗流方程得到了考虑吸附、扩散和滑脱效应的页岩视渗透率的计算模型.计算发现:甲烷吸附层厚度随压力的降低而减小,随温度的降低而增加,并且压力越低温度的影响越大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率虽然同仅考虑扩散和滑脱的视渗透率一样都随温度的下降而减小,但整体要低于后者,且下降幅度更大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率与仅考虑扩散和滑脱时的视渗透率之间的差异随着压力的降低而逐渐减小;考虑吸附、扩散和滑脱的视渗透率与达西渗透率的比值随压力的降低先减小后增加,最终趋近于仅考虑扩散和滑脱时的情况.     

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.     

高地温对混凝土氯离子渗透性能影响分析

混凝土的抗氯离子渗透性是混凝土耐久性的一个重要指标,影响到引水隧洞等工程的使用寿命。为获得高地温对混凝土氯离子扩散的影响规律,在电通量法获得不同养护温度条件下,混凝土的抗氯离子渗透实验结果的基础上,采用非线性氯离子吸附模型与温度耦合的数值计算方法,分析了不同温度梯度条件下混凝土氯离子扩散规律。结果表明:20～60℃混凝土抗氯离子渗透性能随温度升高而增强; 60～90℃抗氯离子渗透性能随温度升高而迅速降低;随时间的推移自由氯离子在混凝土中呈非线性扩散且深度不断增大,直至穿透混凝土。因此,进行氯离子在混凝土中的扩散分布研究,可以客观地预测混凝土的服役寿命。     

海洋环境下混凝土方桩使用寿命预测模型

基于Fick第二定律,建立了考虑扩散系数时变性、荷载对扩散系数影响和氯离子结合能力的氯离子扩散方程;通过求解扩散方程得到考虑多因素影响的混凝土方桩使用寿命预测模型;并分析了桩的保护层厚度、裂缝控制宽度、表面氯离子浓度和临界氯离子浓度等因素对桩的使用寿命的影响.分析结果表明:得到的氯离子扩散方程与实测数据吻合较好;对于设计使用寿命为50年的混凝土方桩,保护层厚度应大于45mm,桩身裂缝宽度不宜大于0.1mm.     

海工预应力混凝土氯离子侵蚀模型及耐久性

总结分析了国内外有关混凝土中氯离子侵入模型的研究概况,针对海工预应力混凝土结构,讨论了影响氯离子侵入预应力混凝土的各种因素．考虑混凝土与氯离子间的结合能力,建立了预应力混凝土氯离子侵入数学模型．以混凝土保护层厚度、氯离子扩散速度以及表面氯离子浓度为主要参数,运用可靠度理论,建立了海工预应力混凝土结构耐久性可靠度分析模型．分析结果表明：应力状态下。混凝土的氯离子有效扩散系数是变化的,其中混凝土的拉应力会加快氯离子的扩散,而压应力则相反;同时从耐久性分析中可知,混凝土保护层厚度对氯离子侵蚀下的PC结构耐久性影响最大,表面氯离子浓度及氯离子扩散速度次之．     

Cl-环境下水库低涵进口混凝土结构使用寿命研究

以鲁家港水库低涵进口水室为研究对象,利用ANSYS软件建立了水室结构模型,模拟了Cl-在水室结构中的扩散过程,开展了基于钢筋锈蚀破坏的混凝土结构使用寿命预测研究.模拟结果表明,利用ANSYS软件对混凝土结构中的Cl-扩散过程进行模拟,能很好地反映出混凝土结构中不均匀浓度场的分布情况,再结合保护层深度的临界Cl-浓度,就能准确地预测出结构的使用寿命,为其他实际工程处理类似问题时提供参考和指导作用.     

钢筋影响下混凝土中氯离子质量分数累积研究

针对钢筋影响下混凝土中氯离子质量分数的预测,试验研究了钢筋表面氯离子质量分数累积情况;通过定义容量系数和传递系数给出了氯离子非稳态扩散的质量守恒矩阵方程,将所编译的扩散模块与ANSYS链接得到混凝土中氯离子质量分数累积的数值模拟方法,并作了有效性验证.研究表明:该方法能够灵活地预测考虑钢筋存在的同时,各种复杂截面形状的混凝七构件在单一或多边界同时遭受氯离子侵蚀时的氯离子质量分数累积.