基于DLA的氯离子侵蚀与碳化耦合作用下桥梁性能演变模拟

氯离子侵蚀和碳化是影响混凝土结构耐久性的主要因素,各自的理论公式已比较完善,但考虑二者耦合作用的定量分析和模型较少,影响混凝土结构耐久性分析的精度和水平.扩散限制凝聚模型(Diffusion-limited Aggregation,DLA)能够较完善地模拟气体的扩散凝聚,且具有随机性和分形特征,适合细致反映氯离子侵蚀、碳化及二者耦合作用下混凝土性能演变过程.本文基于DLA原理,考虑到扩散深度、混凝土特性及暴露条件等对氯离子扩散的影响,并考虑到混凝土特性及暴露条件等对碳化的影响,以及碳化与氯离子侵蚀的耦合作用,建立DLA模型,可获得任意时刻、任意位置处二氧化碳与氯离子的浓度.针对桥梁耐久性分析需求,提出利用DLA模型预测考虑疲劳效应的混凝土和钢筋性能退化方法.算例表明该方法能够动态细致地模拟桥梁耐久性演变过程.     

海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析

为了实现海洋环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析的目标,首先给出了海洋环境混凝土桥梁耐久性退化过程中三个关键时刻的计算数学模型和截面削弱过程的模拟方法.以一座预应力混凝土连续梁为对象,利用笔者自行编写的分析程序分析了保护层厚度、大气温度、钢筋锈蚀临界氯离子浓度、混凝土表面氯离子浓度和混凝土强度等设计参数对混凝土桥梁耐久性...     

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.     

环境条件和应力水平对混凝土中氯离子传输的影响

为了研究自然环境中混凝土的氯盐侵蚀过程,进行了不同侵蚀角度、氯化钠溶液质量浓度、环境温度、应力水平下的混凝土盐雾加速侵蚀试验,分别探讨了在不同的条件下氯离子在混凝土中的扩散规律.结果表明:盐雾箱中试件放置角度不同,其表面氯离子聚集量会不同,最终导致氯离子侵蚀程度不同,其中以平面或45°侧面为侵蚀面时,表面氯离子质量分数较高,氯离子侵蚀程度严重;随着氯化钠溶液质量浓度的增大,盐雾沉降量增加,表面氯离子质量分数也增加,不过最终会达到一个衡定值;随着环境温度的升高,氯离子表观扩散系数逐渐增大;由于压应力状态下混凝土内部结构更加密实,氯离子表观扩散系数显著减小.     

圆形截面对氯离子扩散及耐久性设计的影响

针对氯离子在钢筋混凝土圆形截面中的扩散问题,提出考虑截面效应、以扩散系数为时变函数的圆形扩散模型.探讨一维平板单元所对应的平板扩散模型对评估圆形截面中钢筋表面氯离子浓度所产生的影响,给出误差率计算公式.对比采用平板扩散模型与圆形扩散模型下混凝土圆柱耐久性设计结果,结果表明,平板扩散模型将低估钢筋表面氯离子浓度,半径越小保护层厚度越大,低估现象越明显.为控制误差率在5%内,当圆形截面半径小于50 cm时,需使用圆形扩散模型.对比两者设计结果发现,采用平板扩散模型将降低最小保护层厚度要求,建议在平板扩散模型设计结果的基础上增加5 mm.     

不同应力状态下混凝土抗氯离子侵蚀的研究

提出混凝土试件在不同应力状态下氯离子侵蚀试验的方法，分析了混凝土的应力水平、水灰比对氯离子侵蚀速度的影响，建立了混凝土在应力状态下氯离子侵蚀速度预测的数学模型，推断出预应力混凝土抗氯离子侵蚀能力强于普通混凝土的结论。     

复杂环境下钢筋混凝土桥梁损伤概率模型及可靠度分析

综合考虑氯离子的结合作用、水灰比、温度和湿度因素对钢筋锈蚀的初始时间的影响,对Fick第二定律进行改进,建立了初锈时间模型.并通过Monte Carlo数值模拟技术,对钢筋混凝土桥梁的保护层厚度、表面氯离子浓度、扩散系数和临界氯离子浓度进行随机抽样,进行了正常使用极限状态下的可靠度计算.研究结果表明,钢筋对锈蚀的敏感程度依次为:保护层厚度、临界氯离子浓度、扩散系数、表面氯离子浓度;随着锈蚀率的增加,桥梁在使用年限达到65年之后,失效概率达到1,同时使用年限下降27%.     

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．     

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．     

饱水混凝土中硫酸根离子扩散-反应模型研究

针对硫酸盐环境下混凝土的劣化问题,本文从腐蚀机理出发,采用Fick第二定律,考虑硫酸根离子在混凝土中扩散的曲折度,结合水泥水化、腐蚀产物填充和材料损伤度对孔隙的影响建立了硫酸盐侵蚀下混凝土的扩散-反应模型;开展了3种水灰比的混凝土在2种浓度的硫酸盐侵蚀条件下的浸泡腐蚀试验,并与模型计算结果对比分析。结果表明：模型计算值与试验实测值基本一致;相同浓度下,水灰比越大混凝土内部同一截面硫酸根离子含量越高;水灰比一样的混凝土,侵蚀浓度越高腐蚀产物填充孔隙周期越短,相同周期内侵蚀深度越大。最后通过建立的混凝土受硫酸根离子侵蚀的最大深度预测模型,可见硫酸盐侵蚀混凝土的最大侵蚀深度随着侵蚀龄期的延长而逐渐变缓,后随着腐蚀产物对混凝土产生损伤,扩散速率加快,侵蚀深度变大。