水泥基复合材料氯离子扩散系数与孔隙率之间的关系

为了研究水泥基复合材料中孔隙率对氯离子扩散系数的影响,成型了不同水灰比,含骨料体积分数、粒径与级配不同的砂浆试样;采用稳态电加速法测试氯离子扩散系数、压汞技术测试孔结构参数、微焦点计算机断层扫描技术(X-CT)可视化孔结构分布,系统地研究了水泥基复合材料氯离子扩散系数与其骨料体积分数、总孔隙率、毛细孔隙率、连通孔径之间的关系。结果表明：骨料与基体之间的界面过渡区(界面区)显著地改变了水泥石中孔结构分布,水灰比越小,多孔的界面区对材料孔隙率的影响越显著;水泥基复合材料的氯离子扩散系数与其总孔隙、毛细孔隙率之间有很好的相关性,与其连通孔径几乎成线性关系,连通孔径越大,氯离子的扩散系数越大。     

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.     

预测氯离子在水泥基复合材料中有效扩散系数

基于水泥基复合材料界面区水泥颗粒的分布特征,给出了界面区孔隙率分布函数和界面区的有效扩散系数;将水泥基复合材料视为骨料、基体、界面区以及其均匀化后的等效介质相四相复合球模型,采用n层球夹杂理论,逐尺度地预测了氯离子在水泥基复合材料中的有效扩散系数.结果表明:预测的氯离子扩散系数与实测结果基本吻合;n层球夹杂理论适合于预...     

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.     

基于混凝土真实三维模型的氯离子传输细观数值模拟

基于混凝土剖面序列图像重建真实三维模型的方法,将MIMICS、SOLIDWORK和COMSOL结合使用,研究混凝土细观结构对氯离子扩散影响。结果表明：模拟值与试验值能够相吻合,验证了真实三维模型的有效性;骨料的长径比越大,骨料的曲折效应越明显,对氯离子渗透的影响越显著;骨料的分布位置对氯离子扩散几乎没有影响;骨料越粗糙,对氯离子的阻滞效应越明显。界面过渡区（ITZ）厚度、扩散系数越大,对氯离子扩散影响越大。将真实三维模型与随机骨料模型模拟结果对比发现：随机骨料模型模拟数值总是小于真实三维模型数值。     

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(...     

水泥净浆—砂浆—混凝土的徐变相关性

为分析净浆、砂浆、混凝土徐变规律的相关性,在温度为(20±2)℃、相对湿度(60±5)%的试验条件下,测试了33%荷载水平,水胶比为0.37,磨细矿渣和粉煤灰分别以0%、30%、60%等质量替代水泥时水泥基材料的徐变度。试验结果表明:水泥净浆缺少骨料对徐变的抑制作用,其与混凝土的徐变演变规律存在较大差异。水泥砂浆的时变特性与混凝土非常接近,除粉煤灰掺量为60%以外的各组,矿物掺合料对砂浆徐变的影响程度与其对混凝土徐变的影响程度存在一致性结果。矿物掺合料与基体界面结合情况的SEM图像表明,除粉煤灰掺量为60%时,粉煤灰与基体的界面结合较差,其他4组的界面区无明显缺陷。因此,在研究矿物掺合料等因素对徐变性能的影响规律时,可用砂浆模拟混凝土,但要注意界面结合情况,当界面结合较差时,会对徐变规律的研究带来不可预知的影响。     

动静载作用下砂浆-岩石试件断裂特性试验研究

岩石和砂浆间的界面过渡区易出现裂隙区，而岩体结构又极易承受动态荷载的作用，因此研究岩石砂浆这个界面过渡区性能和破碎特征就具有十分重要的意义。研究砂浆-岩石双材料巴西圆盘模型，通过对两种界面粗糙度以及三种砂子粒径(细、中、粗)的砂浆-岩石组合试件进行静态和动态加载，研究其力学性能和破坏特征。结果表明，粗糙面试件的抗拉强度要大于光滑面的试件，光滑面花岗岩-砂浆试件与粗糙面花岗岩-砂浆试件静态抗拉强度之比为67.3%,光滑面石灰岩岩-砂浆试件与粗糙面石灰岩-砂浆试件静态抗拉强度比为56.8%,岩石本身强度对双材料试件的抗拉强度有一定的影响。在同等粗糙度情况下，中砂试件的抗拉强度是最大的。在应变中，粒径级配和粗糙度对试件的影响较大，岩石种类对试件的影响较小，且同等条件下粗砂试件应变大于细砂和中砂试件。     

弯曲荷载下浪溅区混凝土中氯离子的扩散规律

采用恒定弯曲荷载的方式,研究了应力水平对浪溅区海工高性能混凝土内氯离子扩散规律的影响,并采用SEM-EDS法和BET法分析了荷载对混凝土和浆体微观结构的影响.结果表明:在纯受弯段内,距暴露表面相同深度处的氯离子含量随着弯曲应力水平的增加而增大;对于典型的海工高性能混凝土配合比,混凝土试件的弯曲应力与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;弯曲应力水平的增加不仅会增大界面过渡区微裂缝的宽度,还会增加硬化浆体中毛细孔和大孔的比例,并最终引起总孔体积和平均孔径的增大,从而降低混凝土的抗氯离子渗透性能.     

基于能量密度支函数的混凝土宏细观屈服准则的构建

把混凝土看作是由骨料、砂浆基体和他们之间的界面组成的复合材料,并假定骨料形状为球形且不屈服以及砂浆基体服从D-P屈服准则,通过引入能量密度支函数来反映砂浆基体的屈服面,并构造一函数逼近序列来解决屈服边界不可导的问题,最后由非线性均匀化技术推得混凝土材料的一个宏细观屈服准则的关系式,并由它探讨了界面连接状态和骨料含量对宏观摩擦系数的影响规律.     

电迁移加速氯盐传输作用下混凝土中钢筋锈蚀

采用电迁移氯离子法加速了混凝土中钢筋的锈蚀过程.应用腐蚀电位、线性极化法、电化学阻抗谱法和循环极化法对比了C50与C80混凝土试件中钢筋的锈蚀行为.比较了混凝土保护层的开裂情况和钢筋的腐蚀形貌.分析结果表明:掺硅灰的C80试件具有优化的孔结构和较大的电阻率,显著延缓了氯离子到达钢筋表面的时间,因而表现出较好的耐蚀性;而...     

碱硅酸反应作用下混凝土中氯离子扩散规律和结合能力

采用活性集料和非活性集料配成混凝土进行对比试验,研究了氯离子在同时受到碱硅酸反应(ASR)作用的混凝土中的扩散和结合特性.所用混凝土的碱含量分别为水泥质量的0.5%和1.5%,试验温度为60℃,并采用3.5%和7.5%两种不同质量分数的NaC l溶液浸泡混凝土,进行了氯离子渗透试验,测定了不同浸泡龄期下混凝土试件内部总氯离子含量和自由氯离子含量.用XRD和SEM以及压汞法对试件进行了微观结构分析.结果表明:在ASR同时作用时,混凝土的氯离子扩散速度减慢,混凝土对氯离子的结合表现为线性吸附关系,氯离子结合能力也明显降低;ASR所导致的开裂不会明显提高氯离子的侵入.由于氯离子扩散速度减慢,混凝土钢筋锈蚀时间延迟,但并不能得到抑制,并且由于氯离子结合能力的降低以及ASR的发生,孔溶液中C(C l-)/C(OH-)提高,反而会使锈蚀加快.     

混凝土抗氯离子渗透性PERMIT试验方法改进及工程应用

因抗渗性差导致有害物质侵入造成钢筋锈蚀从而使结构功能劣化是混凝土耐久性问题的主要成因.PERMIT离子迁移方法是目前唯一可用的商业化混凝土抗氯离子渗透性现场测试方法,但该方法目前尚存在一些亟待研究的问题.为了完善该方法,试验研究并理论解释了PERMIT离子迁移方法峰值电流与氯离子迁移系数的关系,并根据试验结果得到了PERMIT离子迁移方法与RCM快速氯离子迁移方法的关系.研究结果简化了测试和数据处理过程,并建立了PERMIT试验方法与我国现行标准的换算关系.作为工程应用,测试了哈大客运专线混凝土箱梁的抗氯离子渗透性,验证了改进方法的有效性.     

混凝土抗氯离子侵入性能的电量综合法

为了建立统一的混凝土抗氯离子侵入性快速试验方法,进行了通电时间和电解质溶液对混凝土电量值及氯离子渗透深度影响的研究.初步研究结果显示,可以建立一种新的试验方法,即电量综合法(RCMS),将电量法和快速电迁移法2种试验方法统一起来.建议的试验条件:试件龄期为56 d,用电量法夹具,阳极采用0.3 mol/L的氢氧化钠溶液,阴极采用3%氯化钠溶液,试验电压为60 V,通电时间为18 h.混凝土抗氯离子性能以6 h电量值、18 h电量值和通电18 h后氯离子渗透深度来评价,以18 h电量值为主要判定依据.     

模型再生混凝土单轴受压应力分布特征

根据再生混凝土各相材料的力学特性,对模型再生混凝土进行细观数值分析,获取模型再生混凝土单轴受压下内部应力分布特征.通过变参数分析,讨论不同天然骨料、界面过渡区和老硬化砂浆的力学参数对模型再生混凝土应力分布特征的影响.结果表明,模型再生混凝土天然骨料之间的新老界面过渡区处存在拉应力和剪应力集中现象;天然骨料弹性模量增大,应力集中现象愈加明显,界面过渡区弹性模量增大,应力集中现象则逐渐减弱,老砂浆弹性模量增大应力集中特征变化不大.     

模型再生混凝土二维氯离子扩散细观数值模拟

根据再生混凝土各相介质Cl-扩散率和几何参数建立了数值模型,对模型再生混凝土二维Cl-扩散性进行数值模拟,研究了再生混凝土的Cl-扩散特性.通过变化再生粗骨料取代率、新(老)硬化水泥砂浆扩散率、老硬化水泥砂浆厚度以及界面过渡区(ITZ)扩散率对再生混凝土中Cl-扩散性能进行了对比分析.结果表明:模型再生混凝土内部Cl-浓度非均匀分布,Cl-浓度沿着扩散深度波浪式下降,再生粗骨料取代率、水泥砂浆、ITZ等的变化对Cl-浓度的影响随着扩散深度的增加而逐渐变大,且在ITZ处的影响较为明显.     

混凝土内钢筋锈蚀速率时变的全过程模式

讨论恒定气候环境下,混凝土内钢筋锈蚀速率的变化。在恒定气候环境和氯盐侵蚀条件下,对混凝土中钢筋的锈蚀电流密度进行测量。测量结果表明,在钢筋锈蚀过程中,锈蚀速率(锈蚀电流密度）具有时变特性,并且其时变过程可以划分为6个阶段。试验结果也显示了混凝土强度及混凝土电阻率对钢筋锈蚀速率变化的影响。基于不同锈蚀水平下钢筋与混凝土交界面过渡区(ITZ）的细观结构,开展了试验结果的机理分析,发现锈蚀层的发展和锈胀开裂是影响锈蚀过程的主要因素。最后,建立了钢筋锈蚀速率时变的全过程模式。     

基于颗粒流法研究混凝土的劈裂拉伸破坏特性

基于二维颗粒流程序,构建了包含水泥砂浆、不规则多边形骨料和水泥砂浆与骨料的交界面的二维混凝土细观模型,采用标定后的平节理模型参数,对混凝土破坏的裂纹演化和破坏机理进行研究. 模拟结果表明:宏观破坏的细观机制是水泥砂浆、骨料以及交界面内的裂纹扩展和演化造成的;随机骨料的分布会对混凝土的峰值应力和破坏模式有一定的影响;巴西圆盘试件内的裂纹起始于加载端,随着载荷增加裂纹向中心扩展,混凝土试件呈现出劈裂拉伸破坏的模式;随着加载速度的提高,沿加载方向上的主裂纹及其他次生裂纹相互作用,使混凝土试件出现大量的碎块;裂纹统计结果显示,在细观层次上,拉伸型裂纹主导了混凝土试件的劈裂破坏,少量的剪切型裂纹主要集中在试件加载端的骨料附近.