非饱和混凝土氯离子传输细观研究

为研究非饱水状态混凝土中氯离子的侵蚀问题,根据混凝土在干湿循环过程中的水分迁移特点,考虑混凝土中氯离子传输的影响因素,推导出非饱水状态下水分-氯离子传输的对流-扩散耦合方程.融合氯离子侵蚀数值模型与细观随机混凝土模型,总结得到了非饱水混凝土中氯离子传输的一般规律.研究结果表明:受骨料的影响,物质传输路径和含量梯度方向变得复杂;混凝土骨料对氯离子含量有较大的影响,且氯离子含量分布存在聚聚效应;不同于混凝土表层,由于对流和扩散的共同作用,靠近内部区域的氯离子含量在湿润过程中上升,在干燥过程中下降,湿润过程中骨料周围的氯离子含量聚聚效应更加显著.文中成果可为研究非饱水状态混凝土中氯离子的传输机理提供参考.     

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。     

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.     

早龄期冻结土压力与负温耦合作用的井壁混凝土性能

研究了早龄期冻结压力等荷载、负温及早龄期荷载和负温耦合作用对冻结竖井井壁C60混凝土抗压强度、氯离子扩散系数和声发射特征的影响,并通过扫描电镜分析其内部微裂缝.结果表明:早龄期荷载加载时间越早对混凝土28d抗压强度的影响越大,当外部荷载作用时间在3d以后且荷载水平在混凝土当天强度40%以内时,混凝土28d强度几乎不受影响;冻结井井帮负温环境会延缓井壁混凝土早期水化,防冻剂的加入利于加快混凝土水化和强度的发展;在早龄期荷载及负温耦合作用下,混凝土28d抗压强度降低明显,氯离子扩散系数大大增加,混凝土的渗透性由"中"变为"高",内部产生了缺陷和微裂缝导致声发射"活跃阶段"提前,且混凝土呈现明显的塑性变形.     

氯离子对混凝土硫酸盐腐蚀程度的影响

地下混凝土结构在受到荷载作用的同时,还会受到地下水的渗透作用。地下水中常含有硫酸根和氯离子。鉴于它们的腐蚀性,有必要研究这两种离子对地下结构腐蚀程度的影响,尤其是氯离子的存在是否会影响混凝土硫酸盐腐蚀的程度。文中采用非金属超声检测仪和分光光度计分析不同工况下硫酸根和氯离子在混凝土中的渗透规律。结果表明,氯离子含量越高,混凝土受硫酸盐的腐蚀程度越轻。     

氯离子诱导的钢筋混凝土结构耐久性研究

从影响氯离子传输的因素、临界氯离子浓度、氯离子向混凝土内传输的机理、氯离子传输预测模型等方面对因氯离子诱导的钢筋腐蚀造成的钢筋混凝土(RC)结构耐久性能退化问题进行了评述,提出了需要进一步研究的问题.     

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.     

持续荷载和氯离子侵蚀耦合作用后钢筋混凝土的粘结性能试验

针对沿海地区的钢筋混凝土结构在服役过程中所承受的持续荷载与氯离子侵蚀的耦合作用引起钢筋混凝土性能的劣化,会对钢筋混凝土间的粘结性能产生影响,设计制作了24根粘结区带裂缝的钢筋混凝土梁式试件,通过粘结性能试验,研究在持续荷载单独作用、氯离子侵蚀单独作用以及持续荷载与氯离子侵蚀耦合作用等3种工况下,持续120 d的钢筋混凝土粘结强度变化情况.试验结果表明:持续荷载和氯离子侵蚀的耦合作用显著降低了钢筋与混凝土的粘结强度,且持续荷载越大,粘结强度越低;在持续荷载和氯离子侵蚀的耦合作用下,试件粘结强度的损失要大于仅在单因素单独作用下粘结强度的损失.     

碳化与盐雾共同作用下的混凝土氯离子扩散性能

为了探明海洋大气环境下混凝土氯离子侵蚀规律,从氯离子质量分数、氯离子扩散系数、混凝土孔隙结构3个方面讨论了碳化对混凝土氯离子扩散性能的影响.研究结果表明:碳化减缓了混凝土内部氯离子质量分数的衰减,增加了混凝土内部的自由氯离子质量分数,对混凝土的抗氯离子侵蚀性能造成了不利影响.当混凝土水胶比较大时或是掺加粉煤灰后,碳化引起氯离子质量分数增大的现象较为显著;碳化反应虽然造成了混凝土总孔隙率的下降,但会使临界孔径和最可几孔径增大,孔隙连通性提高,因而造成混凝土氯离子扩散系数的增大.     

非饱和混凝土中氯离子输运问题的边界元算法

氯离子侵蚀对混凝土结构耐久性造成极大危害,研究混凝土中氯离子输运问题的计算方法,对于完善混凝土结构寿命预测与评估方法具有重要意义.针对非饱和混凝土中氯离子输运问题,综合考虑了渗透和扩散对输运过程的影响.将相应的控制方程转化为积分弱形式,采用径向积分法和基于紧支径向基函数的函数逼近方法,得到仅包含边界积分的积分方程.采用中心差分格式表示非稳态项中的湿度梯度和浓度梯度,进而建立该问题的无网格边界元方程.通过求解系统方程,得到混凝土中氯离子输运问题的解答.计算表明,混凝土未饱和之前,渗透过程对氯离子输运的影响显著高于扩散过程,渗透对扩散过程的影响时间远长于混凝土达到饱和的时间.这为进一步研究干湿循环作用下混凝土中氯离子输运问题奠定了基础.