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.     

混凝土中毛细压力饱和度关系模型

首先分析了混凝土中毛细压力产生的原因,进一步分析了毛细压力与孔隙内水分弯液面之间的相关关系以及毛细压力与相对湿度之间的联系.利用圆柱孔模型对排湿过程同一相对湿度对应饱和度比吸湿过程高这种滞后效应进行分析.根据滞后效应的分析,基于已有的吸湿过程中毛细压力与饱和度关系提出了预测排湿过程中毛细压力与饱和度之间的关系模型.进一步引入等比容吸附热量的影响,分析了温度对排湿过程中毛细压力与混凝土内饱和度之间关系的影响,结果发现随着温度的升高同样饱和度对应的毛细压力数值逐渐降低.     

自然环境中混凝土内微环境温度响应

研究了有/无遮挡条件对自然环境中一维混凝土内微环境温度响应的影响规律.基于傅立叶传热原理和第三类边界条件,推导出2种工况下的一维混凝土内微环境温度响应模型,并利用现场试验结果论证了所建模型的合理性;此外,还提出了利用实测结果求解混凝土的热扩散系数和表面换热系数等参数的方法.试验结果表明:所构筑的不同工况条件下的混凝土内微环境温度响应模型可表征混凝土内微环境温度响应变化规律,其理论拟合曲线与实测结果基本吻合;有/无遮挡条件对混凝土内微环境温度响应影响较大,主要体现在温度响应波幅、极值和出现时间等方面,这是因为主导混凝土与环境间的换热方式不同;基于理论推导和实测结果所解出的混凝土热扩散系数和表面换热系数等参数的精度较高.     

水灰比对裂缝钢筋与混凝土粘结性能的影响

针对大气环境和氯盐侵蚀环境中带预制裂缝钢筋与混凝土粘结滑移性能进行研究.通过实验室模拟亚热带沿海地区工作环境,对具有不同水灰比带初始裂缝梁试件,经海水浸泡180 d干湿循环或大气环境180 d作用下,着重研究水灰比对钢筋与混凝土之间粘结性能影响.结果表明:在海水腐蚀环境下峰值滑移,随着水灰比减小而减小;在大气环境下,峰值滑移随着水灰比变化规律不明显.极限粘结应力随着水灰比减小而增大.     

基于非饱和试件的混凝土水分传输评定

混凝土是一种多孔材料,水或空气可自由渗入混凝土,降低了混凝土的耐久性.混凝土抗渗性能是耐久性问题主要影响因素之一,多数研究集中在饱水混凝土的渗透系数和氯离子扩散系数方面,实际上建筑工程多数处于非饱水状态,混凝土水不饱和状态也是影响抗渗性能的重要因素之一.多数研究对试件进行切片研究,费力费时,受试验方式方法环境等影响大,也不能做到实时、全寿命监测.该文通过施加水压,从混凝土表面渗入压力水到钢筋骨架附近,研究了非饱和状态下混凝土内部的水分传输监测装置,水分迁移评价方法.研究结果表明,45%初始饱和度以下混凝土可以采用电阻法进行全寿命监测.低水平荷载下,既定深度处水分到达时点与荷载水平成反比.     

相对湿度对海水海砂混凝土环境下GFRP筋拉伸性能影响

通过建立相对湿度、混凝土孔隙溶液饱和度以及腐蚀反应速率之间定量分析方法，研究了环境相对湿度对海水海砂混凝土环境下玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋力学性能的影响规律.利用混凝土孔隙尺寸分布函数和孔隙溶液的表面张力公式建立了相对湿度与海水海砂混凝土孔溶液饱和度关系模型；假设孔隙液均匀弥散于混凝土，得到了氢氧根(OH^-)腐蚀离子浓度；借助蚀刻模型计算OH^-作用下GFRP筋的腐蚀速率和强度保留率；利用试验数据验证了分析方法的准确性.根据中国部分沿海城市的气候统计数据，预测了代表性环境温度和水灰比条件下，相对湿度对海水海砂混凝土环境中GFRP筋强度保留率的影响规律，相对湿度的增加促进了GFRP筋的性能退化.结合相关标准规定，得到了海水海砂混凝土环境下GFRP筋的相对湿度与使用年限关系曲线.     

自然环境中混凝土内部温度响应规律

通过理论分析,推导出自然环境温度作用模型和混凝土内温度响应模型,同时,借助不同混凝土及不同深度的混凝土内温度试验,检证模型的合理性。研究结果表明:所建立的理论模型能够较准确地描述自然环境与混凝土内温度变化规律,计算曲线与实测结果有较好的一致性;由于混凝土自身热阻效应,混凝土内温度响应与自然环境温度表现出温度响应波幅、极值和滞后时间等方面的均有差异;低水灰比的混凝土内温度响应较敏感且响应幅值衰减较小,混凝土内温度响应幅值随距表层深度增加而减小。     

不同干湿条件下混凝土表层内水分传输

研究润湿、干燥和干湿交替条件下混凝土表层内水分传输规律,通过理论分析推导混凝土表层内水分传输模型。基于菲克定律和达西定律探讨混凝土表层内水分传输相关性,并利用实测结果验证所建模型的合理性;此外,还探讨采用BET等温吸附曲线构筑混凝土内水分特征曲线的可行性。研究结果表明:所建混凝土表层内水分传输模型可描述不同条件下混凝土内水分传输规律,但扩散系数取值需根据条件不同而定。采用等温吸附曲线获得混凝土内水分特征曲线与传统求解结果相似,从而为简化求解过程提供了新途径;所求解的混凝土内水分等效扩散系数不同是各传输模型假设机理不同造成的。     

干湿循环条件混凝土内氯离子输运试验拟合与分析

为了进一步揭示干湿循环条件下氯离子在混凝土中的输运机理,对比分析全浸泡和干湿循环两种条件下的已有试验数据,分开考虑浓度扩散作用和孔隙吸附作用,对混凝土内氯浓度的分布与侵入深度和侵蚀时间的关系进行拟合,得到氯离子浓度随时间和深度变化的经验公式.比较不同水灰比及掺粉煤灰混凝土的试验数据与公式计算数据,拟合情况较好.该式在传统扩散模型基础上引入了孔吸附作用,更符合工程实际多种因素共同作用的情况.     

强降雨条件下含大孔隙土柱水分非平衡运移特性

为揭示强降雨条件下大孔隙土柱水分非平衡运移特性,基于双重渗透模型与运动波模型,采用有限差分技术编制计算程序,对降雨强度、持时、初始含水率、两域间等效扩散距离、经验参数(rw,n*)等对水分非平衡迁移特性进行分析.结果表明,双重渗透模型计算所得的水分交换峰值比运动波模型计算值大但水分交换深度范围小.双重渗透模型模拟表层水分变化较好,而运动波模型模拟土层下部水分变化较好.两种计算模型得到的体积含水率沿深度范围内呈现双拐点特性.湿润峰深度、水分交换深度范围均随降雨强度、降雨持时的增大呈现变大趋势.随着初始含水率逐渐接近饱和含水率,湿润峰位置下移,水分交换深度范围变大,但峰值骤降.随着两域间等效扩散距离增大,水分交换速率大幅减小,造成比较明显的非平衡流现象;但当两域间等效扩散距离超过5cm时,湿润峰位置、水分交换速率、基质域剖面含水率相差很小.随着经验参数值rw,n*的增大,湿润峰下降速度变慢,但水流交换速度增大.当rw大于0.4或n*大于2.5,湿润峰下降速度、土壤剖面含水率、水流交换速度与范围变化幅度明显降低,产生非平衡流的几率降低.     

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。     

初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响

通过试验研究含初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环共同作用下的性能,分析了不同初始损伤程度混凝土随腐蚀时间的增加,其质量、超声波传播速度、强度、单轴压缩应力应变曲线以及声发射活动的变化,运用损伤力学对腐蚀损伤进行定量评价和参数拟合,基于声发射特性建立含初始损伤混凝土的腐蚀受荷损伤模型并进一步分析其损伤演化过程,借助环境扫描电镜与电子能谱技术观测分析受硫酸盐腐蚀作用初始损伤混凝土微结构的变化,揭示其损伤机理.试验结果表明,随着腐蚀时间的增加,不同初始损伤程度混凝土的质量、超声波传播速度和强度均呈先增大后减小,初始损伤程度增加会加速混凝土在腐蚀作用下物理力学性能的劣化,其影响存在阈值,分别以抗压强度、超声波速为损伤变量可以建立混凝土的腐蚀损伤劣化方程,并进一步得出不同损伤表达式间的函数关系;相同腐蚀时间下,初始损伤的增加使声发射活动减弱且产生明显的声发射的时间滞后;初始损伤下,基于声发射特性的混凝土损伤演化过程可分为初期压密阶段、损伤稳定演化阶段和损伤加速发展阶段3个阶段;初始损伤的增加使混凝土内部腐蚀反应更为活跃,微裂纹网络体系比无初始损伤状态下更加发达,呈现龟裂状延伸和扩展,进而改变了混凝土的宏观物理力学性质.     

低温环境下非饱和大坝混凝土毛细吸水饱和度分布研究

冰冻前的饱和度是影响运行期大坝下游面区域混凝土冻融劣化的重要因素，但现有报导混凝土毛细吸水试验研究一般针对烘干的富胶凝材料试件且未考虑重力和低温的影响.首先采用高压PE平口袋设计提出了一种侧吸法和上吸法的毛细吸水方法，然后制备3种水胶比、3种环境低温、2种养护龄期的二级配大坝混凝土试件，探索试件毛细吸水14d后距吸水面不同深度处的饱和度分布规律.试验结果表明，非饱和大坝混凝土毛细吸水14d后，饱和度随深度增加而明显下降后稳定在某一水平，饱和度随水胶比、环境温度和龄期变化的关系为θ_0.41<θ_0.50<θ_0.60、θ_2℃>θ_8℃>θ_5℃和θ_28d>θ_90d,上吸法测得的饱和度大于侧吸法，但上吸法和侧吸法测得的水分扩散深度均不超过17.5cm.     

超强吸水剂对混凝土早期内部相对湿度的影响

测定了高性能混凝土不同深度处早期湿度随时间的变化,探讨了不同掺量的超强吸水剂(SAP)对不同的外界温湿度条件、不同水灰比的高性能混凝土早期相对湿度的影响。结果表明,与未掺SAP的混凝土相比较,掺SAP混凝土的早期内部湿度有了明显的提高,其内部湿度分布均匀且随龄期的经时变化减小;而且随SAP掺量提高,效果继续增强,尤其是在干热环境以及低水灰比混凝土,SAP的作用更好。结论认为,SAP通过内部引水可以提高混凝土内部的含湿量,改善内部湿度梯度,能够为混凝土提供自养护。     

混凝土氧气扩散系数试验研究

为了确定混凝土材料氧气扩散系数和混凝土水灰比、环境相对湿度及环境温度的关系,根据Fick扩散定律的基本原理,研制了混凝土氧气扩散系数测试装置.利用该装置,进行了上述3种因素对混凝土氧气扩散系数影响效果的正交试验研究.结果表明,环境相对湿度对混凝土氧气扩散系数影响最明显,混凝土水灰比次之,环境温度的影响最后.根据试验结果,利用SPSS统计分析软件得到了混凝土氧气扩散系数和混凝土水灰比、环境相对湿度和环境温度相互关系的预计模型,为钢筋锈蚀的定量评价中合理确定混凝土氧气扩散系数提供了科学依据.     

一种内疏水型透水混凝土的研制

将疏水剂引入透水混凝土中,研制一种内疏水型透水混凝土.采用正交试验,以28 d抗压强度和透水系数为试验指标,研究孔隙率、水灰比、疏水剂种类3个因素及不同水平对内疏水型透水混凝土性能的影响;通过极差分析及综合平衡法,分析各因素影响的主次关系,得出最优方案为孔隙率20%,水灰比0.28,荷叶疏水剂;通过对比试验可知,在最优方案下,掺入4%疏水剂较不掺入疏水剂混凝土强度提高28.9%.     

土壤圆锥指数、水分与容重耦合模型的试验比较研究——Ⅱ.水分与深度的影响

在对4种模型统计性能的水平检验与容重预测精度评价的基础上,分析与检验了各模型中水分与行进深度的影响作用.为分解水分对圆锥指数的单因数影响,采用定义水分影响指数(的方法.对于圆锥传感器行进深度的影响作用,借助于da与ead两种独立的深度影响因子,结合各模型与试验数据进行了计算与比较.结果表明:(1)只有Ayers模型能够较好地刻画土壤圆锥指数与水分间的耦合关系;(2)根据Ayers模型与Upadhyaya模型,圆锥传感器行进深度对圆锥指数的影响作用可以忽略;(3)根据Busscher模型,圆锥传感器行进深度显著影响圆锥指数的数值,但与此同时水分影响却可忽略不计,这显然与事实不符.由此看来,应用 Ayers 模型解析土壤圆锥指数、水分与容重的耦合关系,优于其它模型,但它作为隐函数,寻求最优迭代算法有待进一步研究.     

橡胶粉嵌锁密实水泥混凝土抗弯拉强度的影响分析

文章采用橡胶粉等体积替代砂(10%、20%、30%,分改性橡胶粉和未改性橡胶粉),分析不同纤维掺量、砂率和水灰比对橡胶粉嵌锁密实水泥混凝土抗弯拉强度的影响,根据方差分析结果,采用不同模型拟合抗弯拉强度随试验因子的变化。试验结果表明:改性橡胶粉RICC混凝土的抗弯拉强度大于未改性橡胶粉RICC混凝土;橡胶粉掺量和种类、纤维掺量和水灰比对RICC混凝土抗弯拉强度具有显著性影响;而砂率对RICC混凝土抗弯拉强度的影响不显著;采用抛物线形模型可较好拟合RICC混凝土抗弯拉强度随改性橡胶粉和纤维的变化关系;RICC混凝土抗弯拉强度与水灰比的变化关系采用线性模型拟合,线性关系良好。     

初始非饱和多孔物料对冷冻干燥影响理论分析

为提高过程的经济性,提出了液体物料初始非饱和冷冻干燥的技术思想.推导了冷冻干燥质、热耦合传递模型,模型采用了新的吸附-解吸平衡关系,并考虑了吸湿效应.控制方程用有限容积法进行数值求解.待干水溶液中的溶质选用典型的药物赋形剂———甘露醇.结果表明,初始非饱和多孔物料能够显著减少干燥时间,达到强化冷冻干燥的目的.随初始孔隙率ε0(1-S0)的不断增大,干燥时间逐渐缩短;在物料初始饱和度S0为0.30~0.35时,干燥时间达到最短.依据干燥过程中饱和度和温度的分布,分析了物料内部质、热传递机理和干燥速率控制因素.对有效质量扩散系数KS和有效导热系数λ+KTΔH的分析显示,随着冷冻干燥的进行,物料瞬时孔隙率ε0(1-S)不断增大,过程将由传质控制逐渐变为传热控制.     

近海大气环境下RC结构钢筋锈蚀程度预测

钢筋锈蚀是影响近海大气环境下RC结构使用寿命的重要因素之一。为研究近海大气环境下混凝土碳化与氯离子侵蚀双重作用对钢筋锈蚀的影响,对沿海地区不同龄期钢筋混凝土结构进行了工程实测,包括混凝土抗压强度、碳化深度、钢筋表面氯离子浓度及锈蚀深度。基于实测结果,拟合得到了混凝土碳化深度与抗压强度间的关系模型,建立了同时考虑混凝土碳化深度与钢筋表面氯离子浓度的钢筋锈蚀深度预测模型。在此基础上,利用Abaqus分析软件对不同龄期、轴压比的RC框架柱进行了损伤塑性分析,得到了锈蚀RC框架柱抗震性能随服役龄期与轴压比的变化规律。